Клетки Панета представляют собой клетки эпителия тонкой кишки , наряду с бокаловидными клетками , энтероцитами и энтероэндокринными клетками . [1] Некоторые из них также можно найти в слепой кишке и аппендиксе . Они расположены под кишечными стволовыми клетками в кишечных железах (также называемых криптами Либеркюна ) и крупными эозинофильными рефрактильными гранулами, занимающими большую часть их цитоплазмы .
При воздействии бактерий или бактериальных антигенов клетки Панета секретируют в просвет кишечной железы несколько антимикробных соединений (особенно дефенсинов и лизоцима ), которые, как известно, играют важную роль в иммунитете и защите хозяина , тем самым способствуя поддержанию желудочно-кишечного барьера. путем контроля кишечных бактерий. Таким образом, клетки Панета играют роль во врожденной иммунной системе .
Клетки Панета названы в честь патологоанатома 19-го века Джозефа Панета .
Клетки Панета обнаруживаются по всей тонкой кишке и в аппендиксе у основания кишечных желез . [2] К концу тонкой кишки наблюдается увеличение количества клеток Панета. [3] Как и другие линии эпителиальных клеток тонкой кишки, клетки Панета возникают в области стволовых клеток вблизи дна железы. [4] В каждой крипте тонкой кишки в среднем имеется 5–12 клеток Панета. [5]
В отличие от других типов эпителиальных клеток, клетки Панета мигрируют вниз из области стволовых клеток и оседают непосредственно рядом с ней. [4] Такая тесная связь с областью стволовых клеток позволяет предположить, что клетки Панета играют важную роль в защите стволовых клеток железы от микробного повреждения, [4] хотя их функция до конца не известна. [2] Кроме того, среди четырех вышеупомянутых линий кишечных клеток клетки Панета живут дольше всех (приблизительно 57 дней). [6]
Клетки Панета секретируют антимикробные пептиды и белки, которые являются «ключевыми медиаторами взаимодействий хозяин-микроб, включая гомеостатический баланс с колонизирующей микробиотой и врожденную иммунную защиту от кишечных патогенов». [7]
Крипты тонкой кишки содержат стволовые клетки , которые служат для постоянного пополнения эпителиальных клеток , которые отмирают и теряются из ворсинок . [7] Клетки Панета поддерживают физический барьер эпителия, обеспечивая важные сигналы ниши соседним стволовым клеткам кишечника. Защита и стимуляция этих стволовых клеток необходимы для долгосрочного поддержания кишечного эпителия , в котором клетки Панета играют решающую роль. [8]
Клетки Панета обладают мерокринной секрецией, то есть секрецией посредством экзоцитоза . [9]
Клетки Панета стимулируются к секреции дефенсинов при воздействии бактерий (как грамположительных , так и грамотрицательных ) или таких бактериальных продуктов, как липополисахарид , липотейхоевая кислота , мурамилдипептид и липид А. [10] Они также стимулируются холинергической передачей сигналов , обычно предшествующей поступлению пищи, которая потенциально может содержать новую бактериальную нагрузку. [10]
Клетки Панета воспринимают бактерии посредством активации MyD88 -зависимого толл-подобного рецептора (TLR), который затем запускает противомикробное действие. [11] Например, исследования показали, что в секреторных гранулах мышиные и человеческие клетки Панета экспрессируют высокие уровни TLR9 . TLR9 реагирует на CpG-ODN и неметилированные олигонуклеотиды, патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP), типичные для бактериальной ДНК. Интернализация этих PAMP и активация TLR9 приводит к дегрануляции и высвобождению антимикробных пептидов и других секретов. [12] Удивительно, но мышиные клетки Панета не экспрессируют транскрипты мРНК для TLR4 . [5]
Основными защитными молекулами, секретируемыми клетками Панета, являются альфа-дефенсины , которые у мышей известны как криптдины . [13] Эти пептиды имеют гидрофобные и положительно заряженные домены, которые могут взаимодействовать с фосфолипидами клеточных мембран . Эта структура позволяет дефензинам внедряться в мембраны, где они взаимодействуют друг с другом, образуя поры, которые нарушают функцию мембраны, что приводит к лизису клеток. Из-за более высокой концентрации отрицательно заряженных фосфолипидов в клеточных мембранах бактерий, чем в клеточных мембранах позвоночных , дефенсины преимущественно связываются с бактериальными клетками и разрушают их, щадя клетки, которые они защищают. [14]
Клетки Панета человека продуцируют два α-дефенсина, известные как человеческий α-дефенсин HD-5 (DEFA5) и HD-6 (DEFA6) . [15] HD-5 обладает широким спектром уничтожающей активности как в отношении грамположительных, так и грамотрицательных бактерий, а также грибов ( Listeria monocytogenes , Escherichia coli , Salmonella typhimurium и C andida albicans ). [5] Антимикробная активность HD-6 заключается в самосборке во внеклеточные сети, которые удерживают бактерии в кишечнике и тем самым предотвращают их транслокацию через эпителиальный барьер. [16]
Клетки Панета человека также продуцируют другие АМП, включая лизоцим , секреторную фосфолипазу А2 и регенерирующий островковый белок IIIA . [17] Лизоцим — это противомикробный фермент, который растворяет клеточные стенки многих бактерий, а фосфолипаза А2 — это фермент, специализирующийся на лизисе бактериальных фосфолипидов . [10] Эта батарея секреторных молекул дает клеткам Панета мощный арсенал против широкого спектра агентов, включая бактерии, грибы и даже некоторые оболочечные вирусы . [18]
Во время обычной секреции белков белки транспортируются через комплекс ЭР-Гольджи, упаковываются в секреторные гранулы и высвобождаются во внеклеточное пространство. Если инвазивные патогены разрушают аппарат Гольджи , вызывая нарушение секреции антимикробных белков клетками Панета, существует альтернативный путь секреции: было показано, что лизоцим может быть перенаправлен посредством секреторной аутофагии . При секреторной аутофагии груз транспортируется в везикуле LC3+ и высвобождается на плазматической мембране , минуя комплекс ER-Гольджи. Не все бактерии вызывают секреторную аутофагию: например, комменсальные бактерии не вызывают расщепления Гольджи и, следовательно, не запускают секреторную аутофагию лизоцима . Считается, что дисфункция секреторной аутофагии является возможным фактором, способствующим развитию болезни Крона. [19]
Клетки Панета поддерживают здоровье кишечника, действуя как макрофаги ; было показано, что клетки Панета очищают умирающие клетки посредством апоптотического поглощения клетками. Фагоцитарная функция клеток Панета была обнаружена с помощью серии экспериментов, в одном из которых использовались мыши, подвергнутые облучению низкой дозой цезия-137 (137Cs), имитируя химиотерапию, которую проходят онкологические больные. [20] Эти результаты могут иметь важное значение для устранения побочных эффектов, от которых страдают онкологические больные, здоровье кишечника которых повреждено химиотерапией: примерно 40% всех пациентов, получающих онкологическую терапию, испытывают желудочно-кишечный (ЖКТ) мукозит во время лечения, причем это число возрастает до 80% у пациентов, получающих облучение брюшной полости или таза . [21]
Клетки Панета участвуют в сигнальном пути Wnt и сигнальном пути Notch , которые регулируют пролиферацию стволовых клеток кишечника и энтероцитов , необходимых для обновления клеток эпителия. Они экспрессируют канонические лиганды Wnt: Wnt3a , Wnt9b и Wnt11 , которые связываются с рецепторами Frizzled на стволовых клетках кишечника, чтобы управлять передачей сигналов β-catenin / Tcf . Клетки Панета также являются основным источником лигандов Notch DLL1 и DLL4 , связывающихся с рецепторами Notch Notch1 и Notch2 на стволовых клетках кишечника и предшественниках энтероцитов . [8]
Однако недавно было обнаружено, что регенеративный потенциал эпителиальных клеток кишечника со временем снижается в результате того, что стареющие клетки Панета секретируют белок Notum , который является внеклеточным ингибитором передачи сигналов Wnt. Если секреция Notum ингибируется, регенеративный потенциал кишечного эпителия может увеличиться. [22]
Установлено, что цинк необходим для функционирования клеток Панета. Дефект транспортера Zn (ZnT)2 нарушает функцию клеток Панета, вызывая нескоординированную секрецию гранул. Мыши, у которых отсутствует транспортер (ZnT)2, не только демонстрируют нарушение секреции гранул, но также страдают от повышенной воспалительной реакции на липополисахарид и менее способны к бактерицидной активности. [23] В норме цинк хранится в секреторных гранулах и при дегрануляции высвобождается в просвет. Было высказано предположение, что хранение тяжелых металлов способствует прямой антимикробной токсичности, поскольку Zn высвобождается при холинергической стимуляции ПК. [24]
Дефицит цинка также связан с вызванной алкоголем дисфункцией альфа-дефенсина клеток Панета, что способствует развитию алкогольного стеатогепатита . Цинк может стабилизировать человеческий альфа-дефенсин 5 (HD5), который отвечает за гомеостаз микробиома. В соответствии с этим, введение HD5 может эффективно изменить микробиом (особенно за счет увеличения количества Akkermansia muciniphila) и обратить вспять ущерб, нанесенный микробиому чрезмерным употреблением алкоголя. С другой стороны, дефицит цинка в рационе усугубляет вредное воздействие алкоголя на бактерицидную активность клеток Панета. [25]
Аномальные клетки Панета со сниженной экспрессией или секрецией дефензинов HD-5 и HD-6 (у человека) и антимикробных пептидов связаны с воспалительными заболеваниями кишечника . [26] [17] В дополнение к этому, некоторые из аллелей риска болезни Крона связаны с дисфункцией клеток Панета, участвуют в таких процессах, как аутофагия , реакция развернутого белка и регуляция митохондриальной функции. [17]
Считается, что дисфункция клеток Панета нарушает действие антимикробных пептидов, что приводит к изменению состава микробиоты и даже к дисбиозу. [27] Пациенты с болезнью Крона с более высоким процентом аномальных клеток Панета показали значительно сниженное бактериальное разнообразие по сравнению с пациентами с более низким процентом аномальных клеток Панета, что отражает снижение количества противовоспалительных микробов. [28] В совокупности эти результаты подтверждают теорию о том, что дисфункция клеток Панета может привести к дисбиотической микробиоте, которая, в свою очередь, может предрасполагать человека к развитию болезни Крона. [17] Однако еще предстоит установить, является ли дисфункция клеток Панета причиной дисбиоза или его сопутствующим эффектом. [27]
Клетки Панета развиваются постепенно во время беременности, поэтому у недоношенных детей их может не быть в достаточном количестве. Это делает недоношенных детей уязвимыми к некротизирующему энтероколиту . Примерно в середине развития тонкого кишечника секреция кателицидина заменяется секрецией альфа-дефенсина. [29] Тонкая кишка недоношенного ребенка находится на этой переходной стадии, когда ребенок рождается, что делает недоношенных детей восприимчивыми к повреждению кишечника и, как следствие, к некротизирующему энтероколиту . [18] Кроме того, следует отметить, что ранние клетки Панета не обладают полностью функциональными, зрелыми гранулами. [30]
Механизм, связывающий клетки Панета с некротизирующим энтероколитом, остается неясным, но предполагается, что развитию этого состояния предшествует цветение Proteobacteria и, более конкретно, видов Enterobacteriaceae . [31] Когда впоследствии возникает воспаление, нитраты могут ферментироваться Enterobacteriaceae sp. но не облигатными анаэробами, которые не могут использовать нитраты в качестве субстрата для роста. Таким образом, протеобактерии способны использовать это селективное давление, чтобы превзойти облигатные анаэробные Firmicutes и Bacteroidetes , что приводит к их чрезмерному росту и, как следствие, к дисбактериозу. [18]
Считается, что этот процесс начинается, когда недоношенный ребенок подвергается воздействию чужеродных антигенов при вскармливании молочной смесью. Впоследствии высвобождаются воспалительные цитокины, создавая более аэробное состояние, что дает протеобактериям конкурентное преимущество . Поскольку микробиом становится более дисбиотическим, противовоспалительные механизмы ослабевают, что способствует циклу усиления воспаления кишечника. Воспаление приводит к дальнейшей потере плотности и функции клеток Панета, что приводит к нарушению секреции АМФ и разрушению ниши стволовых клеток. [18]
В то время как роли клеток Панета в синдроме раздраженного кишечника и болезни Крона уделяется достаточно внимания, [32] [17] сравнительно мало известно о влиянии поражения клеток Панета на патогенез неалкогольного стеатогепатита или неалкогольной жировой клетчатки. болезнь печени .
Модели на мышах показывают, что ожирение может снизить секрецию альфа-дефенсина клетками Панета, что приводит к дисбактериозу . [33] и, по крайней мере, одна модель на мышах предполагает, что когда уровни α-дефенсина в просвете кишечника восстанавливаются путем внутривенного введения R-спондина 1 , чтобы вызвать регенерацию клеток Панета, фиброз печени уменьшается в результате разрешения дисбактериоза. Предполагается, что избирательная микробицидная активность, а также увеличение количества Muribaculaceae и уменьшение количества Harryflintia способствуют улучшению фиброгенеза. [34]
В одном исследовании описывалось введение дитизона , который может разрушать клеточные грануляты, мышам, которых кормили диетой с высоким содержанием жиров, с целью выявления микробных изменений, ориентированных на клетки Панета. Применение дитизона улучшило непереносимость глюкозы в рационе с высоким содержанием жиров и резистентность к инсулину и было связано со снижением тяжести стеатоза печени у мышей HFD, возможно, за счет модуляции микробиома кишечника, связанной с увеличением количества Bacteroides . Поэтому было высказано предположение, что терапия, нацеленная на микробиом, может играть роль в лечении неалкогольной жировой болезни печени. [35]
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить связь между клетками Панета и осью кишечник-печень.