Клетки пучка являются хемосенсорными клетками в эпителиальной выстилке кишечника . Похожие клетки пучка обнаружены в респираторном эпителии , где они известны как щеточные клетки . [1] Название «пучок» относится к щеткообразным микроворсинкам, выступающим из клеток. Обычно присутствует очень мало клеток пучка, но было показано, что они значительно увеличиваются во время паразитарной инфекции . [2] Несколько исследований предположили роль клеток пучка в защите от паразитарной инфекции . В кишечнике клетки пучка являются единственным источником секретируемого интерлейкина 25 (ИЛ-25). [3] [4] [5]
ATOH1 необходим для спецификации клеток пучка, но не для поддержания зрелого дифференцированного состояния, а подавление Notch приводит к увеличению количества клеток пучка. [5]
Желудочно-кишечный тракт человека (ЖКТ) полон клеток пучков по всей своей длине. Эти клетки располагались между криптами и ворсинками. На базальном полюсе всех клеток был выражен DCLK1 . Они не имели той же морфологии, которая была описана в исследованиях на животных, но они показали апикальную щеточную каемку той же толщины. Колокализация синаптофизина и DCLK1 была обнаружена в двенадцатиперстной кишке , это говорит о том, что эти клетки играют нейроэндокринную роль в этом регионе. Специфическим маркером клеток пучков кишечника является микротрубочковая киназа - двойная кортиноподобная киназа 1 (DCLK1). Клетки пучков, которые положительны в этой киназе, играют важную роль в желудочно-кишечной хемосенсорике, воспалении или могут восстанавливать после травм в кишечнике. [6]
Одним из ключей к пониманию роли клеток пучка является то, что они разделяют многие характеристики с хемосенсорными клетками во вкусовых сосочках. Например, они экспрессируют множество вкусовых рецепторов и сигнальных аппаратов вкуса. Это может означать, что клетки пучка могут функционировать как хеморецептивные клетки, которые могут воспринимать множество химических сигналов вокруг себя. Однако новые исследования показывают, что клетки пучка также могут активироваться аппаратом вкусовых рецепторов. Они также могут быть вызваны различными малыми молекулами, такими как сукцинат и аэроаллергены . Известно, что клетки пучка секретируют различные молекулы, которые важны для биологических функций. Благодаря этому клетки пучка действуют как датчики опасности и запускают секрецию биологически активных медиаторов. Несмотря на это, сигналы и медиаторы, которые они секретируют, полностью зависят от контекста. Например, клетки пучка, которые находятся в уретре, реагируют на горькие соединения посредством активации вкусового рецептора. Затем это приводит к повышению внутриклеточного Ca2+ и высвобождению ацетилхолина . Считается, что это затем запускает активацию различных других клеток поблизости, что затем приводит к рефлексу детрузора мочевого пузыря и большему опорожнению мочевого пузыря . [7]
Было обнаружено, что клетки пучка в кишечнике мышей активируются паразитарными инфекциями. Это приводит к секреции IL25 . IL25, являясь ключевым активатором врожденных лимфоидных клеток типа 2. Затем он инициирует и усиливает ответ цитокинов типа 2, характеризующийся секрецией цитокинов из клеток ILC2. [7] Ремоделирование тканей во время иммунного ответа типа 2 основано на цитокине интерлейкине (IL)-13. Этот интерлейкин вырабатывается в основном врожденными лимфоидными клетками группы 2 (ILC2) и хелперными Т-клетками типа 2 (Th2), расположенными в собственной пластинке . Также во время заражения червями количество клеток пучка резко возрастает. Гиперплазия клеток пучка и бокаловидных клеток является отличительной чертой инфекции типа 2 и регулируется цепью прямой сигнализации. IL-25, продуцируемый клетками пучка, индуцирует продукцию IL-13 ILC2 в собственной пластинке. Затем IL-13 взаимодействует с незафиксированными эпителиальными предшественниками, чтобы повлиять на их селекцию по направлению к бокаловидным и пучковым клеткам. В результате IL-13 отвечает за резкое ремоделирование эпителия энтероцитов в эпителий, в котором доминируют клетки пучка и бокаловидные клетки. Без IL-25 от клеток пучка очищение от червей задерживается. Иммунный ответ типа 2 основан на клетках пучка, и ответ значительно снижается без присутствия этих клеток, что подтверждает важную физиологическую функцию этих клеток во время заражения червями. [8] Активация клеток Th2 является важной частью этой петли прямой связи. Активация клеток пучка в кишечнике связана с метаболитом сукцинатом, который продуцируется паразитом и связывается со специфическим рецептором клеток пучка Sucnr1 на их поверхности. Кроме того, роль клеток кишечных пучков может быть важна для локальной регенерации в кишечнике после инфекции. [7]
Клетки пучка были впервые идентифицированы в трахее и желудочно-кишечном тракте грызунов, благодаря их типичной морфологии, с помощью электронной микроскопии . Характерная тубуловезикулярная система и апикальный пучок микрофиламентов , которые соединены с пучком длинными и толстыми микроворсинками, достигающими просвета, дали им свое название. [1] Эта фигура дала этим клеткам их название и всю морфологию пучка. Распределение и размер микроворсинок клеток пучка сильно отличаются от энтероцитов, которые соседствуют с ними. Кроме того, клетки пучка, по сравнению с энтероцитами, не имеют терминальной сети у основания апикальных микроворсинок. [9] Другие характеристики клеток пучка: довольно узкая апикальная мембрана, из-за которой клетки пучка выглядят сдавленными наверху, выступающие микрофиламенты из актина , которые простираются до клетки и заканчиваются чуть выше ядра, обширные, но в основном пустые апикальные пузырьки, которые образуют тубуловезикулярную сеть, на апикальной стороне ядра клетки находится аппарат Гольджи , недостаток грубого эндоплазматического ретикулума и десмосом с плотным соединением, которое фиксирует клетки пучка к их соседям. [8] Форма тела клетки пучка варьируется и зависит от органа. Клетки пучка в кишечнике цилиндрические и узкие на апикальном и базальном концах. Альвеолярные клетки пучка более плоские по сравнению с клетками кишечного и желчного пузыря пучка имеют кубовидную форму. Различия в клетках пучка могут отражать специфические функции их органа. Клетки пучка экспрессируют хемосенсорные белки, такие как TRPM5 и α-густдуцин. Эти белки указывают на то, что соседние нейроны могут иннервировать пучковые клетки. [9]
Клетки пучка можно идентифицировать путем окрашивания на цитокератин 18, нейрофиламенты, актиновые филаменты, ацетилированный тубулин и DCLK1, чтобы дифференцировать клетки пучка и энтероциты. [5]
Клетки-пучки обнаруживаются в кишечнике и желудке, а также в виде легочных щеточных клеток в дыхательных путях, от носа до альвеол. [10]
Потеря толерантности к антигенам, которые появляются в окружающей среде, вызывает воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) и болезнь Крона (БК) у людей, которые генетически более восприимчивы. Колонизация гельминтов вызывает иммунный ответ 2-го типа, вызывает заживление слизистой оболочки и достижение клинической ремиссии. Во время интенсивной инфекции клетки пучка могут создавать свою собственную спецификацию, а гиперплазия клеток пучка является ключевым ответом на изгнание червя. Это показывает, что модуляция функции клеток пучка может быть эффективной при лечении болезни Крона. [11]
Было показано, что клетки пучка используют вкусовые рецепторы для обнаружения многих различных видов гельминтов. Очистка от гельминтов у мышей, у которых отсутствовала функция вкусовых рецепторов (Trpm5 или/-gustducin KO) или было достаточно клеток пучка (Pou2f3 KO), была нарушена по сравнению с мышами дикого типа. Это показывает, что клетки пучка играют важную роль в защите во время гельминтных инфекций. Было отмечено, что IL-25, полученный из клеток пучка, опосредовал защитный ответ, инициируя иммунные реакции типа 2. [12]
Клетки пучка были впервые обнаружены в трахее крысы и в желудке мыши . [5]
В конце 1920-х годов доктор Хлопков отслеживал проект по стадиям развития бокаловидных клеток, которые находятся в кишечнике. Под микроскопом он обнаружил клетку с пучком необычно длинных микроворсинок, поднимающихся в просвет кишечника. Он думал, что нашел бокаловидную клетку кишечника на ранней стадии , но на самом деле это был первый отчет о новой эпителиальной линии, которую мы теперь называем клеткой пучка. В 1956 году двое ученых, Родин и Далхамн, описали клетки пучка в трахее крысы; позже в том же году Ярви и Кейриляйнен обнаружили похожие клетки в желудке мыши. [8]
Клетки пучка обычно располагаются в органах столбчатого эпителия, полученных из энтодермы . У грызунов они были определенно обнаружены: например, в трахее, тимусе, железистом желудке, желчном пузыре, тонком кишечнике, толстой кишке, слуховой трубе, протоке поджелудочной железы и уретре. Клетки пучка в большинстве случаев являются изолированными клетками и занимают <1% эпителия. В желчном пузыре мыши и желчном и протоке поджелудочной железы крысы клетки пучка более многочисленны, но все еще изолированы. [8]