stringtranslate.com

Иммунология слизистой оболочки

Компоненты иммунной системы слизистой оболочки

Мукозальная иммунология — это изучение реакций иммунной системы , которые происходят на слизистых оболочках кишечника , мочеполового тракта и дыхательной системы . [1] Слизистые оболочки находятся в постоянном контакте с микроорганизмами , пищей и вдыхаемыми антигенами . [2] В здоровом состоянии мукозальная иммунная система защищает организм от инфекционных патогенов и поддерживает толерантность к безвредным комменсальным микробам и доброкачественным веществам окружающей среды. [1] Нарушение этого баланса между толерантностью и лишением патогенов может привести к патологическим состояниям, таким как пищевая аллергия , синдром раздраженного кишечника , восприимчивость к инфекциям и т. д. [2]

Мукозальная иммунная система состоит из клеточного компонента , гуморального иммунитета и защитных механизмов, которые предотвращают проникновение микроорганизмов и вредных чужеродных веществ в организм. Эти защитные механизмы можно разделить на физические барьеры ( эпителиальная выстилка , слизь , функция ресничек , перистальтика кишечника и т. д.) и химические факторы ( рН , антимикробные пептиды и т. д.). [3]

Функция

Иммунная система слизистой оболочки выполняет три основные функции:

Физический барьер

Целостность слизистого барьера физически останавливает проникновение патогенов в организм. [4] Барьерная функция определяется такими факторами, как возраст, генетика , типы муцинов, присутствующих на слизистой оболочке, взаимодействия между иммунными клетками, нервами и нейропептидами , а также коинфекция . Целостность барьера зависит от иммуносупрессивных механизмов, реализованных на слизистой оболочке . [3] Слизистый барьер формируется за счет плотных соединений между эпителиальными клетками слизистой оболочки и наличия слизи на поверхности клеток. [4] Муцины , которые образуют слизь, обеспечивают защиту от компонентов на слизистой оболочке путем статического экранирования и ограничивают иммуногенность кишечных антигенов , вызывая противовоспалительное состояние в дендритных клетках (ДК) . [5]

Активный иммунитет

Ассоциированная с носом лимфоидная ткань и пейеровы бляшки тонкого кишечника генерируют иммунитет IgA. Оба используют М-клетки для транспортировки антигена внутрь организма, чтобы можно было установить иммунные ответы [6] .

Поскольку поверхности слизистой оболочки находятся в постоянном контакте с внешними антигенами и микробиотой, требуется много иммунных клеток . Например, приблизительно 3/4 всех лимфоцитов находятся в слизистых оболочках. [3] Эти иммунные клетки находятся во вторичной лимфоидной ткани , в основном распределенной по поверхностям слизистой оболочки. [3]

Ассоциированная со слизистой оболочкой лимфоидная ткань (MALT) обеспечивает организм важной первой линией обороны. Наряду с селезенкой и лимфатическими узлами , миндалины и MALT считаются вторичной лимфоидной тканью . [7]

Клеточный компонент MALT в основном состоит из дендритных клеток , макрофагов , врожденных лимфоидных клеток , инвариантных Т-клеток, ассоциированных со слизистой оболочкой , интраэпителиальных Т-клеток, регуляторных Т-клеток (Treg) и плазматических клеток , секретирующих IgA . [1] [3] [8]

Внутриэпителиальные Т-клетки, обычно CD8+ , располагаются между эпителиальными клетками слизистой оболочки . Эти клетки не нуждаются в первичной активации, как классические Т-клетки . Вместо этого при распознавании антигена эти клетки инициируют свои эффекторные функции, что приводит к более быстрому удалению патогенов . [8] Treg-клетки в изобилии присутствуют на слизистых оболочках и играют важную роль в поддержании толерантности посредством различных функций, особенно посредством продукции противовоспалительных цитокинов . [9] Резидентные антигенпрезентирующие клетки (АПК) слизистой оболочки у здоровых людей демонстрируют толерогенный фенотип . [10] Эти АПК не экспрессируют TLR2 или TLR4 на своей поверхности. Кроме того, на этих клетках обычно присутствуют только незначительные уровни рецептора ЛПС CD14 . [10] Дендритные клетки слизистой оболочки определяют тип последующих иммунных реакций путем продукции определенных типов цитокинов и типа молекул, участвующих в костимуляции . [3] Например, продукция IL-6 и IL-23 индуцирует ответ Th17 , [4] IL-12 , IL-18 и INF-γ индуцируют ответ Th1 , [3] [4] IL-4 индуцирует ответ Th2 , [4] а IL-10 , TGF-β и ретиноевая кислота индуцируют толерантность. [11] Врожденные лимфоидные клетки в изобилии присутствуют в слизистой оболочке, где посредством быстрой продукции цитокинов в ответ на сигналы, полученные из тканей , они действуют как регуляторы иммунитета , воспаления и барьерного гомеостаза . [12]

Адаптивная иммунная система слизистой оболочки участвует в поддержании гомеостаза слизистой оболочки посредством механизма иммунного исключения, опосредованного секреторными антителами (в основном IgA ), которые ингибируют проникновение инвазивных патогенов в ткани организма и предотвращают проникновение потенциально опасных экзогенных белков . [13] Другим механизмом адаптивного иммунитета слизистой оболочки является реализация иммуносупрессивных механизмов, опосредованных в основном Tregs, для предотвращения местной и периферической гиперчувствительности к безвредным антигенам , т. е. оральной толерантности . [11]

антитело IgA

Базовый иммунный ответ в кишечнике

В кишечнике лимфоидная ткань распределена в лимфоидной ткани, ассоциированной с кишечником (GALT). Большое количество клеток иммунной системы в кишечнике находится в куполообразных структурах, называемых пейеровыми бляшками , и в небольших слизистых лимфоидных агрегатах, называемых криптопатчами. [14] Над пейеровыми бляшками находится слой эпителиальных клеток , которые вместе со слизью образуют барьер против микробного вторжения в нижележащую ткань. Выборка антигена является ключевой функцией пейеровых бляшек. Над пейеровыми бляшками находится гораздо более тонкий слой слизи, который помогает выборке антигена. [14] Специализированные фагоцитарные клетки , называемые М-клетками , которые находятся в эпителиальном слое пейеровых бляшек, могут транспортировать антигенный материал через кишечный барьер посредством процесса трансцитоза . [15] Материал, транспортируемый таким образом из просвета кишечника , затем может быть представлен антигенпрезентирующими клетками, присутствующими в пейеровых бляшках . [14] [15] Кроме того, дендритные клетки в пейеровых бляшках могут расширять свои дендриты через специфичные для М-клеток трансцеллюлярные поры, а также они могут захватывать транслоцированные иммунные комплексы IgA . [16] Затем дендритные клетки представляют антиген наивным Т-клеткам в местных брыжеечных лимфатических узлах . [17]

Если гомеостаз слизистого барьера не нарушен и инвазивные патогены отсутствуют, дендритные клетки вызывают толерантность в кишечнике за счет индукции Tregs секрецией TGF-β и ретиноевой кислоты. [17] Эти Tregs далее перемещаются в собственную пластинку ворсинок через лимфатические сосуды . Там Tregs вырабатывают IL - 10 и IL - 35 , которые влияют на другие иммунные клетки в собственной пластинке в сторону толерогенного состояния . [17]

Однако нарушение гомеостаза кишечного барьера приводит к воспалению . Эпителий, находящийся в прямом контакте с бактериями, активируется и начинает вырабатывать молекулярные паттерны, связанные с опасностью (DAMP). [17] Молекулы тревоги, высвобождаемые эпителиальными клетками, активируют иммунные клетки. [17] [18] Дендритные клетки и макрофаги активируются в этой среде и вырабатывают ключевые провоспалительные цитокины, такие как IL-6 , IL-12 и IL-23 , которые активируют больше иммунных клеток и направляют их в провоспалительное состояние. [18] Затем активированные эффекторные клетки вырабатывают TNF , IFNγ и IL-17 . [18] Нейтрофилы привлекаются к пораженному участку и начинают выполнять свои эффекторные функции . [1] После устранения текущей инфекции воспалительная реакция должна быть остановлена, чтобы восстановить гомеостаз . [17] Поврежденная ткань заживает, и все возвращается к своему естественному состоянию толерантности . [17]

Неонатальный

При рождении иммунная система слизистой оболочки новорожденных относительно не развита и нуждается в колониях кишечной флоры для содействия развитию. [7] Состав микробиоты стабилизируется примерно к 3 годам. [2] В неонатальном периоде и в раннем детстве взаимодействие иммунитета хозяина с микробиомом имеет решающее значение. Во время этого взаимодействия обучаются различные иммунные ветви. Они способствуют гомеостазу и определяют будущие настройки иммунной системы, т. е. ее восприимчивость к инфекциям и воспалительным заболеваниям . [2] [3] Например, линия В-клеток в слизистой оболочке кишечника регулируется внеклеточными сигналами от комменсальных микробов , которые влияют на репертуар кишечных иммуноглобулинов . [19] Разнообразие микробиоты в раннем детстве защищает организм от индукции мукозального IgE , что связано с развитием аллергии . [20]

Мукозальные вакцины

Из-за своего статуса передовой линии в иммунной системе , иммунная система слизистой оболочки исследуется на предмет использования в вакцинах против различных заболеваний, включая COVID-19, [21] [22] [23] [24] [25] ВИЧ , [26] аллергии , полиовирус , грипп А и В , ротавирус , холерный вибрион и многие другие. [27] [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd "Мукозальная иммунология - Последние исследования и новости". Nature Portfolio . Springer Nature Limited . Получено 2016-11-08 .
  2. ^ abcdef Zheng D, Liwinski T, Elinav E (июнь 2020 г.). «Взаимодействие между микробиотой и иммунитетом в здоровье и болезни». Cell Research . 30 (6): 492–506. doi :10.1038/s41422-020-0332-7. PMC 7264227 . PMID  32433595. 
  3. ^ abcdefghi Brandtzaeg P (2009). Брандцаег П., Исолаури Э., Прескотт С.Л. (ред.). "«ABC» иммунологии слизистой оболочки». Серия семинаров Nestle Nutrition. Педиатрическая программа . Серия семинаров Nestlé Nutrition Institute. 64 : 23–38, обсуждение 38–43, 251–7. doi : 10.1159/000235781. ISBN 978-3-8055-9167-6. PMID  19710513.
  4. ^ abcde Окумура Р., Такеда К. (декабрь 2018 г.). «Поддержание кишечного гомеостаза слизистыми барьерами». Воспаление и регенерация . 38 (1): 5. doi : 10.1186/s41232-018-0063-z . PMC 5879757. PMID  29619131 . 
  5. ^ Shan M, Gentile M, Yeiser JR, Walland AC, Bornstein VU, Chen K и др. (октябрь 2013 г.). «Слизь усиливает гомеостаз кишечника и оральную толерантность, передавая иммунорегуляторные сигналы». Science . 342 (6157): 447–453. Bibcode :2013Sci...342..447S. doi :10.1126/science.1237910. PMC 4005805 . PMID  24072822. 
  6. ^  В этой статье используется текст, доступный по лицензии CC BY 4.0. Беттс, Дж. Гордон; Десэ, Питер; Джонсон, Эдди; Джонсон, Джоди Э.; Король, Оксана; Круз, Дин; По, Брэндон; Уайз, Джеймс; Уомбл, Марк Д.; Янг, Келли А. (13 сентября 2023 г.). Анатомия и физиология . Хьюстон: OpenStax CNX. 21.5 Иммунный ответ против патогенов. ISBN 978-1-947172-04-3.
  7. ^ ab Torow N, Marsland BJ, Hornef MW, Gollwitzer ES (январь 2017 г.). "Неонатальная мукозальная иммунология". Mucosal Immunology . 10 (1): 5–17. doi : 10.1038/mi.2016.81 . PMID  27649929. S2CID  3556125.
  8. ^ ab Оливарес-Вильягомес Д., Ван Каер Л. (апрель 2018 г.). «Интраэпителиальные лимфоциты кишечника: стражи слизистого барьера». Тенденции в иммунологии . 39 (4): 264–275. doi :10.1016/j.it.2017.11.003. PMC 8056148. PMID  29221933 . 
  9. ^ Richert-Spuhler LE, Lund JM (2015). «Иммунная опора: регуляторные Т-клетки нарушают баланс между про- и противовоспалительными результатами при инфекции». Прогресс в молекулярной биологии и трансляционной науке . 136. Elsevier: 217–243. doi :10.1016/bs.pmbts.2015.07.015. ISBN 978-0-12-803415-6. PMC  4769439 . PMID  26615099.
  10. ^ ab Koenig JE, Spor A, Scalfone N, Fricker AD, Stombaugh J, Knight R и др. (март 2011 г.). «Последовательность микробных консорциумов в развивающемся микробиоме кишечника младенца». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (Приложение_1): 4578–4585. Bibcode : 2011PNAS..108.4578K. doi : 10.1073/pnas.1000081107 . PMC 3063592. PMID  20668239 . 
  11. ^ ab Traxinger BR, Richert-Spuhler LE, Lund JM (ноябрь 2021 г.). «Регуляторные Т-клетки слизистой оболочки играют важную роль в балансировке иммунитета и толерантности в порталах проникновения антигена». Mucosal Immunology . 15 (3): 398–407. doi :10.1038/s41385-021-00471-x. PMC 8628059. PMID  34845322 . 
  12. ^ Sonnenberg GF, Hepworth MR (октябрь 2019 г.). «Функциональные взаимодействия между врожденными лимфоидными клетками и адаптивным иммунитетом». Nature Reviews. Иммунология . 19 (10): 599–613. doi :10.1038/s41577-019-0194-8. PMC 6982279. PMID  31350531 . 
  13. ^ Chen K, Magri G, Grasset EK, Cerutti A (июль 2020 г.). «Переосмысление реакций антител слизистой оболочки: IgM, IgG и IgD присоединяются к IgA». Nature Reviews. Иммунология . 20 (7): 427–441. doi :10.1038/s41577-019-0261-1. PMC 10262260. PMID 32015473.  S2CID 211017339  . 
  14. ^ abc Мёрбе УМ, Йоргенсен ПБ, Фентон ТМ, фон Бург Н, Риис ЛБ, Спенсер Дж, Агаче WW (июль 2021 г.). «Лимфоидные ткани кишечника человека (GALT); разнообразие, структура и функции». Иммунология слизистой оболочки . 14 (4): 793–802. дои : 10.1038/s41385-021-00389-4 . PMID  33753873. S2CID  232322692.
  15. ^ ab Dillon A, Lo DD (2019-07-02). "M Cells: Intelligent Engineering of Mucosal Immune Surveillance". Frontiers in Immunology . 10 : 1499. doi : 10.3389/fimmu.2019.01499 . PMC 6614372. PMID  31312204. 
  16. ^ Stagg AJ (2018-12-06). «Дендритные клетки кишечника в здоровье и воспалении кишечника». Frontiers in Immunology . 9 : 2883. doi : 10.3389/fimmu.2018.02883 . PMC 6291504. PMID  30574151. 
  17. ^ abcdefg Tordesillas L, Berin MC (октябрь 2018 г.). «Механизмы оральной толерантности». Clinical Reviews in Allergy & Immunology . 55 (2): 107–117. doi :10.1007/s12016-018-8680-5. PMC 6110983. PMID  29488131 . 
  18. ^ abc Чистяков ДА, Бобрышев ЮВ, Козаров Е, Собенин ИА, Орехов АН (2015-01-13). "Толерантность слизистой оболочки кишечника и влияние микробиоты кишечника на толерантность слизистой оболочки". Frontiers in Microbiology . 5 : 781. doi : 10.3389/fmicb.2014.00781 . PMC 4292724 . PMID  25628617. 
  19. ^ Wesemann DR, Portuguese AJ, Meyers RM, Gallagher MP, Cluff-Jones K, Magee JM и др. (сентябрь 2013 г.). «Микробная колонизация влияет на раннее развитие B-линии в собственной пластинке кишечника». Nature . 501 (7465): 112–115. Bibcode :2013Natur.501..112W. doi :10.1038/nature12496. PMC 3807868 . PMID  23965619. 
  20. ^ Консорциум исследовательской сети Integrative HMP (iHMP); Проктор, Лита М.; Кризи, Хизер Х.; Феттвайс, Дженнифер М.; Ллойд-Прайс, Джейсон; Махуркар, Ануп; Чжоу, Вэньюй; Бак, Грегори А.; Снайдер, Майкл П.; Штраус, Джером Ф.; Вайншток, Джордж М.; Уайт, Оуэн; Хаттенхауэр, Кертис (май 2019 г.). «Проект интегративного человеческого микробиома». Nature . 569 (7758): 641–648. Bibcode :2019Natur.569..641I. doi :10.1038/s41586-019-1238-8. PMC 6784865 . PMID  31142853. 
  21. ^ Мандавилли, Апурва (2 февраля 2022 г.). «Вакцина от COVID, которая нам нужна сейчас, может оказаться не уколом». The New York Times . Получено 18 ноября 2022 г.
  22. ^ Мюллер, Бенджамин (18 ноября 2022 г.). «Конец вакцинации на „сверхсветовой скорости“». The New York Times . Получено 18 ноября 2022 г. .
  23. ^ Тан, Дж; Цзэн, К; Кокс, ТМ; Ли, С; Сын, Ю.М.; Чеон, И.С.; Ву, Ю; Бел, С; Тейлор, Джей-Джей; Чакараборти, Р; Джонсон, Эй Джей; Шиаво, Д.Н.; Утц, JP; Райзенауэр, Дж. С.; Мидтун, Делавэр; Маллон, Джей-Джей; Эделл, ЕС; Аламе, МГ; Бориш, Л; Тиг, РГ; Каплан, Миннесота; Вайсман, Д; Керн, Р; Хм; Вассалло, Р; Лю, СЛ; Сан, Дж (28 октября 2022 г.). «Иммунитет слизистой оболочки дыхательных путей против SARS-CoV-2 после вакцинации мРНК». Наука Иммунология . 7 (76): eadd4853. doi : 10.1126/sciimmunol.add4853. PMC 9348751. PMID  35857583 . 
  24. ^ Topol, EJ; Iwasaki, A (12 августа 2022 г.). «Операция «Назальная вакцина» — молниеносная скорость борьбы с COVID-19». Science Immunology . 7 (74): eadd9947. doi : 10.1126/sciimmunol.add9947 . PMID  35862488. S2CID  250954536.
  25. ^ Мао, Т; Исраэлов, Б; Пенья-Эрнандес, Массачусетс; Субери, А; Чжоу, Л; Люйтен, С; Решке, М; Донг, Х; Гомер, Р.Дж.; Зальцман, ВМ; Ивасаки, А. (27 октября 2022 г.). «Интраназальная пиковая вакцина без адъюванта вызывает защитный иммунитет слизистой оболочки против сарбековирусов». Наука . 378 (6622): eabo2523. дои : 10.1126/science.abo2523. ПМЦ 9798903 . PMID  36302057. S2CID  253182948. 
  26. ^ Kozlowski PA, Aldovini A (2019-04-12). «Подходы к мукозальным вакцинам для профилактики передачи ВИЧ и ВИО». Current Immunology Reviews . 15 (1): 102–122. doi :10.2174/1573395514666180605092054. PMC 6709706. PMID  31452652 . 
  27. ^ Wild C, Wallner M, Hufnagl K, Fuchs H, Hoffmann-Sommergruber K, Breiteneder H, et al. (Январь 2007). «Рекомбинантный аллергенный химер как новый кандидат на мукозальную вакцину для профилактики мультисенсибилизации». Allergy . 62 (1): 33–41. doi :10.1111/j.1398-9995.2006.01245.x. PMID  17156339. S2CID  9883901.
  28. ^ Lavelle EC, Ward RW (июль 2021 г.). «Мукозальные вакцины — укрепление границ». Nature Reviews. Иммунология . 22 (4): 236–250. doi :10.1038/s41577-021-00583-2. PMC 8312369. PMID 34312520  . 

Дальнейшее чтение