Введение
Антимикробные эпителиальные клетки тонкого кишечника
Клетки Панета – это клетки эпителия тонкого кишечника, наряду с бокаловидными клетками, энтероцитами и энтероэндокринными клетками. Некоторые из них также встречаются в слепой кишке и аппендиксе. Они расположены ниже кишечных стволовых клеток в кишечных железах (также называемых криптами Либеркюна) и характеризуются крупными эозинофильными рефрактильными гранулами, занимающими большую часть цитоплазмы. При контакте с бактериями или бактериальными антигенами клетки Панета секретируют ряд антимикробных соединений (в частности, дефензины и лизоцим), которые играют важную роль в иммунитете и защите организма, высвобождая их в просвет кишечной железы. Таким образом, они способствуют поддержанию желудочно-кишечного барьера, контролируя кишечную микрофлору. Следовательно, клетки Панета участвуют в функционировании врожденной иммунной системы. Клетки Панета названы в честь патолога XIX века Джозефа Панета.
Структура
Клетки Панета обнаруживаются во всей тонкой кишке и в аппендиксе у основания кишечных крипт. Количество клеток Панета увеличивается к концу тонкой кишки. Как и другие эпителиальные клеточные линии в тонкой кишке, клетки Панета происходят из стволовой зоны, расположенной вблизи дна крипты. В каждой крипте тонкой кишки содержится в среднем от 5 до 12 клеток Панета. В отличие от других типов эпителиальных клеток, клетки Панета мигрируют вниз от стволовой зоны и располагаются непосредственно рядом с ней.
Функция
Клетки Панета секретируют антимикробные пептиды и белки, являющиеся "ключевыми медиаторами взаимодействия хозяина и микроорганизмов, включая гомеостатическое равновесие с колонизирующей микробиотой и врожденную иммунную защиту от энтеральных патогенов". В криптах тонкого кишечника находятся стволовые клетки, обеспечивающие постоянное обновление эпителиальных клеток, которые отмирают и теряются с ворсинок.
Чувствующая микробиота
Панет-клетки стимулируются к секреции дефенсинов при контакте с бактериями (как грамположительными, так и грамотрицательными), или с бактериальными продуктами, такими как липополисахарид, липотейхоевая кислота, мурамилдипептид и липид А. Они также стимулируются холинергической сигнализацией, которая обычно предшествует поступлению пищи, потенциально содержащей новую бактериальную нагрузку. Например, исследования показали, что мышиные и человеческие клетки Панета в секреторных гранулах экспрессируют высокие уровни TLR9. TLR9 реагирует на CpG ODN и неметилированные олигонуклеотиды – молекулярные паттерны, связанные с патогенами (PAMPs), типичные для бактериальной ДНК. Интернализация этих PAMPs и активация TLR9 приводят к дегрануляции и высвобождению антимикробных пептидов и других секретов. Удивительно, но мышиные клетки Панета не экспрессируют мРНК-транскрипты для TLR4. Эти пептиды содержат гидрофобные и положительно заряженные домены, способные взаимодействовать с фосфолипидами клеточных мембран. Такая структура позволяет дефензинам внедряться в мембраны, где они взаимодействуют друг с другом, формируя поры, нарушающие функцию мембраны и приводящие к лизису клеток. Благодаря более высокой концентрации отрицательно заряженных фосфолипидов в бактериальных, чем в мембранах клеток позвоночных, дефензины преимущественно связываются и разрушают бактериальные клетки, сохраняя клетки, которые они призваны защищать. Человеческие клетки Панета продуцируют два α-дефензина, известные как α-дефензин человека HD 5 (DEFA5) и HD 6 (DEFA6). HD 5 обладает широким спектром антимикробной активности против грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибов (Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella typhimurium и Candida albicans). Человеческие клетки Панета также продуцируют другие AMP, включая лизоцим, секреторную фосфолипазу А2 и регенерирующий белок IIIA, полученный из островков. Лизоцим – это антимикробный фермент, разрушающий клеточные стенки многих бактерий, а фосфолипаза А2 – фермент, специализирующийся на лизе бактериальных фосфолипидов.
Секреторная аутофагия
При обычной секреции белка, белки транспортируются через комплекс ЭР-Гольджи, упаковываются в секреторные гранулы и высвобождаются во внеклеточное пространство. Если инвазивные патогены нарушают работу аппарата Гольджи, вызывая нарушение секреции антимикробных белков клетками Панета, существует альтернативный путь секреции: было показано, что лизозим может быть перенаправлен посредством секреторной аутофагии. При секреторной аутофагии груз транспортируется в везикуле, положительной по LC3, и высвобождается на плазматической мембране, обходя таким образом комплекс ЭР-Гольджи. Не все бактерии индуцируют секреторную аутофагию: комменсальные бактерии, например, не вызывают разрушения Гольджи и, следовательно, не запускают секреторную аутофагию лизозима. Предполагается, что дисфункция секреторной аутофагии может быть одним из факторов, способствующих развитию болезни Крона.
Фагоцитарная функция
Клетки Панета поддерживают здоровье кишечника, функционируя как макрофаги; установлено, что клетки Панета удаляют погибающие клетки посредством поглощения клеток, подвергшихся апоптозу. Фагоцитарная функция клеток Панета была выявлена в ходе серии экспериментов, в одном из которых использовались мыши, облученные низкой дозой цезия-137 (¹³⁷Cs), что имитировало химиотерапию, которую проходят онкологические пациенты. Эти данные могут быть значимы для решения проблемы побочных эффектов, испытываемых онкологическими пациентами, у которых химиотерапия повреждает здоровье кишечника: примерно у 40% всех пациентов, получающих лечение от рака, во время терапии развивается мукозит желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), при этом этот показатель возрастает до 80% у пациентов, подвергающихся облучению брюшной полости или таза.
Поддержание эпителия
Клетки Панета участвуют в сигнальном пути Wnt и сигнальном пути Notch, которые регулируют пролиферацию кишечных стволовых клеток и энтероцитов, необходимых для обновления клеток эпителия. Они экспрессируют канонические лиганды Wnt: Wnt3a, Wnt9b и Wnt11, которые связываются с рецепторами Frizzled на кишечных стволовых клетках, активируя сигнальный путь β-катенина/Tcf. Клетки Панета также являются основным источником лигандов Notch – DLL1 и DLL4, которые связываются с рецепторами Notch – Notch1 и Notch2 на кишечных стволовых клетках и энтероцитарных предшественниках. Однако недавно было обнаружено, что регенеративный потенциал эпителиальных клеток кишечника снижается с течением времени из-за секреции белком Notum стареющими клетками Панета, поскольку Notum является внеклеточным ингибитором Wnt-сигналинга. Ингибирование секреции Notum может повысить регенеративный потенциал эпителия кишечника.
Цинк
Установлено, что цинк необходим для функционирования клеток Панета. Дефект транспортера Zn (ZnT)2 нарушает функцию клеток Панета, вызывая некоординированную секрецию гранул. Мыши, у которых отсутствует транспортер (ZnT)2, не только демонстрируют нарушение секреции гранул, но также страдают от усиленной воспалительной реакции на липополисахарид и обладают сниженной бактерицидной активностью. В норме цинк хранится в секреторных гранулах и высвобождается в просвет при дегрануляции. Предполагается, что накопление тяжелых металлов способствует прямому антимикробному действию, поскольку Zn высвобождается при холинергической стимуляции клеток Панета. Дефицит цинка также связан с алкоголь-индуцированной дисфункцией α-дефензина клеток Панета, что способствует развитию алкогольного стеатогепатита. Цинк способен стабилизировать α-дефензин 5 человека (HD5), который отвечает за поддержание гомеостаза микробиома. В соответствии с этим, введение HD5 может эффективно изменять состав микробиома (особенно за счет увеличения количества Akkermansia muciniphila) и обращать вспять повреждения микробиома, вызванные чрезмерным употреблением алкоголя. В то же время, дефицит цинка в рационе усугубляет негативное влияние алкоголя на бактерицидную активность клеток Панета.
Клиническое значение
Аномальные клетки Панета с пониженной экспрессией или секрецией дефензинов HD 5 и HD 6 (у человека) и антимикробных пептидов ассоциированы с воспалительными заболеваниями кишечника. У пациентов с болезнью Крона с более высоким процентом аномальных клеток Панета наблюдалось значительное снижение бактериального разнообразия по сравнению с пациентами с более низким процентом аномальных клеток Панета, что отражает уменьшение численности противовоспалительных микробов. В совокупности эти данные подтверждают теорию о том, что дисфункция клеток Панета может приводить к дисбиотической микробиоте, которая, в свою очередь, может предрасполагать к развитию болезни Крона. Тонкий кишечник недоношенного ребенка находится в этой переходной фазе в момент рождения, что делает недоношенных детей уязвимыми к повреждению кишечника и, как следствие, к некротизирующему энтероколиту. Механизм, связывающий клетки Панета с некротизирующим энтероколитом, остается неясным, однако предполагается, что развитию этого состояния предшествует вспышка роста протеобактерий и, в частности, видов Enterobacteriaceae. При последующем развитии воспаления нитраты могут ферментироваться Enterobacteriaceae sp., но не облигатными анаэробами, которые не способны использовать нитраты в качестве субстрата для роста. Таким образом, протеобактерии могут использовать это селективное давление для конкуренции с облигатными анаэробными Firmicutes и Bacteroidetes, что приводит к их избыточному росту и, как следствие, к дисбиозу. По крайней мере, одна мышиная модель показывает, что восстановление уровня α-дефензинов в просвете кишечника путем внутривенного введения R Spondin1 для стимуляции регенерации клеток Панета приводит к улучшению фиброза печени в результате разрешения дисбиоза. Предполагается, что селективная микробицидная активность, а также увеличение численности Muribaculaceae и снижение Harryflintia способствуют улучшению фиброгенеза. В одном исследовании описывается введение дитизона, способного разрушать клеточные гранулы, мышам, получавшим диету с высоким содержанием жиров, с целью выявления микробиологических изменений, связанных с клетками Панета. Применение дитизона улучшало непереносимость глюкозы и резистентность к инсулину у мышей на диете с высоким содержанием жиров и было связано со снижением тяжести стеатоза печени у этих мышей, возможно, благодаря модуляции микробиома кишечника, включающей увеличение Bacteroides. Таким образом, было предложено, что терапия, направленная на микробиом, может играть роль в лечении неалкогольной жировой болезни печени. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения взаимосвязи между клетками Панета и осью кишечник-печень.