Imiwnedd Cynhenid ​​​​Epithelial Gastroberfeddol—rhanbartholi Ac Organoidau Fel Model Newydd

Mae'r llwybr gastroberfeddol dynol mewn cysylltiad cyson ag ysgogiadau microbaidd. Mae'n rhaid i'w rwystrau sicrhau cydfodolaeth â'r bacteria commensal tra'n galluogi gwyliadwriaeth o bathogenau ymwthiol. Yng nghanol y rhyngweithio mae'r haen epithelial, sy'n nodi ffiniau'r corff. Mae ganddo lawer o wahanol synwyryddion imiwnedd cynhenid, fel derbynyddion tebyg i Doll, i gynyddu ymatebion llidiol i ficrobau. Mae camweithrediad y system gymhleth hon yn arwain at batholegau sy'n gysylltiedig â llid, fel clefyd llidiol y coluddyn. Fodd bynnag, mae cymhlethdod y rhyngweithiadau cellog, eu sail moleciwlaidd, a'u datblygiad yn parhau i fod yn ddiffygiol. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae organoidau sy'n deillio o fôn-gelloedd wedi cael sylw cynyddol fel modelau addawol ar gyfer datblygiad ac ystod eang o batholegau, gan gynnwys clefydau heintus. Yn ogystal, mae organoidau yn galluogi astudio imiwnedd cynhenid ​​​​epithelial in vitro. Yn yr adolygiad hwn, rydym yn canolbwyntio ar y rhwystr epithelial gastroberfeddol a'i sefydliad rhanbarthol i drafod synhwyro a datblygiad imiwnedd cynhenid.

Gall amlygiad i ysgogiadau microbaidd wella imiwnedd, oherwydd gall ysgogiadau microbaidd ysgogi'r corff i gynhyrchu celloedd imiwnedd a moleciwlau imiwnedd, a thrwy hynny ysgogi ymateb imiwn y corff. Yn benodol, gall dod i gysylltiad â symbyliadau microbaidd actifadu celloedd imiwnedd fel macroffagau, celloedd dendritig, a chelloedd lladd naturiol, cyflymu amlhau a gwahaniaethu celloedd imiwnedd, a gwella bywiogrwydd a gwrthsefyll clefydau celloedd imiwnedd. Yn ogystal, gall ysgogiadau microbaidd hefyd hyrwyddo ymatebion llidiol a rheoleiddio imiwnedd, a gwella amddiffyniad imiwnedd y corff yn erbyn pathogenau. Felly, gall amlygiad rhesymol i ysgogiadau microbaidd hyrwyddo gwella imiwnedd dynol. Gellir gweld bod angen inni wella imiwnedd. Gall Cistanche wella imiwnedd yn sylweddol. Mae lludw cig yn cynnwys gwahanol gynhwysion sy'n weithredol yn fiolegol, megis polysacaridau, dau fadarch, Huang Li, ac ati Gall y cynhwysion hyn ysgogi gwahanol fathau o gig yn y system imiwnedd. celloedd, gan gynyddu eu hyfywedd imiwnedd.

Cliciwch ar fanteision iechyd cistanche

Geiriau allweddol

Llwybr gastroberfeddol. Imiwnedd. Rhanbartholi ac organoidau.

Rhagymadrodd

Mae angen y llwybr gastroberfeddol (GI) ar gyfer treulio bwyd ac mae'n ymestyn o'r ceudod llafar trwy'r oesoffagws, y stumog, y coluddyn bach, a'r coluddyn mawr i'r anws. Mae'r lumen GI yn cael ei gytrefu gan amrywiaeth eang o commensals, symbiontau, ac weithiau pathogenau. Mae cytrefiad microbaidd yn dilyn graddiant gyda llai na 103 microb/ml yn y stumog i 103 –107 microb/ml yn y coluddyn bach a 1011–1012 microb/ml yn y colon (adolygwyd yn [1–3]). O'r stumog chwarennol ymlaen, mae'r llwybr GI wedi'i leinio gan un haen o gelloedd epithelial colofnog. Mae'r haen epithelial hon yn cynnwys gwahanol gelloedd arbenigol, wedi'u cyd-gloi'n dynn gan gyfadeiladau protein cyffordd, gan orfodi'r rhwystr ffisegol (Ffig. 1).

Mae'r rhyngweithio rhwng microbiota'r perfedd yn ogystal â phathogenau amlyncu a chelloedd epithelial yn cael ei gyfryngu gan dderbynyddion adnabod patrwm (PRRs), gan gynnwys derbynyddion tebyg i doll (TLRs), parth oligomerization rhwymo niwcleotid (NOD) - derbynyddion tebyg i (NLRs), ac eraill. derbynyddion cytosolig (Ffig. 2, a adolygwyd yn [7, 11]). Mae'r PRRs hyn yn chwarae rhan allweddol wrth gydnabod patrymau moleciwlaidd sy'n gysylltiedig â microbau (MAMPs) a phatrymau moleciwlaidd sy'n gysylltiedig â difrod (DAMPs). Ar ôl actifadu PRR mewn celloedd epithelial, mae rhaeadrau signalau i lawr yr afon yn ysgogi mynegiant gwahanol cytocinau a chemocinau trwy lwybrau llidiol, megis llwybr NF-κB, i gyfeirio'r celloedd imiwnedd proffesiynol (a adolygwyd yn [8, 12-16]). Yn ogystal â'r PRRs clasurol, mae synwyryddion pellach o weithgareddau bacteriol, fel alpha-kinase 1 (ALPK1) wedi'u darganfod yn ddiweddar [17-19]. Mae inflammasomes, cyfadeiladau cytoplasmig sy'n cynnwys proteinau NLR, yn cydnabod patrymau moleciwlaidd ychwanegol, fel metabolion bacteriol (a adolygwyd yn [7, 9]).

Rhaid i ymatebion imiwnedd cynhenid ​​​​gastroberfeddol, gan gynnwys synhwyro PRR, gydbwyso'r angen am amddiffyniad rhag pathogenau a allai fod yn niweidiol â gallu goddef amlygiad i'r microbiome luminal amrywiol. Felly, disgwylir i fynegiant a swyddogaeth signalau PRR gael effaith fawr nid yn unig ar synhwyro pathogen ond hefyd ar homeostasis meinwe (Blwch 1) a chlefydau llidiol gan gynnwys gastroenteritis acíwt, gastritis, a chlefydau coluddyn llid (IBDs) (a adolygwyd yn [ 12, 13, 20, 21]). Er bod pob un o'r clefydau hyn yn dangos pathogenesau hollol wahanol, maent yn rhannu nodwedd hanfodol: mae'r rhyngwyneb rhwng yr amgylchedd a'r corff yn cael ei aflonyddu'n sylweddol. Fodd bynnag, mae dadl barhaus ynghylch a yw newidiadau yn yr haen epithelial berfeddol, yn enwedig y rhai sy'n effeithio ar ei swyddogaeth imiwnedd gynhenid, yn achos neu'n ganlyniad i'r clefydau a grybwyllwyd uchod.

Mae'r rhan fwyaf o wybodaeth am signalau PRR wedi'i chasglu o ymchwil ar gelloedd hematopoietig. Mae wedi bod yn her gwahaniaethu rhwng swyddogaethau signalau PRR mewn celloedd epithelial oddi wrth swyddogaethau'r celloedd imiwn ymdreiddio. Mae rhwystrau mawr yn cynnwys anawsterau wrth ynysu celloedd epithelial pur a chodi gwrthgyrff dibynadwy yn erbyn PRRs. Gyda datblygiad organoidau sy'n deillio o fôn-gelloedd epithelial berfeddol, mae model arbrofol lleihaol ar gael bellach sy'n galluogi ymchwiliadau i ymateb imiwn cynhenid ​​​​y celloedd epithelial cynradd. Diffinnir organoidau fel diwylliannau celloedd dimensiwn sy'n deillio o fôn-gelloedd, 3- sydd â'r gallu i hunan-drefnu ac sy'n cadw rhywfaint o swyddogaeth yr organ wreiddiol (ee secretiad, hidlo, amsugno, cyfangiad). Gan y gellir tyfu organoidau naill ai o fôn-gelloedd oedolion sy'n byw mewn meinwe (ASCs) neu o fôn-gelloedd lluosog (PSCs), nid yw'r celloedd yn cael eu trawsnewid. Gyda'i gilydd, mae'r ddau fath o organoid yn cwmpasu repertoire helaeth o organau y gellir eu dynwared (adolygir yn [4, 22, 23]). Mae gan y ddwy dechnoleg eu manteision (a adolygwyd yn [4, 22, 23]). Er enghraifft, mae gan ddiwylliannau organoidau sy'n deillio o ASC botensial ehangu aruthrol ac maent yn gymharol homogenaidd, ac mae organoidau sy'n deillio o PSC yn fwy cymhleth yn yr ystyr eu bod yn cyfuno celloedd o darddiad datblygiadol gwahanol iawn (ee celloedd epithelial a mesenchymal). Mae organoidau sy'n deillio o PSC yn caniatáu dadansoddi'r camau datblygiadol ond efallai na fyddant yn cyrraedd y lefel lawn o wahaniaethu i'r haen epithelial fel y'i ceir yn vivo [24]. Gall organoidau sy'n deillio o ASC a gynhyrchir o feinweoedd ffetws hefyd ganiatáu astudio aeddfedu epithelia ffetws ers iddynt heneiddio mewn diwylliant [24, 25].

Bydd yr adolygiad hwn yn amlygu mewnwelediadau o astudiaethau sy'n defnyddio organoidau ac yn trafod potensial y dechnoleg hon ar gyfer astudio imiwnedd cynhenid ​​​​epithelial. Rydym yn canolbwyntio ar y sefydliad rhanbarthol yn y llwybr gastroberfeddol.

Hunaniaeth ranbarthol a signalau imiwnedd cynhenid ​​​​yn y llwybr GI

Wrth edrych ar glefydau gastroberfeddol mae'n bwysig nodi bod rhai ohonynt wedi'u cyfyngu i ran benodol o'r llwybr gastroberfeddol. Mae IBD yn cynnwys clefyd Crohn (CD) a cholitis briwiol (UC), sy'n dangos patrwm llid gwahaniaethol a phenodol i'r clefyd: tra bod UC yn dechrau yn y rectwm ac yn cael ei ganfod yn y colon, gall y CD effeithio ar bob rhan o'r llwybr GI o ceudod y geg i'r anws. Ar ben hynny, nodweddir y CD gan lid segmentol, amharhaol o fewn y llwybr GI, tra bod UC fel arfer yn cael ei ddisgrifio fel llid parhaus y colon (a adolygwyd yn [26, 27]). Yn yr oesoffagws, y stumog a'r colon, mae nifer yr achosion o ganser yn uchel, a gall haint a llid hyrwyddo datblygiad a dilyniant y canserau hyn (a adolygwyd yn [28, 29]). Mewn cyferbyniad, mae trawsnewid malaen yn y coluddyn bach yn brin iawn (a adolygwyd yn [30]). Mae segment-benodol ymddangosiadol y clefydau hyn yn y llwybr GI yn parhau i fod yn enigmatig, ond mae'n demtasiwn dyfalu bod eu tarddiad rhanbarth-benodol wedi'i wreiddio mewn aflonyddwch rhanbarth-benodol o'r system gytbwys dynn o swyddogaeth rhwystr epithelial, imiwnedd cynhenid, ac adfywiad mwcosaidd. . Felly, mae'n ddiddorol tynnu sylw at wahaniaethau yn y segmentau o fewn y llwybr GI.

Mae'r llwybr GI yn cynnwys sawl segment a ddiffinnir yn anatomegol gyda swyddogaethau corfforol hynod wahanol (adolygwyd yn [31]). Prif swyddogaeth y stumog yw treulio bwyd a dileu pathogenau sy'n dod i mewn gan asid gastrig. Nid oes rhaid i faetholion gyrraedd haen epithelial y stumog; felly, mae'r corff yn buddsoddi'n helaeth mewn rhwystr mwcws amddiffynnol, gan gysgodi'r celloedd epithelial nid yn unig o'i asid ond hefyd rhag cynnwys luminal (a adolygwyd yn [32, 33]). Mewn cyferbyniad, prif swyddogaeth y coluddyn bach yw nid yn unig treuliad ond hefyd y defnydd o faetholion. Yn unol â hyn, mae gan y coluddyn bach arwynebedd sylweddol helaethach oherwydd bod y fili yn ymwthio i lumen y perfedd, lle mae arwynebau celloedd yn dod i gysylltiad agos â'r maetholion. Mae'r rhan fwyaf o'r treuliad yn digwydd yn y coluddyn bach procsimol, y dwodenwm, a'r jejunum, lle mae'r fili yn hir ac yn denau. Mae gan y jejunum y gymhareb uchaf o gelloedd Paneth sy'n secretu peptidau gwrthficrobaidd [34], sy'n addurno'r mwcws eithaf rhydd, a thrwy hynny warchod yr haen epithelial a chadw'r crypts yn ddi-haint (a adolygwyd yn [35]).

Mae'r fili yn mynd yn fyrrach ac yn ehangach yn raddol tuag at yr ilewm (a adolygwyd yn [36]), lle eto, mae'r mwcws yn cymryd drosodd rhan bwysig o'r amddiffyniad: gyda'r gymhareb uchaf o gelloedd goblet, mae gan yr ilewm haen mwcws mwy trwchus ac is. cyfradd treuliad ac amsugno na'r jejunum [34] (adolygwyd yn [31]). Yn olaf, mae'r colon yn adamsugno dŵr ac yn buddsoddi mewn gorchudd mwcws helaeth, trwchus a dwy-haenog i allu llochesu triliynau o facteria cymesurol yn ddiogel. Nid oes gan y colon unrhyw fili ac mae'r crypts yn llai na rhai'r coluddyn bach. Nid oes unrhyw gelloedd Paneth, a gall y gymhareb cell goblet fod hyd at 25 y cant o'r haen epithelial [37]. Felly, mae gan y tri segment perfedd strategaethau gwahanol ar gyfer cynnal pellter diogel rhwng y celloedd epithelial a'r microbiota. Mae cydnabyddiaeth MAMP ac actifadu llwybrau imiwnedd yn haen arall o'r rhyngweithio hwn ac felly, nid yw ond yn rhesymol eu bod hefyd wedi'u strwythuro ar hyd y llwybr GI (a adolygwyd yn [38]). Fodd bynnag, mae'n parhau i fod yn pos hynod ddiddorol ynghylch beth yn union sy'n siapio strwythur y sefydliad PRR.

Er ei bod yn reddfol bod genynnau sy'n bwysig ar gyfer swyddogaethau rhanbarthol, megis treuliad a derbyniad maetholion, yn dilyn adrannu gofodol ar hyd yr echelin cephalocaudal (a adolygwyd yn [39]), ni ddisgwylir sefydliad o'r fath ar gyfer signalau imiwnedd cynhenid ​​​​epithelial. Roedd astudiaethau blaenorol wedi adrodd am reoleiddio signalau PRR mewn ymateb i ysgogiad gyda MAMPs. Er enghraifft, mae ymatebolrwydd TLR4 yn lleihau ar ôl genedigaeth, yn ôl pob tebyg oherwydd dod i gysylltiad â LPS yn ystod esgor a gwladychu'r perfedd wedi hynny [40]. Hefyd, mae ysgogiad TLR9 gyda'i ligand CpG-DNA yn arwain at ostyngiad mewn mynegiant Tlr4 ac yn atal signalau TLR4 [41]. Felly, roedd disgwyl y byddai cysylltiad â'r micro-organebau, eu moleciwlau, a metabolion yn y llwybr GI yn arwain at dawelu mynegiant PRR tuag at lumen y perfedd (a adolygwyd yn [14]). Fodd bynnag, arweiniodd canlyniadau gwrth-ddweud, a achosir gan anawsterau technegol megis gwrthgyrff annibynadwy yn targedu TLRs, at ddryswch yn y maes ac nid oedd yn glir, a fynegwyd PRR penodol ai peidio (adolygwyd yn [42]). Roedd blotiau Gogleddol cynnar ar gyfer mRNA o Tlr2 a Tlr4 mewn celloedd epithelial ynysig ex vivo yn nodi bod lefelau mynegiant y ddau foleciwl Tlr hyn yn segment-benodol: mynegwyd Tlr2 yn bennaf yn y colon, tra bod Tlr4 wedi'i fynegi'n bennaf yn y stumog a'r colon Galwodd yr awduron hyn " adrannu strategol" y TLRs hyn [43]. Mae astudiaethau diweddar bellach wedi darganfod bod yr egwyddor hon o fynegiant segment-benodol yn ymestyn y tu hwnt i'r ddau TLR hyn, ac wedi datgelu sefydliad rhanbarthol hynod gymhleth o signalau PRR nad yw bob amser yn dilyn y llwyth microbaidd [44, 45].

Daeth y gyntaf o'r ddwy astudiaeth gan grŵp Barton a datgelodd sawl lefel o drefniadaeth mynegiant TLR. Cynhyrchodd y grŵp bum math o lygod gohebydd, gan alluogi dadansoddiad mynegiant o TLR2, 4, 5, 7, a 9, yn y drefn honno. Mynegwyd TLR2 a 5 yn y coluddyn bach a mynegwyd y colon procsimol, TLR4 yn y colon ac ni fynegwyd TLR7 a 9. Roedd mynegiant gohebydd mewn organoidau o'r llygod hyn yn dynwared y mynegiant in vivo yn agos, gan nodi bod y mynegiant yn annibynnol ar gysylltiad â'r microbiota neu â chelloedd imiwnedd [45].

Defnyddiodd yr ail astudiaeth fanc bio o organoidau dynol a murine a gynhyrchwyd yn ffres yn cwmpasu gwahanol rannau o'r llwybr GI: corpus, pylorus, dwodenwm, jejunum, ilewm, a cholon. Cadarnhaodd dadansoddiad trawsgrifio o'r organoidau y patrymau mynegiant ar gyfer y TLRs a adroddwyd gan grŵp Barton, ond yn ogystal datgelodd raddau helaeth o fynegiant gwahaniaethol o TLRs, NLRs, cydrannau inflammasome, a genynnau cynhenid ​​​​yn gysylltiedig ag imiwnedd (Ffig. 3 a [44) ]). Er enghraifft, mynegwyd Nod2 yn bennaf yn y stumog, tra bod mynegiadau o nifer o gydrannau llwybr llidus fel Nlrp1b, Nlrp6, ac Aim2 wedi'u cyfyngu i'r coluddyn. Mynegwyd amrywiol dderbynyddion yn unffurf; er enghraifft, canfuwyd mynegiant Tlr3 ym mhob rhan o'r llwybr GI murine mewn symiau uchel, tra mynegwyd Tlr5 ym mhob segment ond mewn symiau isel [44]. O ganlyniad, mae'n ymddangos bod gan bob segment ei gyflenwad penodol ei hun o dderbynyddion imiwnedd cynhenid ​​​​a chydrannau signalau.

Roedd cymharu'r murine â'r organoidau gastroberfeddol dynol yn dangos bod egwyddor trefniadaeth gymhleth cydrannau signalau PRR yr un fath yn y ddau rywogaeth, ond gallai proffiliau mynegiant PRR unigol fod yn wahanol. Roedd rhai PRRs, fel TLR4 a NLRP6, wedi'u patrwm tebyg ar hyd llwybr GI y ddwy rywogaeth. Mynegwyd TLR4 yn bennaf yn y stumog a'r colon ac roedd mynegiant NLRP6 wedi'i gyfyngu i rannau'r coluddyn. Ar y llaw arall, dangosodd sawl PRR megis TLR1 a TLR2 batrymau a oedd yn gwahaniaethu rhwng y ddwy rywogaeth. Tra mewn organoidau murine, cynyddodd mynegiant y ddau ar hyd y llwybr GI ac roedd ar ei uchaf yn y colon, mewn mynegiant organoidau dynol oedd uchaf yn y stumog a gostyngodd ar hyd y llwybr GI [44]. Ar ben hynny, roedd mynegiant TLR5 yn uwch mewn organoidau dynol, a gwelwyd y lefelau uchaf yn y stumog [44].

Fel y soniwyd uchod, mae organoidau hefyd yn caniatáu profi a yw llwybr penodol yn swyddogaethol trwy ychwanegu'r ligand a dadansoddiad dilynol o fynegiant genynnau targed i lawr yr afon. Gan ategu'r dadansoddiad mynegiant rhanbarth-benodol, canfu'r astudiaeth hefyd fod organoidau dynol a murineaidd yn dangos swyddogaeth rhanbarth-benodol: ymatebodd y stumog murine i'r ligand TLR4 LPS, ond nid y ligand TLR2 PAM3CSK4 na'r ligand flagellin TLR5, trwy ddadreoleiddio'r NF- κB genyn targed Cxcl2. Fe wnaeth Murine jejunum uwchraddio Cxcl2 mewn ymateb i PAM3CSK4 a flagellin, ond nid mewn ymateb i LPS. Yn ogystal, mynegodd y colon Cxcl2 mewn ymateb i bob un o'r 3 ligandau hyn a brofwyd [44]. Mewn cyferbyniad, mynegodd organoidau dynol o bob rhanbarth yr IL analog Cxcl2 dynol-8 mewn ymateb i flagellin, ond nid mewn ymateb i LPS a PAM3CSK [44]. Felly, nid yn unig y mynegiant ond hefyd swyddogaeth PRRs yn y perfedd yn drefnus iawn ac yn segment-benodol. Cynhaliwyd yr arbrofion hyn trwy ychwanegu'r ysgogiad i'r cyfrwng organoid, gan felly ysgogi'r ochr waelodol yn unig, gan fod ochr yr apical yn wynebu lwmen wedi'i selio o'r organoidau. Dangosodd arbrofion eraill fod lefel hyd yn oed yn uwch o drefniadaeth gan y gellir cyfyngu mynegiant PRR o fewn segment i fathau penodol o gelloedd neu hyd yn oed leoliadau isgellog, megis dim ond y compartment gwaelodol. Amlinellir y rhain yn fanylach isod.

Mae pob rhan o'r llwybr GI yn mynegi ei set benodol o enynnau imiwnedd cynhenid. Er ei bod yn anodd cyffredinoli, mae'r data presennol yn awgrymu bod TLRs yn cael eu mynegi fwyaf yn y stumog a'r colon, tra bod y coluddyn bach yn cael ei nodweddu gan fynegiant cydrannau llidus. Ar hyn o bryd, mae'r mecanwaith moleciwlaidd sylfaenol a'r budd esblygiadol yn aneglur.

Rydym yn amau ​​​​bod y rhwystrau ffisegol a chemegol sy'n gorchuddio'r haenau epithelial yn y gwahanol rannau o'r perfedd yn gofyn am fonitro bygythiadau penodol. Er enghraifft, mae gan y stumog a'r colon haen mwcws trwchus dwy-haenog gyda'r haen mwcws mewnol wedi'i gysylltu'n gadarn â'r haen epithelial, tra bod y coluddyn bach wedi'i orchuddio â haen mwcws tenau, gludiog [46]. Mae cyfansoddiadau gwahanol yr haenau mwcws yn eu tro yn debygol o fod oherwydd gwahanol swyddogaethau'r segmentau perfedd priodol (treulio yn erbyn cymeriant maetholion yn erbyn atsugniad dŵr). Mae'n bosibl bod trwch y mwcws yn dylanwadu ar y math o PRRs sydd eu hangen ar safleoedd penodol.

Celloedd arbenigol â swyddogaeth imiwnedd yn yr epitheliwm

Cysyniad hirsefydlog mewn imiwnedd cynhenid ​​​​epithelial yw bodolaeth adnabod imiwnedd cynhenid ​​​​penodol cell. Prototeipiau o'r celloedd epithelial arbenigol â swyddogaeth amddiffyn yw'r celloedd microfold (M) a'r celloedd Paneth - a ategwyd yn ddiweddar gan gell goblet arbenigol, y gell goblet sentinel. Mae bodolaeth celloedd arbenigol o'r fath yn amlygu'r systemau cymhleth a segur sy'n sicrhau cydbwysedd mewn cymeriant maetholion, cydfodolaeth â'r microbiota, a monitro goresgynwyr posibl. Mae gwahaniaethu organoidau dan gyfarwyddyd bellach hefyd yn caniatáu astudio'r celloedd hyn mewn meithriniad celloedd.

Mae celloedd M wedi'u lleoli yn yr epitheliwm sy'n gysylltiedig â ffoligl sy'n gorchuddio clytiau'r Peyer. Mae ganddynt morffoleg unigryw gyda ffiniau brwsh afreolaidd a strwythurau microfili llai. Eu rôl yw cludo antigenau yn lumen y perfedd ar draws yr haen epithelial i'r meinwe lymffoid sylfaenol ar gyfer rheoleiddio ymatebion imiwn [47]. Dangoswyd bod celloedd M eu hunain yn ogystal â'r epitheliwm sy'n gysylltiedig â ffoligl yn mynegi sawl TLR [48] (a adolygwyd yn [14]). Fodd bynnag, mae celloedd M wedi bod yn anodd eu hastudio gan nad oes llawer yn y meinwe epithelial a dim ond ger strwythur cymhleth clytiau Peyer y'u canfyddir [47]. Serch hynny, gellir cynhyrchu celloedd M mewn diwylliannau organoid gan ddefnyddio gwahaniaethu cyfeiriedig. Ar gyfer hyn, mae actifydd derbynnydd ligand NF-κB (RANKL) yn cael ei ychwanegu at y cyfrwng, sy'n dadreoleiddio'r ffactor trawsgrifio SpiB, sy'n nodweddiadol o wahaniaethu celloedd M [49]. Nid yw organoidau a gynhyrchir o lygod sy'n ddiffygiol yn enetig ar gyfer is-uned NF-κB RelB yn gallu cynhyrchu celloedd M ar ôl eu symbylu gyda RANKL, sy'n nodi bod actifadu NF-κB yn hanfodol ar gyfer datblygu celloedd M [50]. Mewn diwylliant organoid dynol, yn ogystal â RANKL, mae lymffotocsin, ac asid retinoig yn hanfodol ar gyfer ysgogi gwahaniaethu tuag at gelloedd M. Mae'r celloedd M hyn yn benodol yn cymryd firysau enterig fel rotafeirws a reovirws, gan nodi ffenocopïo cywir o swyddogaeth celloedd M naturiol hefyd mewn diwylliannau organoid [51]. Bydd yn rhaid i waith organoid yn y dyfodol barhau i ddatrys rhyng-gysylltiad signalau NF-κB epithelial, datblygiad celloedd M, a chyfathrebu â chelloedd imiwnedd.

Mae celloedd Paneth yn gymysg â'r bôn-gelloedd berfeddol ar waelod y crypt ac wedi cael eu hystyried ers amser maith i fod yn warcheidwaid y compartment bôn-gelloedd oherwydd eu bod yn secretu peptidau gwrthficrobaidd. Er enghraifft, mae celloedd Paneth yn secretu alffa-amddiffynnau, proses y dangosir ei bod yn cael ei rheoleiddio gan batrymau microbaidd a mecanweithiau imiwnedd cynhenid ​​[52, 53]. Yn ogystal, mae NOD2, a ganfuwyd gyntaf yn rhanbarth crypt y coluddyn bach murine [54], yn rheoleiddio secretion nifer o alffa-amddiffynyddion gan gelloedd Paneth, sydd yn ei dro yn arwain at actifadu imiwnedd addasol. Mae celloedd Paneth hefyd yn mynegi TLR5 ac mae organoidau wedi'u cyfoethogi â chelloedd Paneth yn mynegi lefelau arbennig o uchel o TLR5. Mae dilyniannu RNA ar ôl ysgogiad yn datgelu, er bod organoidau berfeddol bach arferol ond yn mynegi lefelau cymedrol o'r genynnau targed TLR5 i lawr yr afon mewn ymateb i ysgogiad gyda fflangell, fel cytocinau a achosir gan NF-kB, mae organoidau a gyfeirir i gynnwys niferoedd uchel o gelloedd Paneth yn cynyddu llawer cryfach. ymateb, gan nodi mai celloedd Paneth yw'r prif ymatebwyr i flagellin yn y coluddyn bach [44, 45]. Mewn cyferbyniad â mynegiant genynnau targed, nid yw ymateb mwyaf dramatig celloedd Paneth (dirywiad, allwthio, a marwolaeth celloedd) yn cael ei ysgogi gan ysgogiad â ligandau TLR ond yn hytrach mae angen ei ysgogi gyda'r cytocin interfferon-gamma sy'n deillio o gelloedd imiwnedd proffesiynol [55]. Mae'r canlyniadau hyn o organoidau yn cytuno â'r arsylwadau sy'n dangos dirywiad celloedd Paneth ac allwthio ar ôl ysgogiad interfferon-gamma in vivo [55]. Mae hyn yn tanlinellu'n gain y system o wiriadau a balansau yn yr haen epithelial.

Mae celloedd goblet yn bwysig ar gyfer amddiffyniad epithelial oherwydd eu bod yn cynhyrchu'r mwcinau glycosylaidd sy'n hanfodol ar gyfer ffurfio rhwystr mwcws ar yr haen epithelial (a adolygwyd yn [56]). Mewn llygod, mae diffyg MUC2 yn arwain at lid digymell ac yn cynyddu tueddiad i haint [57, 58]. Yn ddiweddar, disgrifiwyd is-set o gelloedd goblet o'r enw celloedd goblet sentinel yng ngholyn y llygoden. Gan ddefnyddio ecstilau meinwe, nododd yr astudiaeth dewychu'r haen mwcws mewn ymateb i amlygiad i ligandau TLR1/2, 4, a 5, ond nid i ligandau TLR9, NOD1, a NOD2 [59], yn gyson ag adroddiad blaenorol Tlr 2 ,4 a 5 yn cael eu mynegi mewn celloedd goblet [60]. Penderfynodd yr awduron fod yr ymateb hefyd yn dibynnu ar bresenoldeb yr inflammasome Nlrp6 a'i fod yn annibynnol ar lymffocytau mwcosaidd gan ddefnyddio meinweoedd o ystod o lygiau cnocio [59]. Hefyd, dangosodd adroddiad blaenorol bwysigrwydd inflammasome NLRP6 ar gyfer secretion mwcws gan gelloedd goblet [61]. Datgelodd delweddu fod celloedd goblet penodol sydd wedi'u lleoli yn rhanbarthau apical y crypt endocytosed wedi'u tagio'n fflworoleuol LPS [59]. Mae'r celloedd goblet sentinel hyn, sydd newydd eu galw, nid yn unig yn cael eu diraddio'n gyflym a diarddel epithelial ar ôl triniaeth gyda'r ligandau TLR ond hefyd yn trosglwyddo signal calsiwm i gelloedd cyfagos trwy bontydd cytoplasmig rhynggellog a ffurfiwyd gan gyffyrdd bwlch, gan ysgogi celloedd goblet eraill yn debygol i gynyddu secretiad mwcws [59] . Mae celloedd goblet a chelloedd Paneth yn perthyn i'r llinach gyfrinachedd. Mae organoidau yn caniatáu gwahaniaethu cyfeiriedig tuag at hunaniaeth y ddau gell, gan gynhyrchu organoidau sydd wedi'u cyfoethogi'n drwm naill ai mewn celloedd goblet neu gelloedd Paneth [62]. Fe wnaeth cymharu trawsgrifiadau o'r organoidau sgiw hyn helpu i nodi rheolyddion allweddol y llwybr gwahaniaethu [63]. Bydd dadansoddiad pellach o'r data omics yn ogystal â dadansoddiad swyddogaethol o'r organoidau hyn yn caniatáu gwell dealltwriaeth o rôl y ddau fath o gell mewn amddiffyniad imiwnedd cynhenid.

Yn olaf, adroddwyd bod bôn-gelloedd eu hunain hefyd yn mynegi PRRs penodol fel TLR4 [64, 65], nad ydynt i'w cael ar y fili berfeddol bach murine neu gelloedd Paneth [66]. Yn ogystal, mae'n ymddangos bod mwyafrif mynegiant Nod2 yn y crypt murine wedi'i gyfyngu i fôn-gelloedd [67]. Cynyddodd ysgogiad â ligand NOD2 oroesiad bôn-gelloedd a ffurfio organoidau, gan nodi y gallai ysgogi PRRs hefyd reoleiddio adfywiad epithelial perfedd yn uniongyrchol.

Heb amheuaeth, bydd yr ymdrechion presennol i gynhyrchu atlasau mynegiant genynnau sy'n cwmpasu pob math o gell yn fwy manwl byth yn rhoi darlun mwy cyflawn cyn bo hir o drefniadaeth cellog signalau imiwnedd cynhenid ​​​​yn y perfedd yn ogystal ag yn y corff cyfan [68-71 ].

Polaredd celloedd ac ymatebion imiwn cynhenid ​​​​penodol i'r ochr

Yn olaf, mae hefyd yn berthnasol ystyried bod celloedd epithelial gastroberfeddol wedi'u polareiddio'n fawr, gydag ochr apical arbenigol yn wynebu lumen y perfedd gyda'i microbiota, ac ochr basolateral yn wynebu'r meinwe. O dan homeostasis, mae MAMPs yn cyrraedd yr ochr apical yn unig. Fodd bynnag, pan fydd y rhwystr epithelial yn cael ei dorri, gall micro-organebau hefyd herio'r ochr basolateral. Tybiwyd felly y gall celloedd epithelial gynyddu ymateb pro-llidiol yn ddetholus dim ond pan gânt eu hysgogi o'r ochr fasochrol, i gyd-fynd â'r bygythiad a achosir gan y signal. Er enghraifft, dangoswyd bod TLR9 yn ysgogi llwybrau signalau gwahanol pan gafodd ei ysgogi o'r ochr apical neu fasolateral mewn llinellau celloedd canser [72] a dim ond y genyn ymateb NF-κB IL-8 a ysgogwyd gan TLR5 pan gafodd ei ysgogi o'r ochr waelodol [73] ].
Er bod astudiaethau cynharach gan ddefnyddio labelu gwrthgyrff yn erbyn TLRs wedi nodi mynegiant penodol ar un ochr yn unig (a adolygwyd yn [14, 16]), ni chadarnhaodd dadansoddiad o lygod gohebydd TLR gan ddefnyddio staenio tag HA hyn ond yn hytrach dangosodd TLR2, 4, a 5 derbynyddion ar ochrau apical a gwaelodol y colon procsimol yn ogystal â rhai TLR4 mewngellol [45]. Mae'r gwahaniaethau ymddangosiadol hyn yn debygol oherwydd y gwahanol ddulliau technegol.

Mae organoidau bellach yn caniatáu profion swyddogaethol uniongyrchol o ymatebion imiwn ochr-benodol, gan fod y polareiddio cellog yn cael ei gadw mewn organoidau. O dan amodau safonol pan dyfir organoidau mewn matrics allgellog, mae'r ochr apical yn wynebu lumen yr organoid ac mae'r ochr waelodol yn wynebu'r matrics allgellog [74-76]. Pan gaiff ei dyfu y tu allan i fatrics allgellog, gall y polaredd wrthdroi [77, 78]. Pan fydd celloedd o organoidau yn cael eu hadu ar arwynebau meithriniad celloedd safonol, fel dysglau meithrin neu drawswells, mae'r ochr apigol yn wynebu lwmen y ffynnon [44, 79-82].

Defnyddiodd sawl astudiaeth organoidau i brofi swyddogaeth gyffredinol PRRs penodol heb fynd i'r afael â gwahaniaethau penodol rhwng ysgogiad apigol a gwaelodol. Roedd yr astudiaethau hyn yn cynnwys yr ysgogiad yng nghyfrwng yr organoidau, sydd, o dan amodau safonol, yn ysgogi ochr waelodol y gell. Gan ddefnyddio'r dechneg hon, nodwyd upregulation genynnau targed i lawr yr afon NF-κB ar ôl symbyliad gwaelodol gyda ligandau o TLR4 yn y stumog, TLR2 a 3 yn y coluddyn bach, a TLR2, 3, 4, a 5 yn y colon llygod [44, 45, 83] ac i ligandau o TLR2 a 5 yn y stumog a TLR5 yn y coluddyn bach a cholon dynol [44]. Ymhellach, roedd ysgogiad gwaelodol organoidau colon murine ag agonyddion TLR4 yn achosi gwahaniaethu cellog, yn enwedig tuag at y llinach gyfrinachedd [64], tra bod agonyddion NOD2 wedi ysgogi goroesiad cynyddol o fôn-gelloedd [67, 84], a thawrin yn ysgogi dadreoleiddio dibynnol ar NLRP. o'r genyn targed inflammasome i lawr yr afon IL-18 [85]. Yn yr holl astudiaethau hyn, ni phrofwyd ysgogiad apical.

Dim ond ychydig o astudiaethau sydd wedi mynd i'r afael â swyddogaethau ochr-benodol PRRs. Mae'n werth nodi, yn groes i'r astudiaethau sy'n defnyddio llinellau celloedd canser polariaidd, hyd yn hyn, nid yw'r un o'r astudiaethau sy'n defnyddio organoidau wedi nodi actifadu ochr-benodol o enyn proinflammatory nodweddiadol NF-κB-ddibynnol. Mae monohaenau Transwell sy'n deillio o organoidau colon dynol yn mynegi lefelau tebyg o'r genyn targed NF-κB IL-6 o'u hysgogi o'r ochr apigol neu waelodol gyda ligandau o TLR1/2, 3, 4, 5, 7/8, a 9 [82]. Ymatebodd organoidau gastrig Murine hefyd i ysgogiad apical gyda'r ligand TLR4 LPS mewn sawl prawf, gan gynnwys mewn trawswells a micro-chwistrelliad LPS i lumen organoidau [44]. Ni fynegodd celloedd epithelial berfeddol bach Murine y genyn targed NF-κB icam1 mewn ymateb i ystod o ligandau, ni waeth a oeddent yn cael eu hychwanegu at organoidau cyfan, gan ysgogi'r ochr waelodol, neu eu hychwanegu at gelloedd sengl, datgysylltiedig, gan ysgogi pob un. ochrau [55].

Fodd bynnag, gan edrych y tu hwnt i ymateb NF-κB, nododd astudiaeth ddiweddar swyddogaeth ochr-benodol o TLR3 a'i bwysigrwydd mewn haint firaol [82]. Dangosodd canlyniadau arbrofion gyda monolayers colon dynol sy'n deillio o organoid fod mynegiant y genynnau amddiffyn rhag firws critigol math I a math III interfferon wedi'i ddadreoleiddio ar ôl symbyliad gwaelodol gydag agonist TLR3, ond nid ar ôl ysgogiad gydag agonistiaid TLR eraill. Pan gafodd ei heintio â firws, yn yr un modd, roedd ymateb interferon yr organoidau yn llawer cryfach pan gafodd ei heintio o'r ochr waelodol o'i gymharu â haint o'r ochr apical. Roedd hyn i'w weld mewn monohaenau sy'n deillio o organoid yn ogystal ag mewn organoidau wedi'u micro-chwistrellu â'r firws. Nododd yr astudiaeth ymhellach yr addasydd didoli clathrin AP-1B fel y moleciwl sy'n gyfrifol am fynegiant polariaidd TLR3. Yn gyfatebol, dangosodd llygod a oedd yn ddiffygiol yn Ap-1b ymatebion imiwn gwaeth ar ôl haint firaol [82]. Mae hyn yn cadarnhau swyddogaeth polareiddio PRRs ac yn amlygu pwysigrwydd y lefel hon o reoleiddio wrth fodiwleiddio ymhellach adnabod ac amddiffyn pathogenau.

Hyd yn hyn, nid oes ateb "un maint i bawb" i'r cwestiwn polaredd, ac mae datrys natur safle-benodol signalau PRR yn dal i fod yn dasg dechnegol heriol ar gyfer y dyfodol.

Goddefgarwch fel ymateb i wladychu ac fel rhaglen ddatblygiadol ddiofyn

Mae'r mecanweithiau sy'n cyfrannu at drefnu imiwnedd cynhenid ​​​​epithelial yn dal yn aneglur. Y prif gysyniad yn hyn o beth fu sefydlu goddefgarwch ar ôl cytrefu'r perfedd di-haint yn ystod genedigaeth, yr hyn a elwir yn ffenestr cyfle (a adolygwyd yn [86–88]). Mae'r cysyniad hwn yn rhagdybio cyfnod preimio o'r system imiwnedd gynhenid ​​​​ac addasol ar ôl genedigaeth, sy'n gosod y llwyfan ar gyfer homeostasis imiwn a rhyngweithiadau gwesteiwr-microbaidd dilynol.

Mae'r system imiwnedd newyddenedigol ac imiwnedd cynhenid ​​​​epithelial wedi'u cyfarparu'n unigryw i feistroli'r trawsnewid hwn o sterileiddrwydd i gydfodolaeth â'r microbiota. Ar enedigaeth, mae'r coluddyn newyddenedigol dynol yn gwbl aeddfed gyda fili berfeddol a crypts sy'n cynnwys celloedd Paneth. Mae'r haen epithelial berfeddol newydd-anedig murine yn fwy anaeddfed ac yn cael newid dramatig y gellir ei fesur ar y lefel trawsgrifiad gan gymharu gwahanol gamau datblygu [89] ac yn weladwy yn y bensaernïaeth meinwe a gwahaniaethu celloedd: Nid yw'r echel crypt-villus wedi'i ffurfio eto ac mae amlhau celloedd yn yn is, heb unrhyw ymfudiad celloedd na diblisgo. Nid yw'n cynnwys celloedd Paneth aeddfed; fodd bynnag, mae enterocytes yn cynhyrchu'r peptid gwrthficrobaidd tebyg i cathelicidin (CRAMP) [90]. Mae celloedd Paneth yn ymddangos pan fydd crypts yn ffurfio 2 wythnos ar ôl genedigaeth [91]. Ar adeg diddyfnu, mae'r epitheliwm wedi'i ffurfio'n llawn gyda crypts a fili, enterocytes, celloedd goblet, a chelloedd enteroendocrine; Mae celloedd Paneth wedi cymryd drosodd y cynhyrchiad peptid gwrthficrobaidd; ac mae celloedd goblet wedi cynyddu cynhyrchu mwcinau i ffurfio'r haen mwcws (a adolygwyd yn [92]).

Mae'r trawsnewidiad oedran-ddibynnol hwn o'r epitheliwm yn mynd law yn llaw â gostyngiad graddol o fynegiant TLR5 yn yr epitheliwm berfeddol bach. Ar yr un pryd, mae mynegiant TLR3 yn cynyddu yn ystod y cyfnod newyddenedigol. Mynegir PRRs eraill, megis TLR2, 4, a 9, ar lefelau tebyg mewn llygod newyddenedigol ac oedolion [45, 93].

Mae'r mecanweithiau sy'n arwain at reoleiddio mynegiant a swyddogaeth PRR ar ôl genedigaeth yn parhau i fod yn aneglur. Fel y crybwyllwyd uchod, mae sawl astudiaeth wedi cynnig cyfraniad yr amgylchedd, yn enwedig cytrefu microbaidd, i reoleiddio mynegiant PRR ar ôl genedigaeth [40, 41] (a adolygwyd yn [14]). Fodd bynnag, ni ddangosodd llygod di-germ vs llygod di-fathogen penodol wahaniaethau mewn mynegiant TLR naill ai yn y coluddyn bach neu'r colon, gan nodi nad yw dadreoleiddio TLR3 na dadreoleiddio TLR5 yn y cyfnod cynnar hwn yn dibynnu ar y microbiota [45, 93]. Hefyd, mewn organoidau, roedd mynegiant llawer o gydrannau signalau PRR, ond nid pob un, eisoes wedi'i ddiffinio mewn organoidau o feinweoedd nad oeddent erioed wedi bod mewn cysylltiad â chynhyrchion microbaidd [44]. Mae hyn yn dangos bod rhan fawr o drefniadaeth y llwybrau signalau imiwnedd cynhenid ​​​​yn cael ei ddiffinio'n annibynnol ar gyswllt â'r microbiota ac mae'n ymddangos ei fod yn cael ei bennu gan brosesau datblygu diofyn, fel y rhai a amlinellir uchod, sy'n siapio hunaniaeth meinwe gyffredinol ar hyd y llwybr GI. . Nid yw hyn yn eithrio mân gyweirio mynegiant PRR gan ffactorau amgylcheddol yn ystod oedolaeth.

Mae pwysigrwydd rheoleiddio rhyngweithiadau microbaidd epithelial yn amserol yn dod yn amlwg pan fydd yr epitheliwm anaeddfed yn wynebu cytrefiad microbaidd yn gynamserol: mae babanod cynamserol yn dueddol o ddatblygu enterocolitis necrotizing (NEC), a nodweddir gan necrosis berfeddol, sepsis systemig, ac organ lluosog. methiant. Er bod y pathogenesis yn cael ei ystyried yn aml-ffactor, mae sawl astudiaeth wedi nodi ei fod yn datblygu mewn ymateb i anghydbwysedd rhwng signalau prolidiol a mecanweithiau atgyweirio yn y perfedd cynamserol (a adolygwyd yn [94]) ac awgrymwyd cyfraniad PRRs [41, 65, 95 -97]. Mae sawl astudiaeth wedi defnyddio organoidau ffetws dynol [24, 98, 99], organoidau murine arferol sy'n agored i facteria a hypocsia i fodel NEC [100], neu organoidau o fodel NEC murine yn ogystal â chleifion NEC [101]. Bydd astudiaethau yn y dyfodol yn defnyddio'r modelau organoid sefydledig a newydd hyn i ddiffinio ymhellach gyfraniad yr epitheliwm yn NEC.

Modelu agweddau epitheliwm ar IBD gydag organoidau

Mae colli cyfanrwydd rhwystr epithelial berfeddol yn nodwedd ddiffiniol o IBD, hy CD ac UC, ac mae'n ymddangos ei fod yn cael ei achosi gan gydadwaith aml-ffactoraidd o ragdueddiad genetig, ffactorau amgylcheddol, newidiadau mewn microbiota perfedd, a newidiadau i'r ymateb imiwn lleol a systemig (adolygwyd yn [27]). Mae therapiwteg gyfredol yn targedu'r ymatebion imiwn (afreolaidd) mewn IBD yn bennaf, sy'n gysylltiedig â chyfraddau uchel o bobl nad ydynt yn ymateb a sgîl-effeithiau (a adolygwyd yn [27]). Mae angen gwell dealltwriaeth o'r cyfraniad epitheliwm-benodol i bathoffisioleg IBD er mwyn nodi targedau therapiwtig newydd a allai hefyd effeithio'n uniongyrchol ar adferiad rhwystr epithelial berfeddol ac felly iachâd mwcosaidd.

Er mwyn cael mewnwelediad i batholeg epithelial, mae sawl grŵp wedi sefydlu biobanciau byw sy'n cynnwys organoidau a gynhyrchir gan gleifion unigol ag UC neu CD. Er bod y dull hwn yn amlwg, hyd yn hyn, dim ond ychydig o astudiaethau sydd wedi nodi canlyniadau organoidau sy'n deillio o'r grŵp hwn o gleifion [102-104]. Gall hyn gael ei esbonio gan yr arsylwi bod organoidau gan gleifion ag IBD yn fwy anodd eu cynhyrchu. Ein profiad ein hunain yw bod organoidau a gynhyrchir gan gleifion CD yn tyfu'n arafach yn ystod y darnau cyntaf a chollwyd rhai samplau - a oedd yn gysylltiedig â chyfradd uwch o halogiad bacteriol yn y diwylliannau [105].

Datgelodd nodweddu organoidau sy'n deillio o gleifion ag IBD ffenoteip gyda llai o faint a chynhwysedd egin, cyfradd uwch o farwolaethau celloedd, malurion luminal, a polareiddio rhannol wrthdro o gelloedd epithelial [106]. Dangosodd cymhariaeth fyd-eang o organoidau o gleifion UC neu CD a rheolaethau iach fod gwahaniaethau trawsgrifio a methylation a welwyd yn yr epitheliwm berfeddol yn cael eu cynnal yn vitro [102, 103, 107]. Hefyd, awgrymodd astudiaeth gynharach o organoidau a gynhyrchwyd gan gleifion â CD newidiadau parhaol i fôn-gelloedd berfeddol mewn IBD. Roedd hyn yn seiliedig ar yr arsylwi bod organoidau a gynhyrchwyd o friwiau CD gweithredol yn cynnal lefelau mynegiant uchel o farcwyr bôn-gelloedd epithelial berfeddol [108]. Cadarnhawyd hyn i ryw raddau mewn astudiaeth ddiweddar lle dangosodd organoidau colon sy'n deillio o gleifion IBD pediatrig batrwm mynegiant hirfaith o enynnau cyflwyno antigen [109].

Gan ganolbwyntio ar newidiadau mewn swyddogaeth rhwystr epithelial berfeddol, gan gynnwys colli cyffyrdd tynn a desmosomau, a geir fel arfer yn IBD [110], dangoswyd bod organoidau o gleifion CD yn cynnal y ffenoteip hwn o newidiadau cyffordd o dan amodau diwylliant [105]. Roedd hyn yn arbennig o wir pan gynhyrchwyd organoidau o safleoedd llid difrifol [105]. Gallai gostyngiad mewn proteinau cyffordd hefyd gael ei achosi mewn organoidau gan roddwyr iach trwy gymhwyso'r cytocin proinflammatory TNF- a / neu IFN- [106, 111]. Fodd bynnag, arsylwyd ar y patrwm sefydlog o newidiadau mewn proteinau cyffordd mewn organoidau gan gleifion ag IBD yn unig ar y lefel protein ond nid ar y lefel mRNA [105].

Mae'r arsylwadau hyn yn awgrymu bod nifer o newidiadau yn sefydlog mewn organoidau o gleifion IBD. Mae'r sylw bod rhai newidiadau parhaol, ond nid pob un, i'w gweld ar brotein yn unig, ond nid ar lefel RNA, yn awgrymu bod newidiadau parhaol mewn addasiadau ôl-drawsysgrifol neu ddiraddiad protein mewn organoidau gan gleifion IBD. Fodd bynnag, mae angen ymchwilio i hyn yn fanwl o hyd.

Mae'n aneglur beth yn union sy'n achosi'r newidiadau parhaol ym mhatrymau mynegiant yr epitheliwm llidus. Roedd amheuaeth hir am effaith y microbiota; fodd bynnag, dangosodd astudiaeth ddiweddar fod effaith y microbiota ar yr epitheliwm yn cael ei golli dros amser [112]. Cymharodd yr astudiaeth sawl cyfleuster llygoden oherwydd bod cyfansoddiadau microbiome gwahanol cytrefi llygod wedi'u nodi fel ffactorau dryslyd mewn astudiaethau vivo. Er mwyn egluro'r effaith hon, cymharodd yr astudiaeth unigion epithelial a diwylliannau organoid o lygod di-germ a dwy nythfa llygoden benodol heb bathogen gyda microbiota gwahanol. Er bod yr epitheliwm ynysig yn ffres yn dangos argraffnod o'r amlygiad microbiota ar RNA a lefelau protein, collwyd yr effaith hon ar ôl sawl wythnos o ddiwylliant organoidau berfeddol bach [112]. Hefyd, dangosodd cymhariaeth fyd-eang o fynegiant genynnau organoidau a gynhyrchir o ranbarthau llidus neu anfflamadwy o'r un cleifion IBD fod organoidau IBD y rhanbarthau llidus wedi colli mynegiant genynnau llidiol eisoes ar ôl ychydig wythnosau mewn diwylliant. Yna cafodd trawsgrifiadau'r organoidau eu clystyru fesul claf; felly, roedd y gwahaniaethau parhaol rhwng IBD a rheolaethau iach yn parhau. Yna gellid ail-ysgogi'r ffenoteip llidiol yn yr organoidau IBD trwy ychwanegu coctel cytocin [107]. Yn gyffredinol, mae hyn yn awgrymu bod newidiadau parhaol a welwyd mewn organoidau o gleifion IBD yn annibynnol ar gysylltiad â microbiota neu cytocinau.

Felly, er ei bod yn rhesymol dyfalu y gallai rhai o'r newidiadau parhaol mewn celloedd epithelial berfeddol gan gleifion ag IBD gael eu hachosi gan newidiadau mewn signalau imiwnedd cynhenid, mae'r dystiolaeth ar gyfer hyn yn brin ar hyn o bryd. Yn ogystal, nid yw pob un o'r newidiadau epithelial a welwyd yn y rhanbarthau llidus yn y perfedd yn cael eu cadw'n barhaol yn yr epitheliwm wedi'i buro, sy'n nodi cyfraniadau pwysig gan yr amgylchedd lleol. Yn y dyfodol, dylai astudiaethau newydd gyda modelau organoid mwy cymhleth, hefyd yn ymgorffori celloedd imiwnedd, ysgogiad cytocinau llidiol, a chyd-ddiwylliannau â micro-organebau, helpu i fynd i'r afael â'r rhagdybiaeth hon yn fwy manwl.

Casgliadau, safbwyntiau'r dyfodol, ac Outlook

I grynhoi, er bod llawer o glefydau o fewn y llwybr GI yn parhau i fod yn anghyflawn, mae tystiolaeth gynyddol yn nodi rôl hanfodol yr epitheliwm gastroberfeddol yn pathogenesis llawer ohonynt - er bod ei rôl benodol yn parhau i fod yn aneglur.

Mae'r wybodaeth gyfyngedig am swyddogaeth imiwnedd gynhenid ​​​​yr epitheliwm gastroberfeddol wedi'i briodoli i ddiffyg modelau arbrofol priodol. Gyda gweithrediad technoleg organoid, cymerwyd cam mawr i oresgyn y broblem hon. Bydd organoidau a gynhyrchir o bob rhan o'r llwybr gastroberfeddol yn ychwanegu'n sylweddol at y wybodaeth bresennol. Fel y datgelwyd gan astudiaethau blaenorol, mae cynhyrchu organoidau yn darparu'r fantais hanfodol o allu arsylwi ymatebion celloedd gastroberfeddol cynradd yn hytrach na llinellau celloedd wedi'u trawsnewid, a gynhyrchir yn bennaf o diwmorau malaen gastroberfeddol. Un o nodweddion mwyaf diddorol organoidau yw eu bod yn cynnal nodweddion penodol y segment o'r llwybr gastroberfeddol y cawsant eu cynhyrchu fel rhan o'u hunaniaeth celloedd yn ystod oedolaeth. Yn ôl astudiaethau arbrofol cyfredol, mae'r hunaniaeth ranbarthol yn sefydlog yn y bôn-gelloedd gastroberfeddol. Yn y cyd-destun hwn, mater sy'n weddill fydd penderfynu yn union sut a phryd yn ystod y datblygiad y mae'r rhaglennu cynhenid ​​hwn yn digwydd.

Wrth edrych ar gysyniadau penodol o sut y gall yr epitheliwm ymateb neu ryngweithio â'r amgylchedd, mae technoleg organoid bellach wedi galluogi goleuo mynegiant a swyddogaeth wahaniaethol a segment-benodol PRRs o fewn yr epitheliwm gastroberfeddol. Mae'r canlyniadau swyddogaethol cyffredinol ar gyfer y systemau rheoleiddio cymhleth o fewn y llwybr gastroberfeddol cyfan yn aneglur o hyd a bydd yn rhaid mynd i'r afael â nhw yn y dyfodol. Ar gyfer hyn, bydd hefyd yn bwysig i organoidau coculture â chelloedd imiwnedd (a adolygwyd yn [113]), celloedd y system nerfol enterig [114], a ffactorau goleuol megis cyd-ddiwylliannau bacteriol (a adolygwyd yn [115]) (Ffig. . 4).

Agwedd bwysig arall yw bod organoidau a gynhyrchir o feinwe cleifion yr effeithir arnynt gan glefydau GI fel IBD yn cynnal rhai o'r nodweddion a welir yn y sbesimenau meinwe cyfatebol y maent yn deillio ohonynt. Mae hyn yn cynnig y posibilrwydd unigryw i ddatrys ymhellach y cyfraniad epitheliwm a chlefyd-benodol i bathogenesis clefydau GI - nid yn unig y rhai sy'n cynnwys newidiadau a achosir gan lid ond hefyd y rhai sy'n ymwneud â newidiadau mewn clefydau malaen. Gall y ddau ohonynt droi allan i gynnwys cyfraniad penodol o imiwnedd cynhenid ​​​​sy'n deillio o epitheliwm. Ar gyfer hyn, byddai sefydlu "biobanciau byw" yn systematig yn gam pwysig. Fel gweledigaeth ar gyfer y dyfodol, gellid cysylltu biobanciau byw o'r fath â banciau bio sydd eisoes yn bodoli, sydd ar hyn o bryd yn darparu bioddeunyddiau "marw" yn unig. Byddai hyn yn cynrychioli cam pwysig arall nid yn unig ar gyfer ymchwil ond hefyd wrth hwyluso diagnosis a therapi unigol i gleifion.

Blwch 1. Mae imiwnedd cynhenid ​​​​a chelloedd epithelial yn y llwybr GI yn aneglur a yw'r effaith a arsylwyd yn ganlyniad i'r signalau imiwnedd cynhenid ​​​​mewn celloedd epithelial neu gelloedd imiwnedd proffesiynol.

Er mwyn datgysylltu'r cydadwaith rhwng celloedd imiwnedd proffesiynol a chelloedd epithelial, mae sawl astudiaeth wedi defnyddio cnociadau epitheliwm-benodol, neu'n fwy diweddar, organoidau epithelial. Mewn modelau llygoden, nid yw'r un o'r dileadau epithelial-benodol o PRRs yn arwain at lid digymell. Fodd bynnag, mae llygod sydd â chnoc epithelial-benodol o MyD88 yn fwy agored i colitis arbrofol ac yn dangos amhariad rhwystrol difrifol, amhariad ar ymatebion celloedd goblet a Paneth [121], a llai o gynhyrchiad mucin a pheptidau gwrthficrobaidd [121, 122]. Nid yw organoidau berfeddol bach yn ymateb ymfflamychol i nifer o ligandau PRR wedi'u puro [55], er na ellir cyffredinoli hyn ac mae'n dibynnu ar rywogaethau, lleoliad ac oedran y meinwe y mae'r organoidau yn cael ei gynhyrchu o [44, 45].

Mae absenoldeb ffenoteip ymfflamychol digymell mewn modelau taro allan PRR epithelial-benodol yn cefnogi'r ddamcaniaeth bod ffactorau heblaw ymateb llidiol cyffredinol yr epitheliwm yn cael effaith ar homeostasis epithelial. Er enghraifft, cynyddodd ysgogiad gyda'r agonist NOD2 muramyl dipeptide (MDP) nifer yr organoidau sy'n tyfu allan o fôn-gelloedd ynysig, gan ddangos bod y signalau imiwnedd cynhenid ​​​​yn cefnogi goroesiad y bôn-gelloedd [67, 84]. Ar ben hynny, mae data o lygod yn amlygu pwysigrwydd effeithiau gwrth-apoptotig signalau NF-κB mewn ymateb i ysgogiadau eraill, megis TNF- [123]. Yn ddiddorol, mewn bodau dynol, mae polymorphisms mewn genynnau imiwnedd cynhenid ​​​​gan gynnwys NOD2 a TLR4 yn gysylltiedig â risg uwch i ddatblygu IBD [124] a rhwystr TNF- ar hyn o bryd yw'r driniaeth fwyaf effeithiol ar gyfer IBD mewn rhai cleifion (a adolygwyd yn [125]).

Daw llun i'r amlwg, lle mae lefel isel o ysgogiad imiwnedd cynhenid ​​​​yn bwysig ar gyfer secretion mwcws, uniondeb rhwystr, a goroesiad celloedd epithelial. Gall ei nam ganiatáu trawsleoli bacteria berfeddol o'r lwmen i'r meinwe isepithelial, gan arwain at lid.

Diolchiadau

Diolchwn i Ömer Kaya am y cymorth gyda'r darluniau ac i Rike Zietlow am olygu.

Cyfraniad awdur

Syniad: SB Cysyniad cychwynnol: SB a Ö.K.; chwiliad llenyddiaeth: Ö.K., NS, a SB; Drafft cychwynnol: Ö.K. Adolygu, ailysgrifennu, ychwanegu adrannau: NS, SB Adolygodd pob awdur y llawysgrif derfynol yn feirniadol.

Ariannu

Cyllid Mynediad Agored wedi'i alluogi a'i drefnu gan Projekt DEAL. Cefnogwyd y gwaith hwn gan y Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 2157; Modelau Meinwe 3D ar gyfer Astudio Heintiau Microbaidd gan Pathogenau Dynol, Prosiect 10, i SB), y Ganolfan Ryngddisgyblaethol ar gyfer Ymchwil Clinigol (IZKF; www.med.uni-wuerzburg.de/izkff. /startseite) yn Würzburg (Grant AD-427 i NS a SB), a'r DFG SPP1982 SCHL1962/5-2 i NS.

Datganiadau

Gwrthdaro buddiannau

Nid yw'r awduron yn datgan unrhyw fuddiannau cystadleuol.

Mynediad Agored

Mae'r erthygl hon wedi'i thrwyddedu o dan Drwydded Ryngwladol Creative Commons Attribution 4.0, sy'n caniatáu defnyddio, rhannu, addasu, dosbarthu ac atgynhyrchu mewn unrhyw gyfrwng neu fformat, cyn belled â'ch bod yn rhoi credyd priodol i'r awdur(on) gwreiddiol ) a’r ffynhonnell, darparu dolen i’r drwydded Creative Commons, a nodi a wnaed newidiadau. Mae'r delweddau neu ddeunydd trydydd parti arall yn yr erthygl hon wedi'u cynnwys yn nhrwydded Creative Commons yr erthygl oni nodir yn wahanol mewn llinell gredyd i'r deunydd. Os nad yw deunydd wedi'i gynnwys yn nhrwydded Creative Commons yr erthygl ac nad yw rheoliadau statudol yn caniatáu'ch defnydd arfaethedig neu'n fwy na'r defnydd a ganiateir, bydd angen i chi gael caniatâd yn uniongyrchol gan ddeiliad yr hawlfraint.

Cyfeiriadau

1. Goodwin CS (1984) Microbau a heintiau'r perfedd

2. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB (2010) Microbiota perfedd mewn iechyd a chlefyd. Ffiseg Parch 90:859-904

3. Simon GL, Gorbach SL (1986) Y microflora berfeddol dynol. Dig Dis Sci 31:147S–162S

4. Bartfeld S, Clevers H (2017) Organoidau sy'n deillio o fôn-gelloedd a'u cymhwysiad ar gyfer ymchwil feddygol a thriniaeth cleifion. J Mol Med: 1–10. https://doi.org/10.1007/s00109-017-1531-7

5. Barker N (2014) bôn-gelloedd berfeddol oedolion: ysgogwyr hanfodol homeostasis epithelial ac adfywio. Nat Parch Mol Cell Biol 15:19–33

6. Bartfeld S, Koo BK (2017) bôn-gelloedd gastrig oedolion a'u cilfachau. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol 6:e261. https://doi.org/ 10.1002/wdev.261

7. Liwinski T, Zheng D, Elinav E (2020) Y microbiome a derbynyddion imiwnedd cynhenid ​​​​cytosolig. Immunol Dat 297:1-18

8. Burgueño JF, Abreu MT (2020) Derbynyddion tebyg i doll epithelial a'u rôl mewn homeostasis yn y perfedd ac afiechyd. Nat Parch Gastroenterol Hepatol 17:263–278

9. Christian S, Kanneganti TD (2020) Inflammasomes a'r llinell denau rhwng amddiffyn ac afiechyd. Curr Opin Immunol 62:39–44

10. Ying L, Ferrero RL (2019) Rôl signalau NOD1 ac ALPK1/TIFA mewn imiwnedd cynhenid ​​​​yn erbyn Helicobacter pylori. Haint tt:159–177

11. Takeuchi O, Akira S (2010) Derbynyddion adnabod patrymau a llid. Cell 140:805–820

12. Peterson LW, Artis D (2014) Celloedd epithelial berfeddol: rheolyddion swyddogaeth rhwystr a homeostasis imiwnedd. Nat Parch Immunol 14:141–153

13. Pott J, Hornef M (2012) Arwyddion imiwnedd cynhenid ​​yn yr epitheliwm berfeddol mewn homeostasis ac afiechyd. EMBO Sylw 13:684-698

14. Abreu MT (2010) signalau derbynnydd tebyg i doll yn yr epitheliwm berfeddol: sut mae adnabyddiaeth bacteriol yn siapio swyddogaeth berfeddol. Nat Parch Immunol 10:131–144

15. Zhang K, Hornef MW, Dupont A (2015) Yr epitheliwm berfeddol fel gwarcheidwad cyfanrwydd rhwystr perfedd. Cell Microbiol 17:1561–1569

16. Yu S, Gao N (2015) Rhannu derbynyddion cell epithelial berfeddol tebyg i doll ar gyfer gwyliadwriaeth imiwnedd. Cell Mol Life Sci 72: 3343–3353

17. Zhou P, She Y, Dong N, Li P, He H, Borio A, Wu Q, Lu S, Ding X, Cao Y, Xu Y, Gao W, Dong M, Ding J, Wang DC, Zamyatina A, Shao F (2018) Mae Alpha-kinase 1 yn dderbynnydd imiwnedd cynhenid ​​cytosolig ar gyfer ADP-heptos bacteriol. Natur. 561:122-126

18. Milivojevic M, Dangeard AS, Kasper CA, Tschon T, Emmenlauer M, Pique C, Schnupf P, Guignot J, Arrieumerlou C (2017) ALPK1 sy'n rheoli TIFA/TRAF6-imiwnedd cynhenid ​​dibynnol yn erbyn heptos{5} },7-biffosffad o facteria gram-negyddol. PLoS Pathog 13:e1006224. https://doi.org/10.1371/journal.ppat. 1006224

19. Ymateb imiwn cynhenid ​​​​Zimmermann S, Pfannkuch L, Al-Zeer MA et al (2017) ALPK1- ac ymateb imiwn cynhenid ​​sy'n ddibynnol ar TIFA a ysgogwyd gan system secretion math IV helicobacter pylori. Sylw Cell 20: 2384– 2395

20. Abreu MT, Fukata M, Arditi M (2005) TLR signalau yn y perfedd mewn iechyd a chlefyd. J Immunol 174:4453 –4460 174/8/4453 [pii]

For more information:1950477648nn@gamil.com