Aby zachować zdrowie, ludzki układ odpornościowy musi odróżniać przyjaciela, czyli tkanki ludzkiego ciała, od wrogów, czyli inwazyjnych patogenów wywołujących choroby. To wyzwanie jest szczególnie widoczne w jelitach, gdzie nie tylko komórki gospodarza, ale także tryliony bakterii współistnieją i współpracują, które należy traktować jako przyjazne. Nowe badanie ujawnia mechanizm, dzięki któremu utrzymuje się delikatna równowaga pomiędzy pobudzaniem a hamowaniem odpowiedzi immunologicznej.
Badanie, będące wynikiem współpracy naukowców z Niemiec i Włoch, jest opublikowane w renomowanym czasopiśmie.
W swojej pracy, starszy autor Thomas Brocker, profesor i dyrektor Instytutu Immunologii na Uniwersytecie Ludwiga Maximiliana (LMU) w Monachium w Niemczech, oraz jego zespół opisują, w jaki sposób komórki układu odpornościowego uczą się dostrzegać różnicę między przyjacielem a wrogiem.
Nasze jelita są domem dla złożonej społeczności ponad 100 bilionów komórek drobnoustrojów, które odgrywają kluczową rolę w zdrowiu oraz chorobie.
Te drobnoustroje, znane jako mikroflora jelitowa, wpływają na metabolizm, odżywianie i funkcję odpornościową. Naukowcy odkrywają, że zaburzenia mikroflory jelit mogą wiązać się z otyłością, zapaleniem jelit i innymi schorzeniami żołądkowo-jelitowymi.
Zwrócono również uwagę, że wpływ otyłości na mikrobiom jelitowy może wyjaśniać silny związek z cukrzycą typu 2.
Inni badacze porównywali unikalność mikroflory jelitowej człowieka do «odcisku palca DNA», co budziło obawy dotyczące prywatności uczestników badań nad ludzkimi mikrobiomami.
Komórki dendrytyczne promują i hamują odpowiedź immunologiczną
Nowe badanie koncentruje się na komórkach dendrytycznych (DC), które ewoluowały, aby pełnić dwie charakterystyczne, a wydawałoby się, sprzeczne role w organizmie, ponieważ mogą zarówno pobudzać, jak i hamować odpowiedź immunologiczną.
Szybkie fakty dotyczące mikroflory jelitowej
- Nasze jelita zawierają około 1000 gatunków bakterii.
- W mikrobiomie jelitowym znajduje się 100 razy więcej genów niż w ludzkim genomie.
- Uważa się, że jelita niemowlęcia są sterylne, a kolonizacja następuje po porodzie.
DC pomagają aktywować układ odpornościowy w odpowiedzi na infekcję, ale również uczestniczą w jego aktywnym tłumieniu w określonych sytuacjach. Tłumią odporność poprzez uruchamianie indukowanych regulatorowych komórek T (iTregs), które odgrywają kluczową rolę w rozwoju tolerancji immunologicznej.
DC działają jako inhibitory w jelitach, ucząc układ odpornościowy, aby traktować mikroflorę jelitową jako przyjaciela, a nie wroga. Realizują to poprzez internalizację białek z mikroflory i migrację do węzłów chłonnych związanych z jelitami.
Podczas podróży do węzłów chłonnych, DC rozkładają zinternalizowane białka bakterii na mniejsze fragmenty, które stają się podobne do «identyfikacyjnych», jakie noszą na swoich powierzchniach komórkowych.
Te identyfikatory są prezentowane ze specyficznymi białkami wiążącymi, które iTregs rozpoznają, co powoduje, że iTreg nie promuje odpowiedzi immunologicznej przeciwko białkom niosącym identyfikatory.
Prof. Brocker podkreśla: «Wierzymy, że te produkty iTreg są specyficzne dla białek wytwarzanych przez naturalne bakterie jelitowe.»
Zespół wyjaśnia, że migracja do komórek limfatycznych przez DC – zwłaszcza tych, których powierzchnie komórkowe zawierają białko zwane CD103 + – jest kluczowa dla utrzymania systemu immunologicznego w kontekście składu mikroflory jelitowej.
Komórki dendrytyczne mają «przycisk alarmowy»
Jednak naukowcy chcieli odkryć, jak mechanizm tolerancji może zostać wyłączony w sytuacjach awaryjnych. Ich badania doprowadziły ich do cząsteczki, którą DC prezentują na swoich powierzchniach komórkowych – znanej jako CD40 – która działa jak przycisk alarmowy.
Po aktywacji, CD40 wiąże się z cząsteczką partnera na powierzchni innego typu komórki T, tzw. efektorowymi komórkami T, co przekształca DC z inhibitorów odpowiedzi immunologicznej w promotory.
W testach na myszach naukowcy wykazali, że zwierzęta, których sygnał przez CD40 był trwale aktywowany, rozwijały ciężkie zapalenie okrężnicy, ale nie występowały żadne inne objawy.
Naukowcy odkryli, że uszkodzone komórki dendrytyczne nadal migrują do węzłów chłonnych z wyściółki jelitowej, jednak gdy się tam dostaną, dokonują apoptozy, odmawiając regulatorowym komórkom T możliwości wykrycia znaczników identyfikacyjnych białek mikrobiologicznych, które normalnie chronią je przed atakiem immunologicznym.
To prowadzi do uogólnionej odpowiedzi immunologicznej, w której limfocyty T przemieszcza się do wyściółki jelita, wywołując stan zapalny. Zespół odkrył, że podanie myszom antybiotyków, które zabiły ich mikroflorę jelitową, również zmniejszyło stan zapalny, a zwierzęta przetrwały.
«Te odkrycia pokazują, że interakcja między komórkami dendrytycznymi CD103-dodatnimi a regulatorowymi komórkami T jest niezbędna do utrzymania prawidłowej równowagi immunologicznej lub homeostazy w jelitach.»
Prof. Thomas Brocker
Naukowcy chcą teraz zbadać, czy określone komórki regulatorowe T są zaprogramowane dla konkretnych bakterii jelitowych, co może sugerować to badanie.
Zrozumienie, jak mikroflora jelitowa może wpływać na rozwój chorób, takich jak choroba Parkinsona, jest kolejnym krokiem w badaniach nad tym fascynującym obszarem.
