Здоровый кишечник зависит от баланса воспалительных и толерантных Т-клеток, которые составляют часть адаптивной иммунной системы. У пациентов с колитом воспалительные Т-клетки в нижних отделах кишечника ошибочно принимают молекулярные структуры пищи или здоровых кишечных бактерий за опасные патогены, которые необходимо уничтожить. Чтобы определить, как это происходит, Бэй Лю, М.D., доцент кафедры микробиологии и иммунологии MUSC считает, что адаптивная иммунная система этих пациентов может быть плохо обучена.
Т-клетки обучаются профессиональными антигенпрезентирующими клетками (pAPC) в кишечнике. pAPC экспрессируют на своей поверхности толл-подобные рецепторы, которые распознают и улавливают молекулярные паттерны, называемые антигенами, на бактериях, пище и наших собственных клетках.
PAPC, уловившая специфический антиген, будет перемещаться к лимфатическому узлу и отображать этот антиген наивной, нетренированной Т-клетке. Затем Т-клетка дифференцируется до зрелого состояния и путешествует по телу в поисках своего антигена. Толерогенные pAPC тренируют толерантные Т-клетки принимать безвредные антигены, в то время как воспалительные pAPC тренируют воспалительные Т-клетки атаковать вредные антигены на микробах или молекулах, которые могут проникать в кишечник.
Лю и ее команда обнаружили, что без gp96 – молекулы внутри большинства клеток, которая помогает Toll-подобным рецепторам и интегринам складываться и функционировать должным образом, – pAPC в кишечнике были более воспалительными.
Во-первых, группа создала новую генетически нокаутную мышь, которая не несла gp96 в своих pAPC. Без gp96 pAPC были менее способны перемещаться в лимфатические узлы, для которых им нужны интегрины, и менее способны реагировать на бактериальные антигены, для которых им нужны функционирующие толл-подобные рецепторы.
Фактически, воспалительные pAPC значительно превосходили толерантные в лимфатических узлах и толстой кишке. Поскольку pAPC тренируют Т-клетки в соответствии с их типом, изменение их типа клеток также вызвало сдвиг в типах Т-клеток, которые покинули лимфатическую систему и вернулись в кишечник.
В толстой кишке мышей без gp96 было обнаружено больше Т-клеток воспалительного типа и менее толерантных Т-клеток по сравнению с мышами дикого типа.
Это было хорошим доказательством того, что gp96 необходим для поддержания надлежащего баланса популяций Т-клеток, но Лю и ее группа хотели связать это открытие с биологической функцией человека. Они исследовали оральную толерантность, состояние, при котором иммунная система приучена оставаться нейтральной по отношению к пище и безвредным бактериям.
Утрата пероральной толерантности может быть ранним изменением у людей, у которых развивается пищевая аллергия и воспалительные заболевания кишечника. Они скармливали куриный овальбумин мышам дикого типа и мышам с нокаутом gp96. Затем посредством адоптивного переноса эти мыши получили донорские Т-клетки, которые не подвергались воздействию овальбумина и, следовательно, не распознавали его как переносимый антиген. Идея заключалась в том, чтобы увидеть, получат ли эти наивные донорские Т-клетки антиген-специфическое обучение от своих pAPC, а затем станут ли они толерантными к овальбумину.
Донорские Т-клетки приняли состояние толерантности у мышей дикого типа, но не у мышей с нокаутом gp96. Их pAPC не смогли должным образом обучить свои иммунные Т-клетки переносить овальбумин.
Учитывая это открытие, вполне вероятно, что у мышей без gp96 по мере роста будут развиваться признаки воспалительного заболевания кишечника, и они не смогут адаптироваться к нормальной диете.
Как и ожидалось, мыши с нокаутом gp96 сначала росли нормально. Однако примерно через 24 недели у семидесяти процентов из них развился спонтанный колит, в то время как ни у одной из мышей дикого типа этого не произошло.
У мышей без gp96 также был более высокий уровень кишечного иммуноглобулина А, что связано с хроническим воспалением.
Это первое исследование, описывающее роль молекулярного шаперона gp96 в поддержании гомеостаза кишечника. Хотя это исследование доказало, что gp96 необходим для предотвращения колита, необходимы дальнейшие исследования, чтобы связать потерю gp96 с развитием колита у людей.
Тем не менее, эта вездесущая молекула может нести основную ответственность за поддержание надлежащего иммунного баланса в кишечнике. Фактически, gp96 отвечает за сворачивание ряда белков, которые необходимы иммунным клеткам для функционирования.
Затем Лю основывает эти выводы, чтобы определить, есть ли в кишечнике определенные микробы, которые активируют воспалительные заболевания или рак толстой кишки у людей. «Это исследование проливает свет на патогенез воспалительного заболевания кишечника и оказывает положительное влияние на его дальнейшее клиническое ведение», – говорит Лю.