Взаимодействие кишечника с микрофлорой и их взаимное влияние
Существуют доказательства того, что микроорганизмы могут оказывать различное влияние на функции кишечника. Вероятно, синергизм множества микроорганизмов, составляющих микробиоту кишечника, важен для его нормальной работы и соответствующего контроля за патогенными микроорганизмами.
Микрофлора зависит не только от микроорганизмов, заселяющих кишечник, но и от механизмов собственной защиты кишечника организма хозяина. Кишечник имеет несколько физиологических барьеров против бактерий: перистальтику, желудочный сок, протеолитические ферменты, кишечную слизь, поверхностные гликоконъюгаты клеток и плотное примыкание клеток кишечного эпителия друг к другу.
Все эти барьеры ограничивают количество бактерий в полости кишечника и предотвращают фиксацию и проникновение их сквозь эпителий кишечника. Кишечник также имеет сложную систему иммунной защиты хозяина. Кроме того, существуют биохимические факторы, роль которых заключается в ограничении роста микроорганизмов, проникших за физиологический барьер.
Имеются в виду Т- и В-лимфоциты, секреторный иммуноглобулин А, дефенсины, секретируемые клетками Панета, и трилистный фактор, секретируемый непосредственно эпителием кишечника.
В кишечнике существует система взаимодействия его с микрофлорой. Благодаря этой системе возможно распознавание бактерий-комменсалов, к которым иммунные факторы толерантны, и патогенных микроорганизмов, запускающих воспалительные и иммунные реакции. В распознавании микробной среды принимают участие три типа клеток: М-клетки, поверхностные энтероциты и дендритные клетки.
М-клетки обнаруживаются на всем протяжении пищеварительного тракта в составе особого эпителия в лимфоидных фолликулах слизистой оболочки или пейеровых бляшках. М-клетки могут переносить антигены и бактерии через эпителий к субэпителиальным дендритным клеткам посредством активного везикулярного транспорта, используя клатрин-зависимый эндоцитоз, пиноцитоз или фагоцитоз.
Считается, что этот процесс осуществляет регуляцию комменсальной микрофлоры и обеспечивает реакцию с участием антител класса иммуноглобулинов (Ig) А. Данный механизм активирует иммунный ответ, но при этом имеется возможность проникновения патогенных микроорганизмов через слизистую оболочку.
Несмотря на то что различные TLR- и NOD-рецепторы имеют специфические лиганды, пострецепторные сигнальные пути, приводящие к активации NFkB, одинаковы. Сигнальный каскад начинается с привлечения молекул адаптерных белков MyD88, IRAK и TRAF6, что ведет к активации IкК, который, в свою очередь, фосфорилирует IкВа, нацеливая его на убиквитинацию и распад под действием 26S протеасомы. Высвобожденный таким образом NFkB переносится в ядро и присоединяется к ДНК, что ведет к транскрипции гена.
IкВ — ингибитор каппа В;
IкК — IкВ-киназа;
IL — интерлейкин; IRAK — киназа, ассоциированная с рецептором IL-1;
NFkB — нуклеарный фактор каппа В;
NOD — нуклеотидсвязывающий олигомерный домен;
Р — фосфорилирование;
TLR — Toll-подобные рецепторы;
TNF — фактор некроза опухоли;
TRAF6 — ассоциированный с TNF фактор 6;
дцРНК — двухцепочечная РНК;
ЛПС — липополисахариды.
Поверхностные энтероциты распознают бактерии с помощью ряда рецепторов, распознающих молекулярные структуры микроорганизмов (патоген-ассоциированные молекулярные паттерны). Эти рецепторы носят название Toll-подобных рецепторов, каждый из которых распознает особые структуры бактерий.
Например, TLR2 распознает такие структуры грамположительных микроорганизмов, как пептидогликан и липотейхоевая кислота, TLR4 — липополисахариды грамотрицательных микроорганизмов, TLR5 распознает флагеллин — провоспалительный элемент флагеллы (жгутика) бактерий, a TLR9 — неметилированную ДНК бактерий. Связывание с любым из этих рецепторов приводит к активации NFkB. Кроме того, внутриклеточные рецепторы NOD1 и NOD2 также распознают бактериальные фрагменты, такие как ЛПС, и активируют NFkB.
NFkB представляет собой группу структурно связанных белков, которые активируют транскрипцию целого ряда генов, участвующих в воспалительном и иммунном ответах. В неактивном состоянии димеры NFkB соединены в цитоплазме с IкВ (IкВ-белками). Клеточная стимуляция может запускать механизм сигнальной трансдукции, приводящей к активации IкК, который затем фосфорилирует IкВ, что ведет к разрушению внутри протеасом.
Высвобожденный таким образом NFkB перемещается в ядро, где активирует транскрипцию генов, повышая синтез цитокинов (IL-6, TNF-a), хемокинов (IL-8), молекул адгезии и регуляторов апоптоза.
Дендритные клетки являются антигенпрезентирующими клетками кишечника. Они могут располагаться между поверхностными энтероцитами, не разрывая плотных контактов, и передавать живые бактерии или их антигены в мезентериальные лимфатические узлы для осуществления иммунного ответа. Дендритные клетки, экспрессируя молекулы ГКГС класса II, представляют собой антигены пищи или бактерий, которые вступают в контакт с эпителием кишечника и наивным Т-лимфоцитом пейеровых бляшек.
Иммунный ответ кишечника на эти бактериальные сигналы в целом может быть представлен двумя классами CD4+ Т-клеток, отличающихся спектром продуцируемых цитокинов. Т-хелперы (Th) типа 1 продуцируют интерферон (IFN) у и TNF-b. Эти цитокины необходимы для развития клеточного иммунитета. Неадекватный ответ с доминированием Th1 связан с возникновением аутоиммунных заболеваний. Th2 продуцируют IL-4, IL-5, IL-10 и IL-13. Эти цитокины ассоциируются с развитием IgE-ответа.
Неадекватный ответ с доминированием Th2 приводит к возникновению аллергии и атопии. Активация и дифференцировка CD4+ Т-лимфоцитов зависят как от вида и количества антигена, так и от баланса цитокинов. Присутствие IL-12 приводит к активации Th1-ответа, в то время как присутствие IL-4 — к Th2-ответу.
У взрослого здорового человека отмечается точная регуляция иммунных ответов (воспалительного и аллергического). При обычных условиях кишечная слизь находится в постоянном «супрессированном» состоянии благодаря повышенным уровням TGF-b и IL-10, продуцируемых регуляторными Т-клетками и Th3.
При проникновении бактерий через слизистый барьер начинается процесс инициации распознавания структур микроорганизмов Toll-подобными рецепторами и запускается Th1-ответ, а Th2-ответ подавляется, что ведет к активации соответствующей воспалительной реакции, препятствующей бактериальной инвазии. Если потребность в иммунном ответе отсутствует, Th2-клетки продуцируют IL-4 и IL-10, что ведет к супрессии Th1-клеток, которые продуцируют IFN-y и IL-12, и баланс возвращается в первоначальное состояние. Дисрегуляция может привести к развитию неадекватного иммунного ответа на бактерии (воспалительному заболеванию кишечника) или на пищевые антигены (пищевой аллергии или целиакии).
Эпителий кишечника способен распознавать микроорганизмы благодаря наличию трех типов клеток: дендритных клеток, М-клеток пейеровых бляшек и эпителиальных клеток кишечника. Взаимодействие с бактериями может обусловить возникновение иммунных Th1- и Th2-ответов, которые удерживаются в равновесии благодаря цитокинам и регуляторным Т-клеткам (Treg). Кроме того, воздействие бактерий может привести к продукции как хемокинов, так и цитопротективных факторов.
IFN — интерферон;
IL — интерлейкин;
TCF — трансформирующий фактор роста;
Th — Т-хелперы;
TNF — фактор некроза опухоли;
ГКГС — главный комплекс гистосовместимости
