Колоноциты играют центральную роль в формировании микробиоты кишечника

ЦЕНТРАЛЬНАЯ РОЛЬ КОЛОНОЦИТОВ В ФОРМИРОВАНИИ КИШЕЧНОЙ МИКРОБИОТЫ

Метаболизм колоноцитов формирует микробиоту кишечника

Краткий структурированный реферат

(полную статью см. по ссылке)

Микробиота кишечника влияет на здоровье человека,но мы только начинаем развивать механистическое понимание некоторых взаимодействий между хозяином и микробом. Литвак и др. рассмотрели, как клетки эпителия толстой кишки хозяина опосредуют симбиоз. Здоровые колоноциты поддерживают анаэробные условия в просвете кишечника, поскольку их метаболизм обеспечивает быстрое потребление кислорода. Такие условия выбирают для облигатных анаэробных организмов. Это, как правило, те, которые потребляют пищевые волокна и производят короткоцепочечные жирные кислоты, полезные для хозяина. В случае изменения метаболизма колоноцитов - из-за болезни, диеты или других повреждений - эпителий становится насыщенным кислородом. Наличие кислорода позволяет расширить факультативные аэробные организмы. Микробы в родах, которые включают патогенные микроорганизмы, часто толерантны к кислороду, и результатом этого может быть дисбактериоз.

ФОН 

Дисбаланс в микробиоте толстой кишки может лежать в основе многих заболеваний человека, но механизмы, которые уравновешивают наше микробное " я " во время гомеостаза, долгое время оставались неуловимыми. Понимание того, как наша иммунная система поддерживает гомеостаз, представляет особый интерес для толстой кишки, поскольку этот орган содержит самое большое микробное сообщество в нашем организме. Последние достижения в области высокопроизводительного секвенирования связывают дисбаланс в этом микробном сообществе (дисбактериоз) со многими хроническими заболеваниями человека. Однако определение того, что представляет собой сбалансированное микробное сообщество в толстой кишке, является чрезвычайно сложной задачей, поскольку резидентная микробиота весьма разнообразна, отличается между отдельными особями и меняется вместе с изменениями в рационе. В свою очередь, незнание особенностей, характеризующих сбалансированную кишечную микробиоту, препятствует прогрессу в определении иммунных функций или типов клеток, необходимых для поддержания гомеостаза в толстой кишке.

ДОСТИЖЕНИЯ

Ключ к разгадке иммунных функций, важных для сбалансирования микробиоты, появился при рассмотрении коэволюции микробных сообществ с их хозяевами с экологической точки зрения, которая предполагает, что наша иммунная система эволюционировала, чтобы поддерживать гомеостаз, формируя микробиоту, чтобы быть полезной. В настоящее время начинает осознаваться центральная роль эпителиальных клеток толстой кишки (колоноцитов) в поддержании гомеостаза путем формирования микробиоты толстой кишки для обеспечения ее полезности. Недавние исследования показывают, что, подобно макрофагам, дифференцированные колоноциты могут поляризоваться метаболически в различные эффекторные фенотипы. Во время гомеостаза кишечника метаболизм поверхностных колоноцитов направлен на окислительное фосфорилирование и окисление жирных кислот, что приводит к высокому потреблению эпителием кислорода. Последующая эпителиальная гипоксия помогает поддерживать микробное сообщество, в котором доминируют облигатные анаэробные бактерии, которые приносят пользу, превращая клетчатку в продукты ферментации, которые поглощаются хозяином. Условия, которые смещают метаболизм колоноцитов в сторону окисления липидов, вызывают увеличение количества кислорода, поступающего с поверхности слизистой оболочки, тем самым приводя к сдвигу микробного сообщества от облигатных к факультативным анаэробам, что является признаком дисбактериоза толстой кишки. Таким образом, метаболизм колоноцитов функционирует как управляющий переключатель кишечной микробиоты, опосредующий сдвиг между гомеостатическими и дисбиотическими сообществами. Подрыв метаболизма клеток колоноцитов кишечными патогенами является недавно обнаруженной стратегией вирулентности, которая позволяет этим злоумышленникам избежать защиты ниши, обеспечиваемой кишечной микробиотой.

ПРОГНОЗ

Концепция того, что метаболизм колоноцитов является распространенным фактором дисбактериоза в толстой кишке, имеет последствия для разработки стратегий вмешательства. Поскольку у нашей иммунной системы уже есть способ уравновесить микробиоту толстой кишки путем поддержания эпителиальной поверхности, метаболически поляризованной в направлении окислительного фосфорилирования, использование этого механизма контроля хозяина для терапевтических средств может обеспечить альтернативу нацеливанию самих микробов для устранения дисбактериоза. Метаболическое перепрограммирование колоноцитов для восстановления эпителиальной гипоксии представляет собой многообещающий новый терапевтический подход для восстановления баланса микробиоты толстой кишки при широком спектре заболеваний человека.

Рис.1. Эпителиальный метаболизм формирует микробиоту толстой кишки.

Слева: во время гомеостаза кишечника облигатные анаэробные бактерии превращают клетчатку в продукты ферментации (бутират) для поддержания эпителия в метаболическом состоянии, характеризующемся высоким потреблением кислорода. Эта метаболическая поляризация дифференцированных колоноцитов (С₂) поддерживает эпителиальную гипоксию (<1% кислорода) для ограничения количества кислорода (О₂), диффундирующего в просвет кишечника. Справа: метаболическая переориентация терминально дифференцированных колоноцитов в сторону низкого потребления кислорода (С1) увеличивает концентрацию респираторных акцепторов электронов (О₂ и NO₃^–), исходящих с поверхности эпителия, тем самым вызывая сдвиг микробного сообщества от облигатных к факультативным анаэробным бактериям. Цветовая шкала внизу показывает уровни O₂. SC, стволовая клетка; TA, недифференцированная транзитно-амплифицирующая клетка; C2 - терминально дифференцированный C2-скошенный колоноцит (т.е. дифференцированный в сторону С1-перекошенного метаболизма – ред.); C1, терминально дифференцированный C1-скошенный колоноцит; GC, бокаловидная клетка; NO, оксид азота.

Основной текст статьи см. по кнопке-ссылке:

Источник: Yael Litvak et al. Colonocyte metabolism shapes the gut microbiota. Science 30 Nov 2018: Vol. 362, Issue 6418.