客观日本

日本发现将空气中的异物吸收到体内的细胞,有望查明花粉症等过敏症机制

2019年06月24日 生物医药
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日本的庆应义塾大学与北海道大学通过联合研究发现了一种特殊细胞,这种细胞会把呼吸吸入的异物吸收到体内。

呼吸道粘膜始终暴露于空气中的花粉、灰尘和微生物中。人类的身体通过识别这些微细颗粒并启动免疫系统来保护身体,但有时免疫系统会过度反应,导致过敏。不过此前一直不清楚体内的免疫系统是如何导入侵入呼吸道的异物的。

此次研究发现,小鼠的气管和支气管中存在一种“M细胞”,会吸收粘附在呼吸道粘膜上的异物,而且,这种呼吸道M细胞存在于慢性阻塞性肺病模型小鼠的多种呼吸系统疾病病变部位。不仅如此,研究小组还发现了分化诱导呼吸道M细胞必不可少的因子,并利用该因子在试管内成功培养出了呼吸道M细胞。

本次研究明确了在呼吸道的过敏和感染中抗原及微生物侵入生物体的路径,这有助于查明呼吸道疾病发病和恶化的机制。今后,通过控制呼吸道M细胞吸收抗原,有望推进临床应用,开发新的预防和治疗方法等。

相关研究成果已于2019年6月11日发表在国际学术期刊《Frontiers in Immunology》的电子版上。

此次,研究小组的着眼点是肠道的抗原吸收机制。此前就知道肠道内存在名为M细胞的上皮细胞拥有高度的吸收异物能力。但是并不清楚呼吸道是否存在同样的M细胞。因此,研究小组利用肠道M细胞的特异性分子标记——GP2和Tnfaip2,对小鼠的气管和支气管进行免疫染色,调查了GP2和Tnfaip2阳性细胞。结果发现,气管和支气管上皮存在少数阳性细胞(图1A)。

日本发现将空气中的异物吸收到体内的细胞,有望查明花粉症等过敏症机制

图1:小鼠气管上皮存在的Tnfaip2和GP2阳性细胞

(A)正常状态下的小鼠气管的免疫组织染色图像,确认存在少数Tnfaip2(绿色)和GP2(红紫色)阳性细胞。

(B)施用RANKL的小鼠的免疫染色图像,确认GP2和Tnfaip2阳性细胞增加。

(C)GP2(蓝色)和Tnfaip2(绿色)阳性细胞有效吸收经鼻腔投入的纳米颗粒(红紫色)。

接下来,研究小组为小鼠施用了促进M细胞分化的细胞因子RANKL,发现气管和支气管出现非常多的GP2和Tnfaip2阳性细胞(图1B)。这种阳性细胞能吸收被作为空气中异物的纳米颗粒(图1C)。利用电子显微镜观察细胞的微观结构发现,这些细胞是没有纤毛的上皮细胞。这些特征与肠道M细胞非常相似,因此研究小组认为GP2和Tnfaip2阳性细胞就是呼吸道M细胞。

为了验证呼吸道M细胞与呼吸道疾病的关系,研究小组利用疾病模型动物,验证了呼吸道M细胞存在于疾病部位。比如,在作为干燥综合征疾病模型的非肥胖型糖尿病(NOD)小鼠、和作为慢性阻塞性肺病(COPD)模型而给药弹性蛋白酶的小鼠以及吸入香烟烟雾的小鼠的气管和支气管中均发现了淋巴细胞浸润现象(图2),其附近的上皮均存在M细胞。

日本发现将空气中的异物吸收到体内的细胞,有望查明花粉症等过敏症机制

图2:在吸入香烟烟雾的模型小鼠的气管和支气管中发现淋巴细胞浸润现象(*)和M细胞(箭头所指处)。

如果能在试管内培养呼吸道M细胞,对于难以通过动物实验推进的呼吸道传染病等的研究,以及呼吸道M细胞的形成机制的解析将非常有用。因此,研究小组验证了能否从小鼠的气管中分离出上皮细胞并培养M细胞。

研究小组从小鼠的气管中分离出上皮细胞,利用分为上下两部分的特殊培养容器,通过气相液相界面进行了为期10天的培养,其中下层使用添加了RANKL的培养液,上层作为气相。最终,成功获得了能充分吸收纳米颗粒且具有M细胞标记的细胞(图3)。

日本发现将空气中的异物吸收到体内的细胞,有望查明花粉症等过敏症机制

图3:小鼠呼吸道M细胞的培养

从小鼠的气管和支气管中采集上皮细胞,进行添加了RANKL的气相液相界面培养,由此成功诱导了呼吸道M细胞。下图左侧是作为阴性对照在存在GST(谷胱甘肽-S-转移酶)的情况下培养的气管上皮细胞,下图右侧是在存在GST-RANKL的情况下培养的气管上皮细胞。利用M细胞标记Tnfaip2(绿色)和GP2(红色)进行了染色。

此次研究新发现了呼吸道存在与肠道相同的M细胞。今后,通过查明过敏原的体内入侵机制与免疫和过敏的关系,以及呼吸道传染病与M细胞的关系,有望以呼吸道M细胞为靶点,开发预防和治疗呼吸道疾病的方法等。

日文发布全文)

文:JST客观日本编辑部

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