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Science:肺泡神经内分泌细胞调节局部免疫反应机制
文/admin      2016/01/14
  在静息状态下,人体肺部每分钟进出的空气大约有5-8升,其中含有大量的过敏原物质。这些信号能够被肺部表面的细胞识别并传递引发一系列生理反应,包括肺部血压,免疫反应,呼吸节律等方面,然而其中的机制并不清楚。肺部神经内分泌细胞(Pul-monary neuroendocrine cells, PNECs)是存在于肺部的一种细胞类型,占全部表皮细胞的1%。此前的体外研究结果表明PNEC对于感受氧气、肺部及支气管组织平滑肌运动以及免疫反应具有重要作用,但一直缺乏体内的证据。一些临床证据表明肺部的常见疾病,比如哮喘,气管发育不良以及胆囊纤维化等等,都伴随有PNEC数量的上升,但其中的因果关系也不清楚。
 
  在小鼠肺部,PNEC一般以20-30个细胞成簇状分布,称作神经上皮小体(neuroepithelial bodies, NEB),它们一般形成囊泡状结构,充斥着有生物活性的神经肽。之前的研究表明,这些神经肽很可能参与了PNEC的生理活动,对此,来自威斯康星大学-麦迪孙分校的Xin Sun课题组进行了详细的研究。相关结果发表在最近一期的《science》杂志上。
 
  首先,作者以"先天性横膈疝气"小鼠模型作为研究对象进行了生理学研究。该疾病是一类先天性的肺部功能严重缺陷的疾病,伴随有加重的免疫反应以及肺部高血压症状。解剖学结果显示,该小鼠肺部PNEC簇状结构消失,同时局部的PNEC神经肽含量上升。这导致了免疫细胞的过度浸润以及肺部的变形。
 
  由于人类中该疾病的发生是由于一类叫做Roundabout Receptor(ROBO)的基因缺陷导致的。为了研究其中的分子机制,作者构建了肺部表皮细胞ROBO缺失突变体小鼠。这些小鼠虽然能够存活,但是它们出生后的第15天时肺部气体交换面积明显低于野生型。之后,作者分析了小鼠出生后第7天(此时肺部气体交换面积还没有减少的迹象)肺部细胞中基因的表达水平,并且把表达差异最为明显的20个基因拿来进行分析。结果显示,这20个基因中有15个都与免疫系统有关系,包括Ccl3,Cxcl2,Tnfa,Saa3等等。与此相符,肺积液中免疫细胞(包括T细胞,巨噬细胞,中性粒细胞,嗜酸性粒细胞)的数量都有明显上升。这些结果表明该基因的缺失能够引发免疫反应的增强。
 
  之后,作者通过分析不同类型细胞中ROBO的表达情况。结果显示:正常状态下PNEC中该基因的表达水平最高。为了证明ROBO对于PNEC的功能具有重要的作用,作者利用PNEC特异性启动子连接的CRE条件性地敲除了PNEC细胞中的ROBO基因。结果显示,该小鼠表现出与整体敲除ROBO后相似的生理学特征。这一结果表明ROBO基因主要是通过PNEC活性起到调节肺部功能的作用。
 
  ROBO蛋白是一类细胞膜表面蛋白受体,它在其配体SILT家族蛋白存在与否的情况下均能发挥功能。事实上,通过分析silt缺失突变体小鼠的生理特征,表明任何一类SILT蛋白的缺失都不会影响PNEC的成簇形态。这表明ROBO在维持PNEC功能的这一方面并不依赖于其配体的存在。
 
  为了研究PNEC成簇与免疫反应之间的关系,作者分析了细胞内部9类神经肽的表达情况。结果显示,在ROBO缺失的情况下,有5类神经肽发生了表达量的上调。这一变化在出生时已经发生,表明该生理反应不依赖于空气的刺激。之后,作者将其中一类表达量变化最为显著的Cgrp神经肽进行了突变。结果显示,突变体肺部巨噬细胞的数量明显降低,肺泡变形的症状也能得到部分的恢复。最后,作者利用一类"clodronate"药物对小鼠肺部进行处理,发现小鼠的肺泡病变的症状得到了改善。
 
  综上,作者认为ROBO在肺部的PNEC中的特异性表达维持了其呈簇状的特性。在该稳态被打破时,肺部免疫细胞将会明显升高并最终导致肺泡的病变。
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