DOI: https://doi.org/10.14739/2310-1210.2020.4.208411

Влияние дыхательных нейроэндокриноцитов на гомеостаз легких

S. S. Popko, V. M. Yevtushenko, V. K. Syrtsov

Аннотация


 

Дыхательные нейроэндокриноциты (ДН) – уникальная клеточная популяция, выявленная на всех уровнях в эпителии дыхательных путей (ДП), гистофизиология которой до сих пор плохо изучена. Учитывая ее важную роль как одного из основных регуляторов процессов дыхания и гомеостаза организма, ее изучение является одной из актуальных задач медицины.

Согласно Международной номенклатуре по цитологии и гистологии человека, разработанной Федеративным международным комитетом по анатомической терминологии (FICAT) авторами Wolters Kluwer и Lippincott Williams & Wilkins (2008), эти клетки называются дыхательными нейроэндокринными клетками (в трахее) или дыхательными эндокринными клетками (в бронхиальном дереве). Однако эти клетки описаны в современной международной научной литературе как легочные нейроэндокринные клетки.

Цель работы – анализ данных современной научной литературы о влиянии дыхательных эндокриноцитов на гомеостаз легких в норме и патологии.

ДН и их кластеры – нейроэпителиальные тела, действуют как факторы регуляции роста и созревания легких в эмбриогенезе с помощью выделяемых ими серотонина и гастрин-рилизинг гормона. В постнатальном онтогенезе продукты секреции ДН – амины и нейропептиды характеризуются участием в разнообразных физиологических и патологических процессах в легких. ДН в норме осуществляют нейрогуморальный контроль тонуса гладких миоцитов сосудов и воздухоносных путей, действуют как периферические хеморецепторы, а также принимают участие в клеточной пролиферации, дифференцировке, регуляции продукции слизи респираторным эпителием. При повреждении ДП способны к трансдифференцировке с помощью сигнального пути Notch и пополняют популяции других клеточных типов дыхательного эпителия. ДН оказывают нейроиммуномодулирующее действие путем секреции нейропептидов и нейротрансмиттеров, которые поддерживают и усиливают воспалительную реакцию ДП на аллерген. При воздействии аллергена ДН активируют врожденные лимфоидные клетки 2 типа с помощью нейропептида, связанного с геном кальцитонина CGRP, которые продуцируют цитокины 2 типа ИЛ-5 и ИЛ-13, тем самым способствуя развитию аллергической воспалительной реакции ДП. Одновременно выделяемый ДН нейротрансмиттер – γ-аминомасляная кислота ГАМК – взаимодействует с ИЛ-13 для активации секреции слизи бокаловидными клетками. Врожденные лимфоидные клетки 2 типа провоцируют эозинофильное воспаление и гиперчувствительность ДП. Недавние исследования показали, что врожденные лимфоидные клетки 2 типа также стимулируют развитие Th2-иммунного ответа. Таким образом, CGRP и ГАМК являются ключевыми продуктами секреции ДН, стимулирующими Th2-иммунный ответ в легких.

Выводы. ДН вместе с клетками иммунной системы образуют нейроиммунологический модуль для рецепции и реагирования на раздражители окружающей среды. Данные о роли ДН в развитии аллергического воспаления ДП в литературе пока неоднозначны, что обусловливает необходимость дальнейшего изучения данной проблемы.

 


Ключевые слова


нейроэндокринные клетки; дыхательные пути; аллергическое воспаление; врожденные лимфоидные клетки; пептид; связанный с геном кальцитонина; γ-аминомасляная кислота

Полный текст:

PDF (English)

Литература


Garg, A., Sui, P., Verheyden, J. M., Young, L. R., & Sun, X. (2019). Consider the lung as a sensory organ: A tip from pulmonary neuroendocrine cells. Current topics in developmental biology, 132, 67-89. https://doi.org/10.1016/bs.ctdb.2018.12.002

Kuo, C. S., & Krasnow, M. A. (2015). Formation of a Neurosensory Organ by Epithelial Cell Slithering. Cell, 163(2), 394-405. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.09.021

Noguchi, M., Sumiyama, K., & Morimoto, M. (2015). Directed Migration of Pulmonary Neuroendocrine Cells toward Airway Branches Organizes the Stereotypic Location of Neuroepithelial Bodies. Cell Reports, 13(12), 2679-2686. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2015.11.058

Hockman, D., Burns, A. J., Schlosser, G., Gates, K. P., Jevans, B., Mongera, A., Fisher, S., Unlu, G., Knapik, E. W., Kaufman, C. K., Mosimann, C., Zon, L. I., Lancman, J. J., Dong, P., Lickert, H., Tucker, A. S., & Baker, C. V. (2017). Evolution of the hypoxia-sensitive cells involved in amniote respiratory reflexes. ELife, 6, Article e21231. https://doi.org/10.7554/elife.21231

Tata, P. R., & Rajagopal, J. (2017). Plasticity in the lung: making and breaking cell identity. Development, 144(5), 755-766. https://doi.org/10.1242/dev.143784

de Jong, P. R., Takahashi, N., Peiris, M., Bertin, S., Lee, J., Gareau, M. G., Paniagua, A., Harris, A. R., Herdman, D. S., Corr, M., Blackshaw, L. A., & Raz, E. (2015). TRPM8 on mucosal sensory nerves regulates colitogenic responses by innate immune cells via CGRP. Mucosal immunology, 8(3), 491-504. https://doi.org/10.1038/mi.2014.82

Gu, X., Karp, P. H., Brody, S. L., Pierce, R. A., Welsh, M. J., Holtzman, M. J., & Ben-Shahar, Y. (2014). Chemosensory Functions for Pulmonary Neuroendocrine Cells. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology, 50(3), 637-646. https://doi.org/10.1165/rcmb.2013-0199oc

Kobayashi, Y., & Tata, P. R. (2018). Pulmonary Neuroendocrine Cells: Sensors and Sentinels of the Lung. Developmental Cell, 45(4), 425-426. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2018.05.009

Klein Wolterink, R., Pirzgalska, R. M., & Veiga-Fernandes, H. (2018). Neuroendocrine Cells Take Your Breath Away. Immunity, 49(1), 9-11. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2018.06.010

van den Brink, S. C., Sage, F., Vértesy, Á., Spanjaard, B., Peterson-Maduro, J., Baron, C. S., Robin, C., & van Oudenaarden, A. (2017). Single-cell sequencing reveals dissociation-induced gene expression in tissue subpopulations. Nature Methods, 14(10), 935-936. https://doi.org/10.1038/nmeth.4437

Yao, E., Lin, C., Wu, Q., Zhang, K., Song, H., & Chuang, P.-T. (2017). Notch Signaling Controls Transdifferentiation of Pulmonary Neuroendocrine Cells in Response to Lung Injury. Stem Cells, 36(3), 377-391. https://doi.org/10.1002/stem.2744

Ouadah, Y., Rojas, E. R., Riordan, D. P., Capostagno, S., Kuo, C. S., & Krasnow, M. A. (2019). Rare Pulmonary Neuroendocrine Cells Are Stem Cells Regulated by Rb, p53, and Notch. Cell, 179(2), 403-416.e23. https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.09.010

Meder, L., König, K., Ozretić, L., Schultheis, A. M., Ueckeroth, F., Ade, C. P., Albus, K., Boehm, D., Rommerscheidt-Fuss, U., Florin, A., Buhl, T., Hartmann, W., Wolf, J., Merkelbach-Bruse, S., Eilers, M., Perner, S., Heukamp, L. C., & Buettner, R. (2015). NOTCH, ASCL1, p53 and RB alterations define an alternative pathway driving neuroendocrine and small cell lung carcinomas. International Journal of Cancer, 138(4), 927-938. https://doi.org/10.1002/ijc.29835

Lafkas, D., Shelton, A., Chiu, C., de Leon Boenig, G., Chen, Y., Stawicki, S. S., Siltanen, C., Reichelt, M., Zhou, M., Wu, X., Eastham-Anderson, J., Moore, H., Roose-Girma, M., Chinn, Y., Hang, J. Q., Warming, S., Egen, J., Lee, W. P., Austin, C., … Siebel, C. W. (2015). Therapeutic antibodies reveal Notch control of transdifferentiation in the adult lung. Nature, 528(7580), 127-131. https://doi.org/10.1038/nature15715

Tumanskyi, V. O., & Kovalenko, I. S. (2019). Rakovye stvolovye i mezenkhimal'nye stvolovye kletki v protokovoi adenokartsinome podzheludochnoi zhelezy [Cancer stem cells and mesenchymal stem cells in pancreatic ductal adenocarcinoma]. Pathologia, 16(1), 131-138. https://doi.org/10.14739/2310-1237.2019.1.166476 [in Russian].

Branchfield, K., Nantie, L., Verheyden, J. M., Sui, P., Wienhold, M. D., & Sun, X. (2016). Pulmonary neuroendocrine cells function as airway sensors to control lung immune response. Science, 351(6274), 707-710. https://doi.org/10.1126/science.aad7969

Baudarbekova, M. M. (2019). Immunohistochemical study of neoangiogenesis markers in squamous cell lung cancer. Pathologia, 16(2), 164-169. https://doi.org/10.14739/2310-1237.2019.2.177090

Veiga-Fernandes, H., & Artis, D. (2018). Neuronal-immune system cross-talk in homeostasis. Science, 359(6383), 1465-1466. https://doi.org/10.1126/science.aap9598

Sui, P., Wiesner, D. L., Xu, J., Zhang, Y., Lee, J., Van Dyken, S., Lashua, A., Yu, C., Klein, B. S., Locksley, R. M., Deutsch, G., & Sun, X. (2018). Pulmonary neuroendocrine cells amplify allergic asthma responses. Science, 360(6393), Article eaan8546. https://doi.org/10.1126/science.aan8546

Klose, C. S., & Artis, D. (2016). Innate lymphoid cells as regulators of immunity, inflammation and tissue homeostasis. Nature Immunology, 17(7), 765-774. https://doi.org/10.1038/ni.3489

Klose, C., Mahlakõiv, T., Moeller, J. B., Rankin, L. C., Flamar, A. L., Kabata, H., Monticelli, L. A., Moriyama, S., Putzel, G. G., Rakhilin, N., Shen, X., Kostenis, E., König, G. M., Senda, T., Carpenter, D., Farber, D. L., & Artis, D. (2017). The neuropeptide neuromedin U stimulates innate lymphoid cells and type 2 inflammation. Nature, 549(7671), 282-286. https://doi.org/10.1038/nature23676

Wallrapp, A., Riesenfeld, S. J., Burkett, P. R., Abdulnour, R. E., Nyman, J., Dionne, D., Hofree, M., Cuoco, M. S., Rodman, C., Farouq, D., Haas, B. J., Tickle, T. L., Trombetta, J. J., Baral, P., Klose, C., Mahlakõiv, T., Artis, D., Rozenblatt-Rosen, O., Chiu, I. M., Levy, B. D., … Kuchroo, V. K. (2017). The neuropeptide NMU amplifies ILC2-driven allergic lung inflammation. Nature, 549(7672), 351-356. https://doi.org/10.1038/nature24029

Li, S., Koziol-White, C., Jude, J., Jiang, M., Zhao, H., Cao, G., Yoo, E., Jester, W., Morley, M. P., Zhou, S., Wang, Y., Lu, M. M., Panettieri, R. A., Jr, & Morrisey, E. E. (2016). Epithelium-generated neuropeptide Y induces smooth muscle contraction to promote airway hyperresponsiveness. The Journal of clinical investigation, 126(5), 1978-1982. https://doi.org/10.1172/JCI81389

Löser, S., & Maizels, R. M. (2018). Immunology: The Neuronal Pathway to Mucosal Immunity. Current Biology, 28(1), R33-R36. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.11.025

Barrios, J., Patel, K. R., Aven, L., Achey, R., Minns, M. S., Lee, Y., Trinkaus‐Randall, V. E., & Ai, X. (2017). Early life allergen‐induced mucus overproduction requires augmented neural stimulation of pulmonary neuroendocrine cell secretion. The FASEB Journal, 31(9), 4117-4128. https://doi.org/10.1096/fj.201700115r

Barrios, J., Kho, A. T., Aven, L., Mitchel, J. A., Park, J.-A., Randell, S. H., Miller, L. A., Tantisira, K. G., & Ai, X. (2019). Pulmonary Neuroendocrine Cells Secrete γ-Aminobutyric Acid to Induce Goblet Cell Hyperplasia in Primate Models. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology, 60(6), 687-694. https://doi.org/10.1165/rcmb.2018-0179oc

Huang, Y., Guo, L., Qiu, J., Chen, X., Hu-Li, J., Siebenlist, U., Williamson, P. R., Urban, J. F., Jr, & Paul, W. E. (2015). IL-25-responsive, lineage-negative KLRG1(hi) cells are multipotential 'inflammatory' type 2 innate lymphoid cells. Nature immunology, 16(2), 161-169. https://doi.org/10.1038/ni.3078

Molofsky, A. B., Savage, A. K., & Locksley, R. M. (2015). Interleukin-33 in Tissue Homeostasis, Injury, and Inflammation. Immunity, 42(6), 1005-1019. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2015.06.006

Mason, B. N., Kaiser, E. A., Kuburas, A., Loomis, M. M., Latham, J. A., Garcia-Martinez, L. F., & Russo, A. F. (2016). Induction of Migraine-Like Photophobic Behavior in Mice by Both Peripheral and Central CGRP Mechanisms. Journal of Neuroscience, 37(1), 204-216. https://doi.org/10.1523/jneurosci.2967-16.2016

Moro, K., Kabata, H., Tanabe, M., Koga, S., Takeno, N., Mochizuki, M., Fukunaga, K., Asano, K., Betsuyaku, T., & Koyasu, S. (2015). Interferon and IL-27 antagonize the function of group 2 innate lymphoid cells and type 2 innate immune responses. Nature Immunology, 17(1), 76-86. https://doi.org/10.1038/ni.3309

Vázquez, Y., González, L., Noguera, L., González, P. A., Riedel, C. A., Bertrand, P., & Bueno, S. M. (2019). Cytokines in the Respiratory Airway as Biomarkers of Severity and Prognosis for Respiratory Syncytial Virus Infection: An Update. Frontiers in immunology, 10, Article 1154. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01154

Mitchel, J. A., Antoniak, S., Lee, J.-H., Kim, S.-H., McGill, M., Kasahara, D. I., Randell, S. H., Israel, E., Shore, S. A., Mackman, N., & Park, J.-A. (2016). IL-13 Augments Compressive Stress–Induced Tissue Factor Expression in Human Airway Epithelial Cells. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology, 54(4), 524-531. https://doi.org/10.1165/rcmb.2015-0252oc

Lambrecht, B. N., & Hammad, H. (2015). The immunology of asthma. Nature Immunology, 16(1), 45-56. https://doi.org/10.1038/ni.3049

Schuster, N. M., & Rapoport, A. M. (2017). Calcitonin Gene-Related Peptide-Targeted Therapies for Migraine and Cluster Headache: A Review. Clinical neuropharmacology, 40(4), 169-174. https://doi.org/10.1097/WNF.0000000000000227

Liao, C.-F., Chen, C.-C., Lu, Y.-W., Yao, C.-H., Lin, J.-H., Way, T.-D., Yang, T.-Y., & Chen, Y.-S. (2019). Effects of endogenous inflammation signals elicited by nerve growth factor, interferon-γ, and interleukin-4 on peripheral nerve regeneration. Journal of Biological Engineering, 13, Article 86. https://doi.org/10.1186/s13036-019-0216-x

Hrebniak, M. P., & Fedorchenko, R. A. (2019). Influence of industrial atmospheric pollution on the development of pathology of respiratory organs. Pathologia, 16(1), 81-86. https://doi.org/10.14739/2310-1237.2019.1.166314

Popko, S. S., Evtushenko, V. M., & Syrtsov, V. K. (2019). Neiroendokrynna systema lehen: suchasnyi stan ta perspektyvy podalshykh doslidzhen (ohliad literatury) [Lung neuroendocrine system: current state and prospects for further research (review of literature)]. Bukovynskyi medychnyi visnyk, 23(3), 131-137. https://doi.org/10.24061/2413-0737.XXIV.3.91.2019.73 [in Ukrainian].


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Запорожский медицинский журнал   Лицензия Creative Commons
Запорожский государственный медицинский университет