Suolihuuhtelut ovat mikrobien aineenvaihduntatuotteiden luonnollisia portinvartijoita suojaamaan kantasoluja | Jiotower

suolistomikrobisto kehittyy yhdessä nisäkäsisäntiensä kanssa yli 15 miljoonan vuoden ajan keskinäisessä symbioottisessa suhteessa. Vaikka solumekanismeja ja molekyylimekanismeja ei tällä hetkellä tunneta, ne nousevat tilanteeseen, jossa ne sopeutuvat toistensa vaatimuksiin kutisevalla tavalla. Esimerkiksi kolmannen raskauskolmanneksen aikana suolistomikrobisto muuttuu täysin ja tuottaa enemmän rasvaa lisäämällä Proteobakteereja ja Aktinobakteereja tukeakseen kasvavaa vauvaa ja raskaana olevaa äitiä (1).Suolistomikrobiston kriittisyyttä arvostetaan nyt suuresti isännän immuuni -, hermo -, verisuoni-ja metaboliajärjestelmien kehittämisessä ja ylläpidossa. Mikrobistoa pidetään ihmisessä erityisenä kehittyvänä elimenä. Useat geneettiset ja ulkoiset tekijät, kuten mutaatiot, tulehdus, infektiot, ruokavalio, antibiootit, tiedetään vaikuttavan intestineassa olevien mikrobiyhteisöjen dynamiikkaan ja niillä on kriittinen rooli sekä synnynnäisten että adaptiivisten immuunijärjestelmän moduloinnissa. Useita ponnisteluja on tehty, ja toiset ovat tällä hetkellä kehitteillä monimutkaisten mikrobien ja isäntien vuorovaikutusten (hyvä vs. huono; syy vs. seuraus) määrittelemiseksi eläinmallien avulla. Mikä vielä tärkeämpää, on käymässä selväksi, että antibioottien liiallinen käyttö kaikissa ihmiselämän vaiheissa on saattanut merkittävästi lisätä aineenvaihduntahäiriöitä ihmispopulaatioissa.

vaikka mikrobit vaikuttavat suoraan immuunijärjestelmän kehittymiseen, monien hyödyllisten/patogeenisten vaikutusten uskotaan olevan mikrobien metaboliittien (suolistobakteerien ravintotekijöistä tuottamia) aiheuttamia. Suurin osa mikrobiomin aineenvaihduntatuotteista on pieniä molekuleita, ja niiden pitoisuudet ihmisen verenkierrossa vaihtelevat mikromolaarisista millimolaarisiin pitoisuuksiin. Näissä keskittymissä niillä on usein vakavia toksisia tai proliferatiivisia vaikutuksia eri solutyypeille. Mielenkiintoista, isäntäjärjestelmäusein vähentää metaboliittien haitallisia toimintoja huolimatta siitä, että ne on tuotettu mikromolaarisissa verenkierrossa. Siksi on erittäin kiinnostavaa tutkia isäntäeläinjärjestelmän omaksumia mekanismeja näiden aineenvaihduntatuotteiden hyödyntämiseksi.

tuore tutkimus Kaiko et al. (2) käsiteltiin tätä kysymystä käyttämällä severalin vitro-ja In vivo-malleja. Tämän tutkimuksen yleinen hypoteesi on, että Krypt structurespect the stem/progenitor cells from liukoinen microbiota-derived signals present in the suoliston lumenia. Ensinnäkin he testasivat 96 mikrobiomin metaboliitin proliferatiivisia vaikutuksia nopeasti jakautuviin lgr5 + – kantasoluihin. Nämä solut valmistettiin rikastamalla cdc25a-click beetle red luciferase reporter-hiiristä eristettyjä paksusuolen epiteelisoluja. He tunnistivat classicmicrobial metabolite, butyrate, merkittävä estäjä suoliston varsi / progenitorisolujen proliferaatiota. Butyraatti on tärkkelyspitoinen ravinnon lyhytketjuinen rasvahappo, ja sitä tuottavat pääasiassa eräät grampositiiviset anaerobiset bakteerit suolistossa. Butyraattipitoisuus voidaan saavuttaa jopa millimolaariseen pitoisuuteen suolen lumenissa eli ~5 mM hiirellä ja ~70 mM ihmisellä. Kantasolujen proliferatiiviset vaikutukset ovat ristiriidassa edellisten raporttien kanssa, joissa butyraatin on todettu olevan virallinen metaboliitti. Esimerkiksi Furusawa et al. 3) ja Arpaia etal. (4) on osoitettu, että butyraatti edistää anti-inflammatorista perifeeristä säätelijäsolua. Mikä tärkeintä, näissä tutkimuksissa he raportoivat, että butyraatti sääteli foxp3promoter-alueen Histoni H3-asetylaatiota ja samoin kuin intronisen tehostimen säilyi ei-koodaava sekvenssi 1 (CNS1) ja CNS2-alueet. Samassa yhteydessä Medžitovin ryhmä osoitti, että butyraatti säätelee suoliston makrofagitoimintaa estämällä histonideasetylaasia (HDAC)muodostamalla butyraatin anti-inflammatorisia vaikutuksia (5).

Kaiko ym. (2) alkoi hypoteesi, että kryptorakenteet suojaavat suoliston kantaosaa/progenitoria butyraatin anti-proliferatiiviselta aktiivisuudelta. Tämä ryhmä epäili, että kryptin morfologia ei kehittynyt merelyllisesti parantamaan ravinteiden imeytymistä, vaan suojaamaan kantasolujen/progenitorisolujen poolia haitallisilta metaboliiteilta. Konseptin todistamiseksi he käyttivät seeprakalamallia, josta puuttuvat suolensa kryptarakenteet. Seeprakala ei myöskään kanna butyraattia tuottavia bakteereja. Butyraatin altistuminen seeprakalalle vähensi merkittävästi epiteelisolujen proliferaatiota suolen pullistumassa. Nämä tutkimukset osoittivat, että kryptorakenteet ovat mahdollisesti kehittyneet estämään butyraatin (mikrobien aineenvaihduntatuotteiden muiden haittavaikutusten) proliferatiivista toimintaa korkeammissa organismeissa. Käsitelläkseen kryptien kriittistä suojaavaa roolia korkeammissa eliöissä he ovat käyttäneet kahta riippumatonta menetelmää kryptorakenteiden poistamiseksi hiirimalleista. Ensinnäkin he ovat käsitelleet hiiriä dekstraaninatriumsulfaatilla (DSS), jossa kryptojen eheys tuhoutuu, ja toiseksi he vahingoittivat fyysisesti suoliston limakalvoa biopsiapihdeillä, joilla poistettiin 1 mm2 palasia paksusuolen limakalvosta. Molemmissa malleissa he havainnoivat eksogeenisen butyraatin merkittäviä tukahduttavia vaikutuksia epiteelirungon / progenitorisolujen proliferaatioon kryptien viereisillä reunoilla. On kiinnostavaa, että kun ne tyhjensivät butyraattituotannosta vastuussa olevat bakteerit, ne havaitsivat vatsahaavan pienenevän hiirillä ja saattoivat kumota tämän vaikutuksen antamalla butyraattia tai ulosteensiirtoa, joka sisälsi butyraattia tuottavia bakteereja. Kaiken kaikkiaan Kaiko et al. on osoitettu, että kryptorakenteet estävät butyraatin antiproliferatiiviset toiminnot kolonicstem/progenitorisoluissa, jotka sijaitsevat kryptojen pohjalla.

Seuraava, Kaiko ym. (2) kysyttiin, perustuuko suoja diffuusioon (ulottuu kryptin pinnasta pohjaan) vai butyraatti metaboloituu edelleen Krypt-rakenteiden yläosassa olevien epiteelisolujen avulla. Tutkittaessa pintakoolosyyttien (hyvin erilaistuneiden) metabolista kapasiteettia he kehittivät in vitro soluviljelmän erilaistuneista kolonosyyteistä koolonisista kantasoluista. Nämä solut kulutetaan noin 30% butyraatti, kun kasvatetaan läsnä ofexternally lisätty butyraatti ja supernatantit merkittävästi vähentää anti-proliferatiivista toimintaa varsi/progenitorisolut ehdottaen, että kolonosyytit todellakin käyttää butyraatti suojella kantasoluja. Lisäksi he osoittivat, että butyraatti,mutta ei Muut Scfa: t (propionaatti, asetaatti) metaboloituvat kolonosyyteissä (mutta ei kantasoluissa) oksidatiivisen fosforylaation (OKSFOS) substraattina niiden energialähteeksi. Butyraatin metaboliaa kolonosyyttien välityksellä tutkittiin hiirimalleissa, joissa käytettiin asyyli-CoA-dehydrogenaaseista(ACADs) puutteellisia hiiriä. Akadit ovat keskeisiä entsyymejä, jotka muuttavat butyraatin asetyyli-CoA: ksi ja joita esiintyy voimakkaasti kolonosyyteissä. ACADs – / – hiirillä oli vähentynyt kanta – / progenitorisolujen proliferaatio villiin tyyppiin verrattuna. Eksogeeninen butyraattialtistus vähensi entisestään steemisolujen / progenitorisolujen proliferaatiota. Mielenkiintoista on, että kun ACADs−/− hiiriä hoidetaan DSS: llä, havaittiin merkitsevästi vähentyneen steemisolujen proliferaatiota butyraattialtistuksen kanssa tai ilman sitä. Kaiken kaikkiaan nämä tutkimukset osoittavat, että butyraattioksidipathway kolonosyyteissä oli tarpeen, jotta voitiin rajoittaa kanta – / progenitorisolujen altistumista luminaalibutyraatille. Nämä tulokset osoittavat, kuinka voimakkaasti yhdessä kehittyneet isäntä-ja mikrobiomit täyttävät energiantarpeensa ja suojaavat kriittisiä soluja samanaikaisesti. Asdemonstrated colonosytes erittäin ilmaisi butyraattia metaboloivat entsyymit verrattuna muihin metaboliaentsyymien mukana Scfautization, jotka eivät osoita anti-proliferatiivinen toimintaa kantasoluja. Erilaistuneet kolonosyytit vähentävät yksinoikeudenmetabolizes niiden energialähde ja samalla suojata tukahduttaminen kantasolujen.

tässä tutkimuksessa kirjoittajat selvittivät myös mekanismeja, jotka vastaavat butyraatin indusoimista anti-proliferatiivisista toiminnoista kolonicstem/progenitorisoluissa. He havaitsivat, että butyraatti esti merkitsevästi HDAC: n toimintaa lisäämällä asetylaatiota varsi – /progenitorisoluissa sekä Histoni H3K27-että h3k9-kohdissa. HDAC-estäjät (trikostatiini a) käänsivät fenotyypin, mikä viittaa siihen, että butyraatin anti-proliferatiiviset vaikutukset välittyvät HDAC-lääkeaineiden kautta. Lisäksi he tutkivat tunnistaa transkriptio tekijät ovat vastuussa sen toimintaa kautta genomin laajuinen kromatiini immunoprecipitation sekvensointi (ChIP-seq) ja formaldehydi-avusteinen eristäminen säätelyelementtiensequencing (Fairey-seq) butyraatti-käsitelty koolonin kantasolujen/progenitorisolujen. He keskittyivät transkriptiotekijöihin, jotka säätelevät solusykliä. Heidän analyysissään todettiin, että butyraatti säätelee foxo1-ja Foxo3-transkriptiotekijöitä erittäin ennustettuina ehdokkaina. He vahvistivat nämä havainnot käyttämällä foxo1: n ja Foxo3: n aktiivisuuden farmakologista ja geneettistä estoa, jossa he raportoivat, että foxo3: n aktivoituminen on kriittinen butyraatin antiproliferatiiviselle toiminnalle. Yhteenvetona he osoittivat, että butyraatti vaikuttaa onstem – / progenitorisoluihin asetyloidakseen histoneja ja indusoi foxo3-riippuvaisen proliferaation estymisen negatiivisena solusykleregulaattorina (Kuva 1).

nykyinen tutkimus, jossa selitetään joitakin kryptien biologisten toimintojen peruskäsityksiä, herättää joitakin kiinnostavia kysymyksiä. Useat tutkimukset raportoivat butyraatin hyödyllisistä vaikutuksista haavaista paksusuolitulehdusta sairastavilla potilailla sen tulehduskipulääkityksen kautta. Suojavaikutusten taso riippuu kuitenkin mahdollisesti kryptien vaurioiden laajuudesta. Tulokset viittaavat siihen, että butyraatin esiintyminen vaurioituneella suolihuuhtelualueella lopulta hidastaa Krypt-uudistumisprosessia vähentämällä varren selleksipansiota anti-proliferatiivisten toimintojen kautta. Tukahduttamalla nopeasti jakautuvat kantasolut limakalvovaurion aikana saattavat suojata kantasoluja haittavaikutuksilta, jotka aiheutuvat suorasta kosketuksesta genotoksiseen luminaalipitoisuuteen. Voidaan olettaa, että isäntämikrobiotkehittivät näitä järjestelmiä välttyäkseen epiteeli – /kantasolumuutoksilta ja vähentääkseen syövän kehittymisen riskiä. Isännän on tärkeää suojella kantasoluja tällaiselta muuntumiselta; siksi ne kiehtovasti co-kehittynyt kotoperäisiä järjestelmiä, jossahe uhraavat itsensä (tukahduttaa stem/progenitor proliferaatio) avulla bakteerien aineenvaihduntatuotteiden. Vaikka nämä metaboliitit voivat näyttää kielteisiä vaikutuksia lyhyen aikavälin haavan paranemista mekanismeja, pitkällä aikavälillä ne voivat estää syöpä muutos stemcells.

toden totta, Moeller et al: n tuore tutkimus. tunnistettu, että ihmisen suolistomikrobisto polveutuu muinaisista symbionteista, jotka specialisoituivat samanaikaisesti ihmisten ja afrikkalaisten apinoiden kanssa testaamalla hominidien ja suolistomikrobiston välistä yhteisvaikutusta. Kaiken kaikkiaan nämä tutkimukset antavat vihjeitä siitä, miten butyraatti (butyraattia tuottavat bakteerit) auttoi hienosäätöä suoliston järjestelmiä tukemalla käsitystä mikrobien ja nisäkkäiden yhteiskehityksestä tukemaan toistensa olemassaoloa.