Дефицит лизоцима в клетках Панета может подготовить кишечник к аллергии на арахис

Для большинства людей бутерброд с арахисовым маслом не представляет угрозы. Но у примерно 1,6 миллиона детей в США с аллергией на арахис такое воздействие может вызвать опасную для жизни реакцию. Почему одни люди восприимчивы к аллергии, а другие — нет, остаётся невыясненным. Новое исследование Медицинской школы Университета Северной Каролины ставит на первое место саму слизистую оболочку тонкой кишки: она может быть «подготовлена» к аллергии ещё до первой встречи с арахисом.

Опубликовано 30 сентября в Клеточная и молекулярная гастроэнтерология и гепатология (CMGH) . Исследование провели под руководством аспирантки Кейтлин (Кэти) Клаф в сотрудничестве с лабораториями доктора Шехзада З. Шейх, профессора медицины и генетики, и доктора Эрин С. Штайнбах, доцента кафедры ревматологии, аллергии и иммунологии, из Центра желудочно‑кишечной биологии и заболеваний Университета Северной Каролины. С помощью секвенирования одноклеточной РНК авторы детализировали состав эпителия тонкой кишки у мышей, восприимчивых к аллергии на арахис, и обнаружили выраженный дефект в специализированной популяции — клетках Панета. Это открытие затем подтвердили на биоптатах тонкой кишки у педиатрических пациентов с аллергией на арахис.

Недостающий белок на переднем крае защиты кишечника

Клетки Панета расположены в криптах кишечника и секретируют антимикробные белки, которые помогают контролировать микробиом и поддерживать барьерную функцию эпителия. У мышей линии CC027, склонных к аллергии, в клетках Панета полностью отсутствовала экспрессия лизоцима 1 (Lyz1) — одного из ключевых антимикробных ферментов. Это оказалось наследственным: линия CC027 унаследовала хромосому 10 от дикого вида мышей CAST/EiJ, у которых отсутствует ген Lyz1.

В биоптатах тонкой кишки у детей с аллергией на арахис исследователи заметили значительное уменьшение числа крипт, положительных по LYZ, по сравнению с пациентами без аллергии на арахис. Это указывает на то, что дефицит лизоцима в клетках Панета может быть биологически значимой характеристикой восприимчивости человека к аллергии на арахис.

«Что меня больше всего поразило, так это то, что эти изменения клеток Панета присутствовали у мышей, которые никогда не подвергались воздействию арахиса. Это говорит нам о том, что кишечник уже находится в изменённом состоянии ещё до возникновения аллергической реакции. Дефект барьера может появиться первым, а затем развиться аллергия», — отметила Кейтлин (Кэти) Клаф .

Кейтлин (Кэти) Клаф, Медицинский факультет Университета Северной Каролины

Составление атласа эпителия кишечника клетка за клеткой

Для создания атласа команда выделила и секвенировала РНК тысяч отдельных эпителиальных клеток от восприимчивых к аллергии мышей CC027 и устойчивых мышей C3H/HeJ. Исследователи идентифицировали 13 клеточных популяций, включая абсорбтивные энтероциты, стволовые клетки, бокаловидные клетки, энтероэндокринные клетки, пучковые (tuft) клетки и клетки Панета. Помимо отсутствия лизоцима атлас показал согласованное ремоделирование эпителия у склонных к аллергии животных, которое имело место до любого контакта с аллергеном:

новая популяция интерферон‑чувствительных абсорбирующих энтероцитов (AE‑IFN) была значительно увеличена, а иммунные и противовирусные программы эпителия были нарушены;

бокаловидные клетки, формирующие слизистый барьер, были увеличены, тогда как энтероэндокринные клетки, участвующие в регуляции проницаемости, были снижены;

пучковые клетки, известные как инициаторы иммунных реакций типа 2, были увеличены и показывали повышенную экспрессию рецепторов аллергического ответа, включая IL‑4Rα;

клетки Панета демонстрировали признаки клеточного стресса при электронной микроскопии — расширение эндоплазматической сети и изменённые секреторные гранулы, что согласуется с секреторной дисфункцией и снижением производства лизоцима‑1.

От отсутствующего гена к изменённому микробиому

Дефицит лизоцима влияет не только на сами клетки Панета. Лизоцим играет важную роль в формировании микробиома, избирательно подавляя бактерии, которые могут стимулировать аллергические реакции. Сравнение микробиомов мышей с дефицитом Lyz1 и восприимчивых мышей CC027 показало обогащение одними и теми же родами бактерий, включая Ruminococcus и Akkermansia, что предполагает: потеря лизоцима изменяет состав микробиома в сторону, способствующую иммунному перекосу типа 2, увеличению бокаловидных и пучковых клеток и повышенной кишечной проницаемости.

«Это исследование меняет представление о кишечном эпителии: он может быть не пассивным свидетелем, а ключевым фактором аллергической восприимчивости», — сказала Эрин С. Штайнбах, доцент кафедры ревматологии, аллергии и иммунологии. «Генетическая потеря одного антимикробного белка в клетках Панета приводит к изменениям микробиома, искажению иммунитета и формированию кишечного барьера, готового к аллергии. Это механистическая цепочка, в которую мы потенциально можем вмешаться» .

Почему это важно для пациентов и их семей

Аллергия на арахис затрагивает примерно 2% детей в США и является причиной большинства случаев тяжёлой пищевой анафилаксии и связанных с ней смертей. На сегодняшний день основа лечения — строгая стратегия избегания аллергенов и экстренное введение адреналина при реакции. Пероральная иммунотерапия позволяет достичь десенсибилизации у некоторых пациентов, но устойчивая толерантность пока остаётся редкостью. Понимание эпителиальных и микробных факторов восприимчивости открывает новые возможности для профилактики: ранняя идентификация групп высокого риска или восстановление барьерной функции кишечника до контакта с аллергеном может предотвратить развитие аллергии.

«У моего сына опасная для жизни аллергия на арахис, и в нашей семье, как и во многих других, каждый приём пищи — это расчёт», — сказал Шехзад З. Шейх. «Это исследование даёт новую базу для ответа на вопрос, почему кишечник становится восприимчивым, и в конечном итоге для разработки подходов, которые могли бы защитить детей до первой аллергической реакции» .

Команда планирует расширить наблюдения на более крупную когорту педиатрических пациентов и использовать органоиды тонкой кишки человека, чтобы выяснить, можно ли восстановить барьерную функцию у предрасположенных людей путём коррекции дефицита лизоцима или изменения состава микробиома.