Базальная клетка дыхательных путей - Airway basal cell

Базальные клетки дыхательных путей находятся глубоко в респираторный эпителий, прикрепленный к базальная мембрана.[1]

Базальные клетки - это стволовые клетки или предшественники эпителия дыхательных путей и могут различать для пополнения всех эпителиальных клеток, включая реснитчатые клетки и секреторные бокаловидные клетки.[2][3] Это восстанавливает защитные функции эпителиального барьера.[3]

Базальные клетки кубовидной формы с большим ядром, небольшим количеством органелл и разбросанными микроворсинками. [1] Базальные клетки - это первые клетки, на которые воздействует сигаретный дым. Считается, что их дезорганизация является причиной основных изменений дыхательных путей, характерных для ХОБЛ.[4]

Структура

Клетки респираторного эпителия. Базальные клетки показаны фиолетовым цветом, реснитчатые клетки показаны коричневым, бокаловидные клетки показаны зеленым, а подслизистые железы показаны синим.

Базальные клетки кубовидной формы, с большим ядро, несколько органеллы, и разбросаны микроворсинки. Базальные клетки прикреплены к базальная мембрана.[1]

Количество базальных клеток больше всего в крупных дыхательных путях и становится все меньше в меньших дыхательных путях. Их процентное содержание в трахее составляет 34%, в крупных бронхах - 27% и 10% - в более крупных бронхиолах.[1] Базальные клетки могут экспрессировать ряд различных рецепторов, в частности EGFR.[1]

Предшественники, происходящие из базальных клеток, обнаруживаются как промежуточные клетки (также известные как парабазальные или неопределенные клетки) между базальными клетками и дифференцированными клетками.[1]

Функция

Базальные клетки - это стволовые клетки, или предшественники всех клеток респираторного эпителия. Ресничные клетки и секреторные клетки, которые образуют эпителиальный барьер и функционируют в мукоцилиарный клиренс, являются окончательно дифференцированными, что означает, что они не могут самообновляться. Эти клетки уязвимы для повреждения, и базальные клетки могут заменять поврежденные клетки путем дифференцировки.[3]

Обычно эпителий дыхательных путей обновляется довольно медленно, при этом базальные клетки находятся в состоянии покоя, и видны лишь несколько промежуточных клеток.[3] В ответ на повреждение дифференцированных клеток или стресс, вызванный курением, базальные клетки становятся активными, пролиферируют и образуют клональные участки, а количество промежуточных клеток увеличивается.[3][1] При активации базальные клетки приобретают фенотипы, связанные с повреждениями, что позволяет дифференцироваться до определенного типа клеток, которые были повреждены.[3] Промежуточные клетки дифференцируются под контролем FOXJ1 в ресничные клетки; и в секреторные клетки под контролем передачи сигналов Notch и факторов транскрипции SPDEF и FOXA3.[1] Регенерация клеток может быть нормальной, а у курильщиков регенерация может иметь измененный гистологический фенотип.[1]

Базальные клетки также могут обеспечивать защитную функцию, повышающую регуляцию медиаторов врожденного иммунитета, таких как РНКаза7, антимикробный белок.[3] РНКаза7, опосредует восстановление тканей и производство воспалительных цитокины индуцируется либо табачным дымом, либо распознаванием микробных образов. Базальные клетки - главные клетки, продуцирующие РНКазу7.[5] Это рассматривается как возможный защитный ответ базальных клеток на повреждение, которое может быть связано с атакой микробов.[3] Ответ требует передачи сигналов через EGFR, который высоко экспрессируется в базальных клетках.[3] Другие медиаторы врожденного иммунитета включают: бета-дефенсин 2, и липокалин-2; провоспалительный цитокины, интерлейкины IL6, и IL8; и хемокин CCL20.[3]

Фактическое распознавание микробных паттернов происходит в секреторных и реснитчатых клетках через Толл-подобные рецепторы, и это может стимулировать пролиферацию и дифференцировку базальных клеток для восстановления поврежденной ткани.[3]

Дисфункция

SEM изображение синцитиальные вирионы взято из Ячейки A549 в эпителии легких.

После повреждения эпителия дыхательных путей базальные клетки могут инфицироваться дыхательными путями. синцитиальный вирус. Когда это происходит, базальная клетка может быть перекошена, чтобы способствовать дифференцировке продуцирующих слизь (секреторных клеток) над дифференцировкой мерцательных клеток. Нормальное соотношение мерцательных клеток к секреторным составляет 10: 1, и это строго контролируется на большей части респираторного дерева.[3] Когда это соотношение нарушается таким образом, возникает гиперплазия слизи, связанная с рядом респираторных заболеваний, из-за недостаточного действия ресничек, необходимого для мукоцилиарного клиренса. Высвобождение противомикробных препаратов может происходить как защита второй линии при дифференцировке клеток.[3][5]

Нарушение барьера герметичного соединения - общая черта астма, и связанных с курением респираторные заболевания. Устойчивая активация врожденного иммунного ответа в базальных клетках может способствовать характерному хроническому воспаление наблюдается при этих расстройствах.[3]

Клиническое значение

Гиперплазия базальных клеток дыхательных путей является самым ранним признаком аномалии легких, связанной с курением.[4][1] Это сопровождается укорочением ресничек, потерей реснитчатых клеток, гиперплазией слизистых клеток и потерей межклеточных соединений, создающих неплотный эпителиальный барьер. При постоянном стрессе от курения базальные клетки нарушаются и теряют свою способность к регенерации, необходимую для восстановления барьера. Видно, что неорганизованные базальные клетки ответственны за основные изменения дыхательных путей, характерные для ХОБЛ, а при продолжающемся стрессе может претерпеть злокачественную трансформацию. Исследования показали, что первоначальное развитие эмфизема сосредоточен на ранних изменениях эпителия дыхательных путей мелких дыхательных путей.[1] При переходе курильщика к клинически определяемой ХОБЛ происходит дальнейшее нарушение базальных клеток.[1]

Изображение, показывающее скопление слизи в дыхательных путях.

Дисфункция базальных клеток вызывает перепроизводство и секрецию слизи, а также снижение клиренса слизи, что приводит к характерным особенностям гиперсекреция слизи, и продуктивный кашель хронического бронхита и хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ).[6] Накопление слизи при ХОБЛ в худшую сторону влияет на функцию легких, качество жизни, обострения, пребывание в больнице и смертность.[6]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Кристалл, РГ (15 декабря 2014 г.). «Базальные клетки дыхательных путей.« Дымящийся пистолет »хронической обструктивной болезни легких». Американский журнал респираторной медицины и реанимации. 190 (12): 1355–62. Дои:10.1164 / rccm.201408-1492PP. ЧВК  4299651. PMID  25354273.
  2. ^ Вайнбергер, S (2019). Принципы легочной медицины (Седьмое изд.). п. 67. ISBN  9780323523714.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Шайхиев, Р. (октябрь 2015 г.). «Многозадачные базальные клетки: объединение функций стволовых клеток и врожденного иммунитета». Европейский респираторный журнал. 46 (4): 894–7. Дои:10.1183/13993003.00521-2015. ЧВК  4732698. PMID  26424520.
  4. ^ а б Шайхиев, Р; Кристалл, Р.Г. (декабрь 2014 г.). «Ранние события в патогенезе хронической обструктивной болезни легких. Вызванное курением перепрограммирование базальных клеток-предшественников эпителия дыхательных путей». Анналы Американского торакального общества. 11 Приложение 5: S252-8. Дои:10.1513 / AnnalsATS.201402-049AW. ЧВК  4298974. PMID  25525728.
  5. ^ а б Amatngalim, GD; ван Wijck, Y; de Mooij-Eijk, Y; Verhoosel, RM; Сложнее, Дж; Lekkerkerker, AN; Янссен, РА; Hiemstra, PS (1 апреля 2015 г.). «Базальные клетки способствуют врожденному иммунитету эпителия дыхательных путей за счет производства антимикробного протеина РНКазы 7». Журнал иммунологии. 194 (7): 3340–50. Дои:10.4049 / jimmunol.1402169. PMID  25712218.
  6. ^ а б Рамос, Флорида; Krahnke, JS; Ким, V (2014). «Клинические вопросы накопления слизи при ХОБЛ». Международный журнал хронической обструктивной болезни легких. 9: 139–50. Дои:10.2147 / COPD.S38938. ЧВК  3908831. PMID  24493923.