АНТИАДГЕЗИВНА РОЛЬ КІШКОВОГО СЛІЗУ

Поверхня епітелію шлунково-кишкового тракту ссавців покрита захисним шаром слизу. Цей бар'єр слизу, що виробляється спеціалізованими епітеліальними клітинами, є безперервним. Він утворює фізичний бар’єр між тканинами, що лежать в основі, та мікроорганізмами, токсинами, які вони виробляють, та іншими потенційно шкідливими речовинами, що знаходяться в просвіті кишечника. У нормальному кишечнику ерозія слизового шару збоку світла відбувається внаслідок дії ферментів та тертя матеріалу, що перетравлюється; ця ерозія повинна бути компенсована виділеннями, що надходять із слизової оболонки, щоб гарантувати цілісність бар'єру.

coli CL-49


СЛІП: ФІЗИЧНА БАРІЕРА

Існує дві форми слизу: нерозчинний у воді гель (товщина 30-450 мкм), що прилипає до слизової, і водорозчинний в’язкий шар, який покриває гель.

Основним компонентом слизу, відповідальним за його в’язко-еластичні та желюючі властивості, є муцин. Різні муцини, виявлені у ссавців, мають ряд спільних характеристик:

- Це великі полімери, що складаються з сильно глікозильованих мономерів глікопротеїну: кожен мономер може мати молекулярну масу> 10 ^ 6 дальтон; він складається з центрального пептидного ядра, оточеного низкою олігосахаридів, розташованих у формі мазка.

- Вуглеводні бічні ланцюги, як правило, становлять 80-85% маси муцину. Вони складаються з галактози, фукози, N-ацетилгалактозаміну, N-ацетилглюкозаміну та сіалової кислоти; вони можуть мати від 2 до 20 цукрів.

- Глікозильована область ядра пептиду містить багато повторень парних послідовностей (кожна послідовність складається з 6 - 169 амінокислот, залежно від типу муцину), що містить значну кількість серину та треоніну, до яких приєднані олігосахариди.

- Неглікозильовані або низькоглікозильовані ділянки пептидного ядра, багаті аспарагіновою та глутаміновою кислотами, містять багато цистину та мають гідрофобні ділянки.

Дефіцит вуглеводних ланцюгів у цих регіонах (на відміну від сильно глікозильованих) робить їх чутливими до бактеріальних та ендогенних протеаз.


Полімеризація мономерів муцину відбувається за допомогою ковалентних зв’язків (дисульфідів) та за допомогою нековалентних (гідрофобних) зв’язків між неглікозильованими пептидними областями; це допомагає утворити гель у концентраціях 10-50 мг/мл шляхом переплутування або перетворення цифрових речовин сильно гідратованих молекул муцину.

Полімерна структура муцину має вирішальне значення для утворення гелю, оскільки при протолізі неглікозильованих пептидів муцину або хімічному руйнуванні дисульфідних містків виділяються мономери глікопротеїну, які не гелюються в нормальних фізіологічних умовах.


СЛІД: ІНГІБІТОР ЧЛЕНСТВА

Слиз є не тільки фізичним бар'єром проти організмів, що знаходяться в просвіті кишечника, вона також є конкурентним інгібітором їх адгезії до епітеліальних клітин. Наприклад, зв’язування низки патогенів, таких як Yersinia enterocolitica, Escherichia coli RDEC-1 (модель діареї у кроликів) та Entamoeba histolytica, з ізолятами кишкових ворсинок та клітинами кольок або епітелію може сильно інгібуватися сирим слизом або високоочищений муцин. Також було показано, що муцин зв'язується з ротавірусом та холерним токсином, зменшуючи тим самим їх адгезію та вплив на клітини-мішені. Дослідження з Y. enterocolitica показали, що сирий слиз є кращим інгібітором адгезії бактерій, ніж очищений муцин, припускаючи, що інші компоненти (можливо, масштабовані клітинні мембрани) шару слизу можуть відігравати роль у запобіганні прилипання бактерій до поверхні епітелію.

Постулюється, що гідрофобні взаємодії відіграють роль у зв’язуванні певних бактерій - певних штамів E. coli (CL-49 та RDEC-1) та Ps. Aeruginosa - з муцином. Дослідження різних муцинів показали, що неглікозильовані ділянки білкового ядра містять гідрофобні ділянки, здатні до нековалентного зв’язування з ліпідами. Показано, що видалення цих ліпідів з муцину тонкої кишки збільшує адгезію вірулентних збудників, таких як Y. enterocolitica, Ps. Cepacia та E. coli (CL-49), що свідчить про те, що ці ліпіди захищають деякі потенційні рецептори для бактерії на молекулі муцину; рецептори, які за певних обставин можуть бути піддані дії. Подібним чином, здатність H. pylori зменшувати гідрофобність слизової оболонки шлунка шляхом розщеплення фосфоліпідів, що знаходяться в шарі слизу, може сприяти взаємодії бактерій із муцином.

Деполімеризація (шляхом руйнування дисульфідних зв'язків) і денатурація муцину тонкої кишки також значно збільшує адгезію Y. enterocolitica, Ps. Cepacia та E. coli CL-49. Ймовірно, що це пов’язано з появою нових місць зв’язування бактерій, які, як правило, поховані у вихідній молекулі муцину (можливо, частина білка, яка, найімовірніше, зазнає впливу цих процедур), але які піддаються впливу структурних змін . Ці додаткові рецептори можуть служити для стабілізації взаємодії між бактеріями та іншими ділянками молекули муцину, як було запропоновано для E. coli CL-49. Вони також можуть відігравати захисну роль у світлі кишечника. Ерозія слизового шару в процесі перетравлення може призвести до виділення частково розкладеного та/або неприродного муцину у внутрішньосвітловий вміст, де він може зв’язуватися з іншими бактеріальними спайками та запобігати їх прилипанню до слизового гелю та поверхні епітелію, тим самим посилюючи захист слизової.

Здатність кишкової слизу та муцину інгібувати адгезію мікробів до клітинної мембрани може також виникати внаслідок змін поверхневих властивостей мікроорганізму, спричинених слизом або прикріпленим до нього муцином. Наприклад, експресія білків, кодованих плазмідою вірулентності Y. enterocolitica, робить мікроорганізм більш гідрофобним і підвищує його здатність зв'язуватися з гідрофобною матрицею, такою як полістирол. Попередня інкубація сирого кишкового слизу або очищеного муцину робить бактерії більш гідрофільними та значно зменшує їх зв'язування з полістиролом, що припускає, що слиз і муцин можуть маскувати гідрофобні адгезини на поверхні бактерій. Оскільки постулюється, що Y. enterocolitica прилипає до мембрани клітин кишечника за допомогою гідрофобних взаємодій, можливо, слиз і муцин захищають господаря, осідаючи на поверхні бактерій, і зменшують його гідрофобний характер, запобігаючи їх прикріпленню до епітеліальних клітин.

Виробництво муцину збільшується у відповідь на багато кишкових інфекцій, особливо на ті, що залучають токсигенні та/або інвазивні патогени, такі як S. flexneri, S. typhi murium, V. cholerae, E. histolytica, E. coli та Y. enterocolitica. Збільшення вироблення муцину також може бути спричинене переростанням коменсальних бактерій при синдромі забрудненої тонкої кишки. Хоча механізми опосередкування гіперсекреції муцину ще недостатньо відомі, він, як відповідь господаря, ймовірно, призначений для відштовхування мікроорганізмів та токсинів від слизової оболонки та вигнання їх із тракту.

Зміни у складі муцину, особливо в його вуглеводних складових та загальному навантаженні, були описані під час постнатального розвитку у відповідь на зміни в раціоні та при багатьох шлунково-кишкових станах (виразка дванадцятипалої кишки, хвороба Крона, виразковий коліт, муковісцидоз, карцинома, паразитарні або бактеріальні інфекції). Очищений муцин із товстої кишки щурів з хімічно індукованим запальним колітом нещодавно показав, що пригнічує зв'язування RDEC-1 in vitro менш ефективно, ніж муцин із незапальної товстої кишки. Ці спостереження дозволяють припустити, що зміни у складі муцину протягом перебігу захворювання можуть змінити його властивості та дозволити мікроорганізмам, що знаходяться в кишечнику, прикріпитися до слизової або інвазувати її, сприяючи тим самим хронізації захворювання. Аналогічним чином, зміни складу муцину та зменшення його синтезу та секреції внаслідок старіння або дієти можуть порушити ефективність слизового бар’єру та вплинути на здатність кишечника захищатися від мікробних інфекцій.

Цей короткий огляд наочно показує, що:

  • Асоціація мікробів зі слизом, муцином та слизовою може бути складною і глибоко впливати на слизовий бар’єр шлунково-кишкового тракту.
  • Можуть бути задіяні кілька бактеріальних адгезинів, а також їх специфічні рецептори; також можуть бути неспецифічні взаємодії. Ідентифікація адгезинів, відповідальних за зв’язування мікроорганізмів зі слизом, муцином та рецепторами, ще перебуває в початковій стадії.
  • Хоча зв'язування мікроорганізму зі слизом і муцином може захистити господаря, запобігаючи зв’язуванню цього мікроорганізму з основною слизовою оболонкою, воно також може принести користь патогену, забезпечивши йому точку дотику, яка закріплюється на стінці кишечника, що затримує його елімінацію і сприяє колонізації та/або інвазії в кишковий тракт.
  • Порушення динамічної рівноваги між цими різними процесами може зіграти певну роль у патогенезі захворювання.