PNAS: 肠道上皮细胞如何抵御感染？

肠道上皮是机体内部最大程度地吸收养分和吸收液体的部位，同时必须提供紧密的屏障，以防止病原体的入侵。因此，及时清除受损的肠上皮细胞（IEC）同时不损害屏障的完整性是一个需要精细调节的过程。然而，上皮细胞如何协调这些任务仍然是一个重要的问题。

在最近一项研究中，来自瑞典吾普萨拉大学的Mikael E. Sellin我们使用成像和光流分析技术研究未转化的鼠和人肠上皮细胞的动态特征。并且通过病原性鼠伤寒沙门氏菌（S.Tm）感染模型研究了肠道上皮组织的响应规律。相关结果发表在最近的《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志上。

为了探索感染后的肠道上皮组织动态特征，作者建立了肠道上皮细胞二维培养手段，并进行成像观察。首先，作者将C57BL / 6J小鼠肠道样品保存在含有CHIR99021（CHIR，一种糖原合酶激酶3抑制剂）和丙戊酸（VPA）的3D培养中，以最大化其增殖潜能。随后将其破碎成单个细胞，接种到1型胶原水凝胶上，并在接种后24小时消除CHIR / VPA。在最初的24至48小时内，IEC迅速附着于水凝胶智商，并出现了迅速的增殖。到72小时，这些细胞形成了汇合上皮单层并能够继续维持96小时，此后逐渐恶化。成熟的单层细胞表达干细胞标记物Lgr5的转录水平较低，而表达分化肠上皮细胞标记物碱性磷酸酶和Ezrin的水平升高。此外，该培养物具有站立的IEC排列结构，具有粘附连接（E-钙粘着蛋白）顶端的肌动蛋白刷边界。

沙门氏菌感染引发肠道局部病灶收缩

为了评估细菌感染的影响，作者在上述培养成熟IEC单层组织中以0.2-2的感染复数（MOI）接种了野生型S.Tm SL1344（“ S.Tmwt”），并对其进行了延时微分干涉对比（DIC）显微镜观察成像。研究结果显示：在感染后10到20分钟内出现了大的收缩灶。之后，作者使用光流图像分析来量化这些上皮运动的速度和方向。根据矢量场计算出的速度图显示，每个焦点都涉及0.21±0.14 mm2的上皮斑块（即，约200至1700 IEC）向单个震中收缩，向内运动通常持续1.2±0.3分钟，最大像素速度约为2至8 μm / min。感染早期，很容易检测到孤立的病灶，随后合并为一个集合。此后，上皮细胞死亡的迹象变得很明显，收缩运动最终停止。由此，作者认为S.Tm感染时会引起小鼠肠道上皮细胞病灶迅速地收缩。

NAIP/NLRC4介导肠道局部病灶的收缩

进一步，作者探究了参与上皮细胞局部收缩以及死亡细胞脱落的信号。遗传学结合单层细胞培养手段揭示，该收缩过程是由NAIP / NLRC4炎性小体触发的，NAIP / NLRC4炎性小体在细菌入侵时感知其III型分泌系统和鞭毛配体，从而将局部组织转化为收缩震中。此后，该收缩的进行需要快速的Gasdermin D在细胞膜上形成孔状结构。此外，作者发现病灶局部收缩发生在被感染IEC的死亡和脱离之前。在二维和三维肠道培养感染实验中，作者发现多次细菌感染引起的收缩会聚结，从而使上皮整体收缩。与之相反，缺乏Caspase-1（-11）或Gasdermin D的单层细胞在感染之后无法引起病灶局部收缩，但仍会出现IEC死亡和分离的现象。

基于上述结果，作者认为迅速且有效的NAIP / NLRC4 / Caspase-1 / Gasdermin D /肌球蛋白依赖性收缩使上皮细胞在感染区域形成致密化形态，从而防止由于随后的IEC死亡和驱逐过程而引起的组织崩解。这一发现为揭示肠道如何保持其完整性以及保护机体免受病原体侵染提供了新的见解。

原始出处：Pilar Samperio Ventayol el al., 'Bacterial detection by NAIP/NLRC4 elicits prompt contractions of intestinal epithelial cell layers,' PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2013963118

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