Die Gruppe von Heping Xu an der Westlake University hat in Science eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Neuromedin U programmiert Eosinophile, um die Schleimhautimmunität des Dünndarms zu fördern“ veröffentlicht.
Die Studie zeigt, dass Signale des intestinalen Nervensystems die Homöostase der Epithelzellen des Dünndarms und die Schleimhautimmunität durch Modulation der Eosinophil-Aktivität regulieren. Diese Studie liefert neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen dem neuronalen-immunen-epithelialen System und eröffnet neue Ideen zum Verständnis der neuen Funktionen von Eosinophilen und zur Erforschung damit verbundener klinischer Erkrankungen.
Die Studie zeigt, dass Signale des intestinalen Nervensystems die Homöostase der Epithelzellen des Dünndarms und die Schleimhautimmunität durch Modulation der Eosinophil-Aktivität regulieren. Diese Studie liefert neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen dem neuronalen-immunen-epithelialen System und eröffnet neue Ideen zum Verständnis der neuen Funktionen von Eosinophilen und zur Erforschung damit verbundener klinischer Erkrankungen.
Eosinophile werden traditionell als eine Klasse terminal differenzierter Zellen mit geringer Heterogenität, Einzelfunktion, kurzem Lebenszyklus und entzündungsfördernder Funktion nur im Krankheitszustand angesehen. Im Vergleich zu anderen Immunzellen wie Lymphozyten und Makrophagen waren Eosinophile daher im Bereich der Immunologie immer „kalte“ Zellen und standen nicht im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit und Forschung der Immunologen. Eosinophile kommen jedoch in großer Zahl in den Schleimhautgeweben gesunder Menschen und Tiermodellen vor, einschließlich des Dünndarms. Frühere Berichte haben ergeben, dass Eosinophile im menschlichen Dünndarm ihre inneren Granula bei Homöostase freisetzen; und in jüngerer Zeit wurde gezeigt, dass diese in der Gewebehomöostase vorhandenen Eosinophile an der Regulierung der Morphologie der Dünndarmzotten beteiligt sein können. Diese Phänomene deuten darauf hin, dass Eosinophile im Dünndarm eine unentdeckte Rolle spielen könnten. Daher arbeitet Li Yu, Doktorand in Heping Xus Gruppe, seit 2019 an der Funktion von Eosinophilen in der Homöostase des Dünndarms sowie an der Signalgebung zur Regulierung der Zellaktivität.
Um die molekularen Eigenschaften von Eosinophilen im Dünndarm zu erforschen, optimierten die Autoren zunächst den experimentellen Prozess und die Methodik, überwanden die Schwierigkeiten, die durch andere intrazelluläre Mediatoren entstanden, die mit Transkriptionsstudien nicht vereinbar sind, wie etwa in Eosinophilen enthaltene RNA-Enzyme, und sammelten erfolgreich Transkriptome von Eosinophilen aus sieben wichtigen Geweben, darunter Dünndarm, Knochenmark und Haut, in einem Mausmodell; die Datenanalyse offenbarte eine Reihe von gewebespezifischen, spezifischen molekularen Merkmalen von Eosinophilen. So zeigte sich zum Beispiel beim Vergleich von Eosinophilen in anderen Geweben, dass das Neuropeptid NMU 1--ähnliche Rezeptormolekül (Neuromedin-U-Rezeptor 1, NMUR1) spezifisch nur in Eosinophilen des Dünndarms exprimiert wurde. Weitere Analysen mittels konfokaler Fluoreszenzbildgebung des gesamten Gewebes und Rasterelektronenmikroskopie ergaben, dass Eosinophile im Dünndarm in sehr engem Kontakt mit Nervenfasern im Darm stehen. Dieses spezifische Genexpressionsmuster und die Gewebelokalisierung lassen darauf schließen, dass Eosinophile möglicherweise in der Lage sind, neuronale Signale direkt aus dem Darm zu empfangen und bestimmte Funktionen auszuführen.
NMU ist ein strukturell stark konserviertes Neuropeptid, das im Hypothalamus, der Hypophyse und im Magen-Darm-Trakt weit verbreitet ist und verschiedene Funktionen erfüllt, z. B. die Stimulierung der Kontraktion der glatten Muskulatur, die Hemmung der Nahrungsaufnahme und die Hemmung der Magensäuresekretion. In den letzten Jahren wurden bei der Erforschung des NMU-Rezeptors NMUR1 im Immunsystem weitere Fortschritte erzielt. So wurde beispielsweise festgestellt, dass NMU-NMUR1 die Aktivität angeborener lymphatischer Zellen des Typs 2 (angeborene lymphatische Zellen der Gruppe 2, ILC2s) direkt fördern kann. Außerdem kam ein kürzlich veröffentlichter Gruppenbericht zu dem Schluss, dass NMUR1 ein Molekül ist, das charakteristischerweise von ILC2 exprimiert wird und in keiner anderen Zelle als ILC2 exprimiert wird. Diese Schlussfolgerung ist offensichtlich nicht mit den Ergebnissen der Transkriptionsanalyse der Autoren konsistent. Um das Expressionsmuster von NMUR1 in verschiedenen Geweben und Zellen zu klären, konstruierten die Autoren ein endogenes NMUR1--exprimierendes Reporter-Mausmodell (Nmur1iCre-TdT-Mäuse) und analysierten und stellten fest, dass Eosinophile im Dünndarm neben ILC2 auch NMUR1 exprimieren. In der Zwischenzeit analysierten die Autoren weiter und fanden heraus, dass NMUR1 auch spezifisch auf menschlichen Dünndarm-Eosinophilen exprimiert wurde.
Anschließend untersuchten die Autoren die Eigenschaften von NMUR1-exprimierenden Eosinophilen mithilfe von Nmur1iCre-TdT-Mäusen. Es stellte sich heraus, dass NMUR1+-Eosinophile besondere physikochemischen Eigenschaften sowie Proteinexpressionsmerkmale aufweisen. Beispielsweise waren die Kerne von NMUR1+-Eosinophilen hauptsächlich zweilappig und elliptisch, während die Kerne von NMUR1+-Eosinophilen hauptsächlich ringförmig waren; NMUR1+-Eosinophile exprimierten stärkere gewebeadaptive Moleküle und Degranulationsmoleküle. In Kombination mit den Ergebnissen der Transmissionselektronenmikroskopie bestätigte sich außerdem, dass NMUR1+-Eosinophile im Ruhezustand eine stärkere Degranulationsaktivität aufwiesen. Diese Unterschiede deuten darauf hin, dass NMUR1+-Eosinophile einen höheren Aktivierungsgrad sowie höhere gewebeadaptive Veränderungen aufweisen.
Die Autoren zeigten anschließend, dass die NMUR1-Expression in Eosinophilen durch die spezielle Mikroumgebung des Dünndarms reguliert und unter entzündlichen Bedingungen hochreguliert wird, indem sie die Entwicklung von NMUR1+-Eosinophilen und die Dynamik dieser Zellpopulation unter entzündlichen Bedingungen untersuchten. Um die Funktion dieser speziellen Population von NMUR1+-Eosinophilenaktivität zu erforschen, fanden die Autoren heraus, dass NMUR1 an der Aufrechterhaltung der Eosinophilpopulation im Dünndarm und der Regulierung der Degranulationsaktivität von Eosinophilen beteiligt ist, indem sie eine Vielzahl gentechnisch veränderter Mausmodelle konstruierten. Darüber hinaus ergab eine konstitutive Bildanalyse, dass die Eosinophildeletion von NMUR1 die Differenzierung von Dünndarmepithel-Cuprozyten verringert und die Immunität gegen parasitäre Infektionen abschwächt.
Schließlich verwendeten die Autoren chemische Genetik in vivo, um die neuronale Aktivität von NMU+ zu manipulieren, und ein in vitro-Kokultursystem aus Eosinophilen und Dünndarmepithel-Organoiden. Sie zeigten, dass Eosinophile die Differenzierung von Dünndarm-Cuprozyten direkt regulieren und dass die NMU-NMUR1-Signalgebung durch die Regulierung der Eosinophilen an diesem Prozess beteiligt ist.
Insgesamt zeigt diese Studie, dass die NMU-NMUR1-Signalisierung speziell Eosinophile im Dünndarm dazu bringt, adaptive Veränderungen auf Transkriptions-, Protein- und Funktionsebene zu durchlaufen und die Differenzierung von Epithelzellen im Dünndarm sowohl in homöostatischen als auch in entzündlichen Zuständen reguliert. Diese Studie liefert neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen dem neuronalen-immunen-epithelialen System und eröffnet neue Ideen zum Verständnis der neuen Funktionen von Eosinophilen und zur Erforschung verwandter klinischer Erkrankungen.
Das Xu Heping Research Institute der Westlake University ist der korrespondierende Autor des Papiers, und Li Yu (Jahrgang 2019), ein Doktorand im gemeinsamen Ausbildungsprogramm der Westlake University und der Zhejiang University, ist der Erstautor des Papiers. Die Big-Data-Analysearbeit wurde von Shaorui Liu durchgeführt; Kewen Zhou (Jahrgang 2022), ein Doktorand der Westlake University, leistete bedeutende Beiträge zur Weiterentwicklung des Projekts in den Bereichen Bildgebung und Sequenzierung; und die klinische Probenstudie wurde in Zusammenarbeit mit dem Team von Yan Chen, Direktor der Abteilung für Gastroenterologie am zweiten Krankenhaus der medizinischen Fakultät der Zhejiang University, durchgeführt.
