2016年1月13日 訊 /生物谷BIOON/ --在靜息狀態下，人體肺部每分鐘進出的空氣大約有5-8升，其中含有大量的過敏原物質。這些信號能夠被肺部表面的細胞識別並傳遞引發一系列生理反應，包括肺部血壓，免疫反應，呼吸節律等方面，然而其中的機制並不清楚。肺部神經內分泌細胞（Pul-monary neuroendocrine cells， PNECs）是存在於肺部的一種細胞類型，佔全部表皮細胞的1%。此前的體外研究結果表明PNEC對於感受氧氣、肺部及支氣管組織平滑肌運動以及免疫反應具有重要作用，但一直缺乏體內的證據。一些臨床證據表明肺部的常見疾病，比如哮喘，氣管發育不良以及膽囊纖維化等等，都伴隨有PNEC數量的上升，但其中的因果關係也不清楚。
在小鼠肺部，PNEC一般以20-30個細胞成簇狀分布，稱作神經上皮小體（neuroepithelial bodies， NEB），它們一般形成囊泡狀結構，充斥著有生物活性的神經肽。之前的研究表明，這些神經肽很可能參與了PNEC的生理活動，對此，來自威斯康星大學-麥迪孫分校的Xin Sun課題組進行了詳細的研究。相關結果發表在最近一期的《science》雜誌上。
首先，作者以"先天性橫膈疝氣"小鼠模型作為研究對象進行了生理學研究。該疾病是一類先天性的肺部功能嚴重缺陷的疾病，伴隨有加重的免疫反應以及肺部高血壓症狀。解剖學結果顯示，該小鼠肺部PNEC簇狀結構消失，同時局部的PNEC神經肽含量上升。這導致了免疫細胞的過度浸潤以及肺部的變形。
由於人類中該疾病的發生是由於一類叫做Roundabout Receptor（ROBO）的基因缺陷導致的。為了研究其中的分子機制，作者構建了肺部表皮細胞ROBO缺失突變體小鼠。這些小鼠雖然能夠存活，但是它們出生後的第15天時肺部氣體交換面積明顯低於野生型。之後，作者分析了小鼠出生後第7天（此時肺部氣體交換面積還沒有減少的跡象）肺部細胞中基因的表達水平，並且把表達差異最為明顯的20個基因拿來進行分析。結果顯示，這20個基因中有15個都與免疫系統有關係，包括Ccl3，Cxcl2，Tnfa，Saa3等等。與此相符，肺積液中免疫細胞（包括T細胞，巨噬細胞，中性粒細胞，嗜酸性粒細胞）的數量都有明顯上升。這些結果表明該基因的缺失能夠引發免疫反應的增強。
之後，作者通過分析不同類型細胞中ROBO的表達情況。結果顯示：正常狀態下PNEC中該基因的表達水平最高。為了證明ROBO對於PNEC的功能具有重要的作用，作者利用PNEC特異性啟動子連接的CRE條件性地敲除了PNEC細胞中的ROBO基因。結果顯示，該小鼠表現出與整體敲除ROBO後相似的生理學特徵。這一結果表明ROBO基因主要是通過PNEC活性起到調節肺部功能的作用。
ROBO蛋白是一類細胞膜表面蛋白受體，它在其配體SILT家族蛋白存在與否的情況下均能發揮功能。事實上，通過分析silt缺失突變體小鼠的生理特徵，表明任何一類SILT蛋白的缺失都不會影響PNEC的成簇形態。這表明ROBO在維持PNEC功能的這一方面並不依賴於其配體的存在。
為了研究PNEC成簇與免疫反應之間的關係，作者分析了細胞內部9類神經肽的表達情況。結果顯示，在ROBO缺失的情況下，有5類神經肽發生了表達量的上調。這一變化在出生時已經發生，表明該生理反應不依賴於空氣的刺激。之後，作者將其中一類表達量變化最為顯著的Cgrp神經肽進行了突變。結果顯示，突變體肺部巨噬細胞的數量明顯降低，肺泡變形的症狀也能得到部分的恢復。最後，作者利用一類"clodronate"藥物對小鼠肺部進行處理，發現小鼠的肺泡病變的症狀得到了改善。
綜上，作者認為ROBO在肺部的PNEC中的特異性表達維持了其呈簇狀的特性。在該穩態被打破時，肺部免疫細胞將會明顯升高並最終導致肺泡的病變。（生物谷Bioon.com）
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DOI: 10.1126/science.aad7969PMC:
PMID:
Pulmonary neuroendocrine cells function as airway sensors to control lung immune response
Kelsey Branchfield, Leah Nantie, Jamie M. Verheyden, Pengfei Sui, Mark D. Wienhold, Xin Sun
The lung is constantly exposed to environmental atmospheric cues. How it senses and responds to these cues is poorly defined. Here we show that Roundabout receptor (Robo) genes are expressed in pulmonary neuroendocrine cells (PNECs), a rare, innervated epithelial population. Robo inactivation in mouse lung results in an inability of PNECs to cluster into sensory organoids and triggers increased neuropeptide production upon exposure to air. Excess neuropeptides lead to an increase in immune infiltrates, that in turn remodel the matrix and irreversibly simplify the alveoli. We demonstrate in vivo that PNECs act as precise airway sensors that elicit immune responses via neuropeptides. These findings suggest that the PNEC and neuropeptide abnormalities documented in a wide array of pulmonary diseases may profoundly impact symptoms and progression.