Кишечный иммунитет у свиней: невидимый барьер, поддерживающий здоровье и продуктивность.

Кишечная микробиота и иммунная система

Кишечный иммунитет играет центральную роль в поддержании здоровья свиней. У гнотобиотических животных кишечная иммунная система недоразвита, с дефицитом выработки слизи, антимикробных пептидов и таких компонентов, как антитела и Т-клетки (Gewirtz et al., 2001). Наличие микробиоты, связанной со слизистой оболочкой кишечника, имеет решающее значение для модуляции и созревания иммунитета (Mulder et al., 2011; Arpaia et al., 2013; Belkaid & Hand, 2014), поскольку большинство генов, влияющих на микробиом, связаны с иммунной системой. Иммунные элементы хозяина активно отбирают микроорганизмы в просвете кишечника, формируя полезную микробиоту (Honda; Littman, 2016).

Кроме того, комменсальные микроорганизмы могут:

• метаболизировать пищевые токсины
• синтезировать витамины
• способствовать созреванию эпителиальных клеток кишечника
• и укреплять барьерную функцию, способствуя иммунному гомеостазу.

(Kabat; Srinivasan; Maloy, 2014; Yang et al., 2016; Li et al., 2018; De Vries; Smidt, 2020).

Механизмы толерантности и реакции на микробиом кишечника

Растущее признание микробиоты кишечника как определяющего фактора продуктивности свиней привело к прогрессу в изучении механизмов ее взаимодействия с иммунитетом (Duarte; Kim, 2022). Модуляция микробиома напрямую влияет на развитие иммунитета и функции кишечника (Chen et al., 2018; Li et al., 2018). Плотность бактерий увеличивается по всему желудочно-кишечному тракту, и иммунной системе необходимо отличать патогенные микроорганизмы от комменсальных или безвредных (Stokes, 2017). Эта избирательная толерантность необходима для предотвращения ненужных воспалительных реакций и сохранения целостности слизистой оболочки (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Mowat, 2018). По этим причинам кишечная иммунная система использует различные механизмы против микробиома для обеспечения его гомеостаза (Рисунок 1):

Плотные соединения являются основополагающими структурами, ограничивающими трансэпителиальную проницаемость. Сигналы, исходящие от микроорганизмов, усиливают этот барьер, вызывая положительную регуляцию его компонентов между энтероцитами и модификацию белков цитоскелета (Bansal et al., 2010).

Антимикробные пептиды (АМП) также взаимодействуют с микробиотой, способствуя ее модуляции и помогая элиминировать комменсальные бактерии вблизи эпителия (Macpherson; Uhr, 2004; Hooper; Littman; Macpherson, 2012).

Экспрессия рецепторов распознавания образов (PRR) имеет важное значение для поддержания кишечного гомеостаза. Они распознают MAMP (микробно-ассоциированные молекулярные паттерны) и регулируют выработку муцина, AMP, IgA, цитокинов, а также поддержание плотных межклеточных соединений и пролиферацию эпителиальных клеток. Эти лиганды не являются уникальными для патогенов и широко продуцируются комменсальной микробиотой во время здоровой колонизации (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Chu; Mazmanian, 2013).

Толл-подобные рецепторы (TLR) распознают консервативные молекулярные паттерны, общие для больших групп бактерий и других кишечных микроорганизмов (Shi et al., 2017). Исследования показали, что TLR стратегически экспрессируются в базальной области эпителиальных клеток кишечника, чтобы они не подвергались воздействию микробиоты в просвете. Однако новые данные выявили, что TLR также экспрессируются апикально. Таким образом, даже если происходит сбой в распознавании этих микроорганизмов, клетки врожденного иммунитета будут готовы к действию (Kayisoglu et al., 2020; Schären; Hapfelmeier, 2021).

Кишечные макрофаги также играют важную роль в обеспечении толерантности к комменсальной микробиоте. Они обладают фенотипом, характеризующимся низкой реактивностью к лигандам TLR, с низкой экспрессией костимулирующих молекул (CD40, CD80, CD86) и высокой продукцией ИЛ-10 (противовоспалительная способность), а также сниженным синтезом провоспалительных цитокинов и оксида азота. Это способствует поддержанию баланса между эффекторными Т-лимфоцитами и регуляторными Т-клетками, обеспечивая гомеостаз (Lopes; Mosser; Gonçalves, 2020).

Несмотря на врожденные барьеры между микробиотой и эпителием, дендритные клетки активно участвуют в регуляции иммунитета. Они проецируют дендриты через кишечный барьер, чтобы захватывать микроорганизмы в просвете кишечника (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Shi et al., 2017), способствуя выработке секреторного IgA и регулируя иммунный ответ (Gonçalves et al., 2016; Zheng; Liwinski; Elina, 2020).

Комменсальные микроорганизмы иногда проникают через слизистый слой в тонком кишечнике (Ermund et al., 2013). В таких случаях они представляются B- и T-лимфоцитам дендритными клетками, индуцируя выработку IgA (Chen et al., 2021). Эти лимфоциты также подвержены механизмам толерантности, поскольку они экспрессируют специфические рецепторы для микробных антигенов (Bailey et al., 2005). Наконец, взаимоотношения между IgA и микробиотой носят мутуалистический характер: разнообразный и хорошо регулируемый репертуар IgA способствует поддержанию сбалансированного микробиома (Gutzeit; Magri; Cerutti, 2014; Kawamoto et al., 2014).

Заключение

Кишечный иммунитет — это сложная система, состоящая из физических барьеров, иммунных клеток, рецепторов и микробиоты. В сбалансированном состоянии он защищает от патогенов и способствует повышению продуктивности свиней. Однако такие факторы, как стресс, ранний отъем и инфекции, могут ослабить эту защиту, приводя к воспалению и потерям в производстве. Понимание сложности кишечного иммунитета и поиск стратегий для его сохранения имеют важное значение для эффективного, прибыльного и устойчивого производства.