0
Mikrobiota jelitowa i układ odpornościowy
Odporność jelitowa odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia świń. U zwierząt gnotobiotycznych układ odpornościowy jelit jest słabo rozwinięty, charakteryzuje się niedoborem produkcji śluzu, białek przeciwdrobnoustrojowych oraz takich składników jak przeciwciała i komórki T (Gewirtz i in., 2001). Obecność mikroflory związanej z błoną śluzową jelit ma kluczowe znaczenie dla modulacji i dojrzewania układu odpornościowego (Mulder i in., 2011; Arpaia i in., 2013; Belkaid & Hand, 2014), ponieważ większość genów wpływających na mikrobiom jest związanych z układem odpornościowym. Elementy odpornościowe gospodarza aktywnie selekcjonują mikroorganizmy w świetle jelita, kształtując korzystną mikroflorę (Honda; Littman, 2016).
Ponadto mikroorganizmy komensalne:
- metabolizują toksyny pokarmowe,
- syntezują witaminy,
- wspomagają dojrzewanie komórek nabłonka jelitowego
- wzmacniają funkcję bariery, sprzyjając homeostazie immunologicznej.
(Kabat; Srinivasan; Maloy, 2014; Yang i in., 2016; Li i in., 2018; De Vries; Smidt, 2020).
Mechanizmy tolerancji i reakcji na mikrobiom jelitowy
Rosnące uznanie mikroflory jelitowej jako czynnika determinującego wydajność świń doprowadziło do postępów w badaniach nad mechanizmami jej interakcji z układem odpornościowym (Duarte; Kim, 2022). Modulacja mikrobiomu ma bezpośredni wpływ na rozwój odporności i funkcji jelitowych (Chen et al., 2018; Li et al., 2018). Gęstość bakterii wzrasta w całym przewodzie pokarmowym, a układ odpornościowy musi odróżniać mikroorganizmy chorobotwórcze od mikroorganizmów komensalnych lub nieszkodliwych (Stokes, 2017). Ta selektywna tolerancja jest niezbędna, aby uniknąć niepotrzebnych reakcji zapalnych i zachować integralność błony śluzowej (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Mowat, 2018). Z tych powodów układ odpornościowy jelit wykorzystuje różne mechanizmy przeciwko mikrobiomowi, aby zapewnić jego homeostazę (ryc. 1):
Ścisłe połączenia są podstawowymi strukturami ograniczającymi przepuszczalność nabłonkową. Sygnały pochodzące od mikroorganizmów wzmacniają tę barierę poprzez indukowanie pozytywnej regulacji jej składników między enterocytami i modyfikacją białek cytoszkieletu (Bansal et al., 2010).
Peptydy przeciwbakteryjne (AMP) oddziałują również na mikroflorę, przyczyniając się do jej modulacji i sprzyjają eliminacji bakterii komensalnych w pobliżu nabłonka (Macpherson; Uhr, 2004; Hooper; Littman; Macpherson, 2012).
Ekspresja receptorów rozpoznające wzorce (PRR) ijest niezbędna dla utrzymania homeostazy jelitowej. Wykrywają one MAMP (mikrobiologiczne wzorce molekularne) i regulują produkcję mucyny, AMP, IgA, cytokin, a także utrzymują ścisłe połączenia i proliferację nabłonka. Ligandy te nie są charakterystyczne wyłącznie dla patogenów i są powszechnie wytwarzane przez mikroflorę komensalną podczas zdrowej kolonizacji (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Chu; Mazmanian, 2013).
Receptory podobne do receptorów Toll (TLR) rozpoznają zachowane wzorce molekularne wspólne dla dużych grup bakterii i innych mikroorganizmów jelitowych (Shi i in., 2017). Badania sugerują, że receptory TLR są strategicznie wyrażane w obszarze podstawowo-bocznym komórek nabłonka jelitowego, dzięki czemu nie są narażone na kontakt z mikroflorą w świetle jelita. Jednak nowe odkrycia ujawniły, że TLR są również eksprymowane w części szczytowej. Tak więc nawet jeśli nie uda się rozpoznać tych mikroorganizmów, komórki odporności wrodzonej będą gotowe do działania (Kayisoglu i in., 2020; Schären; Hapfelmeier, 2021).
Makrofagi jelitowe odgrywają również istotną rolę w tolerancji wobec mikroflory komensalnej. Wykazują fenotyp charakteryzujący się hiporeaktywnością na ligandy TLR, niską ekspresją cząsteczek kostymulujących (CD40, CD80, CD86) i wysoką produkcją IL-10 (zdolność przeciwzapalna), a także zmniejszoną syntezą cytokin prozapalnych i tlenku azotu. Sprzyja to równowadze między limfocytami efektorowymi Th a limfocytami regulatorowymi T, utrzymując homeostazę (Lopes; Mosser; Gonçalves, 2020).
Pomimo naturalnych barier między mikroflorą a nabłonkiem, komórki dendrytyczne aktywnie uczestniczą w regulacji odporności. Wyrastają z nich dendryty, które przechodzą przez barierę jelitową, aby wychwytywać mikroorganizmy w świetle jelita (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Shi i in., 2017), promując produkcję wydzielniczego IgA i regulując odpowiedź immunologiczną (Gonçalves i in., 2016; Zheng; Liwinski; Elina, 2020).
Mikroorganizmy komensalne czasami przekraczają warstwę śluzu w jelicie cienkim (Ermund i in., 2013). W takich przypadkach są one prezentowane Limfocytom B i T przez komórki dendrytyczne, indukując produkcję IgA (Chen i in., 2021). Limfocyty te podlegają również mechanizmom tolerancji, ponieważ wyrażają specyficzne receptory dla antygenów mikrobiologicznych (Bailey i in., 2005). Wreszcie, związek między IgA a mikrobiotą ma charakter mutualistyczny: zróżnicowany i dobrze regulowany repertuar IgA przyczynia się do utrzymania równowagi mikrobiomu (Gutzeit; Magri; Cerutti, 2014; Kawamoto i in., 2014).
Rysunek 1. Schematyczny diagram ilustrujący mechanizm działania komórek odpornościowych jelit w odpowiedzi na zagrożenia zewnętrzne.
Wnioski
Odporność jelitowa to złożony system składający się z barier fizycznych, komórek odpornościowych, receptorów i mikroflory. Gdy jest w równowadze, chroni przed patogenami i poprawia wydajność świń. Jednak czynniki takie jak stres, wczesne odsadzenie i infekcje mogą osłabiać tę ochronę, prowadząc do stanów zapalnych i spadku produkcji. Zrozumienie złożoności odporności jelitowej i poszukiwanie strategii jej zachowania ma kluczowe znaczenie dla wydajnej, rentownej i zrównoważonej produkcji.
