Иммунные клетки помогают формироваться легким человека

Изучение развития легких человека на клеточном и молекулярном уровне важно для разработки новых подходов к терапии и регенерации легких. В частности, оно способно улучшить лечение легочных заболеваний, вызывающих смертность у новорожденных. Легкие взрослого человека содержат около 20% иммунных клеток, которые поддерживают нормальный гомеостаз и участвуют в патогенезе. Предположив, что они могут играть аналогичную роль и в процессе развития, авторы публикации в Science Immunology исследовали репертуар иммунных клеток в развивающихся легких плода.

Чтобы охарактеризовать пренатальные легкие человека, исследователи провели профилирование иммунных клеток в них на различных этапах развития от 5 до 22 недель. Они обнаружили, что в легких плода присутствует сложный и динамично меняющийся иммунный компартмент. На ранних этапах развития преобладали клетки врожденного иммунитета и прогениторные клетки, включая лимфоидные клетки врожденного иммунитета (ILC), естественные киллеры (NK) и миелоидные клетки. Данные секвенирования РНК единичных клеток и их последующее подтверждение методом проточной цитометрии показали значительное увеличение общего количества Т-клеток (CD3⁺), CD4⁺, CD8⁺ и регуляторных Т-клеток со временем. Также в ходе развития возрастала доля B-лимфоцитов.

Детально исследовав B-клеточный компартмент, ученые обнаружили все стадии развития В-клеток в пренатальных легких. В них присутствовали лимфоид-праймированные мультипотентные прогениторные клетки, пре-про-В-, про-B-, большие и малые пре-B-клетки, а также незрелые и зрелые B-клетки. При этом клетки разных стадий группировались вместе — полученные результаты свидетельствуют о том, что их развитие происходит локально в легких плода, то есть за пределами первичных кроветворных органов.

Изучая лимфоидную линию, авторы выявили конвенциональные и неконвенциональные Т-клетки врожденного иммунитета, ILC и NK-клетки, а также очень небольшой кластер Т-клеточных предшественников, которые, вероятно, пришли из тимуса. Дальнейший анализ показал обогащение фетальных легких ILC и NK-клетками по сравнению с другими тканями плода на аналогичных стадиях развития. Кроме того, ILC и развивающиеся NK-клетки дифференциально экспрессировали гены, связанные с положительной регуляцией клеточного цикла. Исследователи предполагают, что эти клетки активно пролиферируют в легком плода, которое, следовательно, служит нишей для их дальнейшей экспансии.

Кроме того, ученые сравнили экспрессию генов Т-клеток в пренатальном развитии и в раннем детстве. Транскриптомный анализ наивных CD4⁺ и CD8⁺ Т-клеток выявил повышенную экспрессию маркеров цитотоксичности в фетальных наивных T-клетках. Вероятно, наивные Т-клетки проявляют врожденную иммунную функцию во время развития плода, которая утрачивается после контакта с патогенами в детстве.

Установив, что иммунные клетки присутствуют во всем развивающемся легком, авторы статьи задались вопросом, какое влияние они могут оказывать на созревание эпителия. Эпителиальные клетки, находящиеся в кончиках развивающихся зачатков легких, экспрессируют транскрипционные факторы SOX9 и SOX2 в период с 5 по 16 неделю развития. Со временем их соотношение меняется — SOX9 исчезает, а уровень SOX2 увеличивается, и клетки превращаются в SOX9^-/SOX2⁺ прогениторы дыхательных путей. В качестве модели для исследования ученые выбрали самообновляющиеся органоиды фетального легкого, в которых этого изменения не происходит — оно может служить мерой ответа на внешние стимулы. Оказалось, что обработка IL-1β или IL-13 снижает экспрессию SOX9 в легочных органоидах. Секвенирование РНК единичных клеток показало, что при обработке этими цитокинами прогениторные клетки начинают дифференцироваться в базальные клетки эпителия.

Установив, что сигналинг IL-1β способен направлять дифференцировку клеток в развивающемся легком, исследователи идентифицировали иммунные клетки, которые могут быть источником IL-1β in vivo. Ими оказались клетки миелоидного ряда: активней всего ген IL1B экспрессировали макрофаги, моноциты и нейтрофилы. Кроме того, он экспрессировался в лимфоидных дендритных клетках (DC2). Макрофаги и DC2 присутствовали в ткани фетального легкого на протяжении всего развития, кроме того, они находились в непосредственном контакте с SOX9⁺ эпителиальными прогениторными клетками.

Таким образом, иммунные клетки, способные секретировать IL-1β, обитают вблизи кончиков развивающихся зачатков легких и контактируют с их эпителием. Предположительно, их взаимодействие способно направлять дифференцировку эпителия легких плода. «Теперь мы знаем, что взаимодействие иммунных и эпителиальных клеток — это характерная черта раннего развития легких, — комментирует полученные результаты доктор Марко Николич, старший автор исследования из медицинского отделения Университетского колледжа Лондона. — Этот жизненно важный базовый уровень развития здоровых легких поможет нам понять, что происходит, когда процессы развития легких нарушаются, например, при преждевременных родах, при которых могут возникать отклонения в дыхательной системе».

Цитата по пресс-релизу

Способность к выработке собственного интерлейкина 2 определяет судьбу CD8+ T-клеток