Органоиды из клеток пациентов позволили выделить два подтипа болезни Крона

Болезнь Крона (БК) — это аутоиммунное заболевание, характеризующееся хроническим воспалением пищеварительного тракта. Осложнения болезни могут разрушить слизистую оболочку кишечника, требуя повторных операций. Разработка терапии осложнена тем, что адекватной животной модели заболевания в настоящее время нет. В некоторых работах по изучению болезни Крона предлагалось моделировать ее с помощью органоидов, полученных из плюрипотентных стволовых клеток. Авторы статьи в Cell Reports Medicine проанализировали органоиды, клетки для выращивания которых взяты из биоптата кишечника пациентов. Выяснилось, что у болезни Крона есть два молекулярных подтипа.

Исследователи собрали образцы тканей толстой кишки от 53 пациентов с болезнью Крона и получили из них органоиды — миниатюрные модели органов, которые воспроизводят ключевые аспекты заболевания. Чтобы создать биобанк таких органоидов, ученые адаптировали условия дифференцировки и культивирования эпителия толстой кишки человека из LGR5⁺ стволовых клеток (они располагаются на дне крипт толстой кишки). Далее органоиды систематически анализировали с помощью омиксных, морфологических и функциональных подходов.

Исследователи обнаружили, что независимо от того, сколько клинически разнообразных пациентов они привлекли, при классификации органоиды попадали в один из двух молекулярных подтипов. Каждому из подтипов был свойственен характерный набор мутаций, транскрипционный профиль и клеточные фенотипы.

Первый подтип — инфекционная болезнь Крона с иммунодефицитом (IDICD). Она характеризуется затрудненным клиренсом патогенов и недостаточным цитокиновым ответом. У пациентов с таким подтипом часто образуются свищи с гнойными выделениями.

В органоидах этого подтипа экспрессировались гены, связанные с кишечными инфекционными заболеваниями, бутирофилины (белки, с помощью которых эпителиальные клетки взаимодействуют с γδ Т-клетками), полимерный рецептор иммуноглобулинов (PIGR), также наблюдалась пониженная экспрессия IFN. На морфологическом уровне наблюдалось увеличение количества дефектных клеток Панета, синтезирующих противомикробные белки.

Второй подтип — стресс-индуцированная и сенесцентно-фибростенотическая БК (S2FCD), характеризующаяся клеточным старением и стрессом. При ней у пациентов часто развивается фиброз — или рубцевание — эпителиальной ткани кишечника, что может привести к сужению его просвета.

Среди характерных активируемых генов авторы выделили CDKN2A, LGR5 и RET, которые связаны со старением, вызванном онкогенами и окислительным стрессом, клеточной реакцией на стресс и нарушениями апоптоза. BAMBI — мощный эндогенный ингибитор сигналов фиброгенного трансформирующего фактора роста β39 — экспрессировался очень слабо.

Фенотипический и функциональный анализ выявил в органоидах S2FCD признаки дисморфного роста, барьерную дисфункцию, повышенный уровень окислительного стресса и повреждений ДНК.

Также исследователи определили генетический вклад в формирование подтипов болезни Крона. Они проанализировали геномную ДНК здоровых людей и органоидов болезни Крона на 154 000 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), ассоциированных с воспалительным заболеванием кишечника. В органоидах БК обнаруживалось повышенное количество SNP в генах пути бактериального клиренса, особенно в подтипе IDICD. Также в этом подтипе было увеличено количество аллелей риска БК в генах NOD2 и ATG16L1. Напротив, в подтипе S2FCD в основном обнаруживались SNP в генах провоспалительных путей. Мутации, связанные с колоректальным раком, выявлялись в первую очередь в IDICD. Более высокая частота SNP также была обнаружена в моногенных аллелях риска — RET и POU5F1, ассоциированных с ранним развитием БК. 

Авторы работы подчеркивают, что проведенное исследование — важный шаг к персонализированной медицине. Они надеются, что выявление двух молекулярных подтипов болезни Крона улучшит терапию этого заболевания, поскольку позволит работать не только с клиническими проявлениями (которые при БК весьма разнообразны), но и лежащими в основе патогенеза механизмами.

Биомаркер болезни Крона выявляется в плазме за годы до появления симптомов