Il gruppo di Heping Xu presso la Westlake University ha pubblicato su Science un articolo di ricerca intitolato: Neuromedin U programma gli eosinofili per promuovere l'immunità mucosale dell'intestino tenue.
Lo studio rivela che la segnalazione del sistema nervoso intestinale regola l'omeostasi delle cellule epiteliali dell'intestino tenue e l'immunità della mucosa modulando l'attività degli eosinofili. Questo studio fornisce nuove intuizioni sulle interazioni tra il sistema neuro-immunitario-epiteliale e apre nuove idee per comprendere le nuove funzioni degli eosinofili e lo studio delle malattie cliniche correlate.
Lo studio rivela che la segnalazione del sistema nervoso intestinale regola l'omeostasi delle cellule epiteliali dell'intestino tenue e l'immunità della mucosa modulando l'attività degli eosinofili. Questo studio fornisce nuove intuizioni sulle interazioni tra il sistema neuro-immunitario-epiteliale e apre nuove idee per comprendere le nuove funzioni degli eosinofili e lo studio delle malattie cliniche correlate.
Gli eosinofili sono tradizionalmente considerati una classe di cellule differenziate terminalmente con bassa eterogeneità, funzione singola, ciclo di vita breve e funzione pro-infiammatoria solo in stato di malattia. Pertanto, rispetto ad altre cellule immunitarie come linfociti e macrofagi, gli eosinofili sono sempre state cellule "fredde" nel campo dell'immunologia e non sono state al centro dell'attenzione e della ricerca degli immunologi. Tuttavia, gli eosinofili si trovano in gran numero nei tessuti mucosi di esseri umani sani e modelli animali, incluso l'intestino tenue. Rapporti precedenti hanno scoperto che gli eosinofili nell'intestino tenue umano rilasciano i loro granuli interni durante l'omeostasi; e più recentemente, è stato dimostrato che questi eosinofili presenti nell'omeostasi tissutale possono essere coinvolti nella regolazione della morfologia dei villi dell'intestino tenue. Questi fenomeni implicano che gli eosinofili potrebbero avere un ruolo non scoperto nell'intestino tenue. Pertanto, dal 2019, Li Yu, uno studente di dottorato del gruppo di Heping Xu, ha lavorato sulla funzione degli eosinofili nell'omeostasi dell'intestino tenue e sulla segnalazione regolatrice dell'attività cellulare.
Per esplorare le caratteristiche molecolari degli eosinofili dell'intestino tenue, gli autori hanno innanzitutto ottimizzato il processo sperimentale e la metodologia, superato le difficoltà poste da altri mediatori intracellulari incompatibili con gli studi trascrizionali, come gli enzimi RNA contenuti negli eosinofili, e raccolto con successo i trascrittomi degli eosinofili da sette tessuti principali, tra cui intestino tenue, midollo osseo e pelle, in un modello murino; l'analisi dei dati ha rivelato una serie di caratteristiche molecolari specifiche degli eosinofili tessuto-specifiche. Ad esempio, confrontando gli eosinofili in altri tessuti, si è scoperto che la molecola recettoriale simile al neuropeptide NMU 1- (recettore neuromedina U 1, NMUR1) era espressa specificamente solo negli eosinofili dell'intestino tenue. Ulteriori analisi mediante imaging confocale a fluorescenza dell'intero tessuto e microscopia elettronica a scansione hanno rivelato che gli eosinofili nell'intestino tenue sono in stretto contatto con le fibre nervose nell'intestino. Questo specifico modello di espressione genica e la localizzazione tissutale suggeriscono che gli eosinofili potrebbero essere in grado di ricevere direttamente segnali neurali dall'intestino e svolgere funzioni specifiche.
NMU è un neuropeptide altamente strutturalmente conservato, ampiamente distribuito nell'ipotalamo, nella ghiandola pituitaria e nel sistema gastrointestinale, che ha varie funzioni come la stimolazione della contrazione della muscolatura liscia, l'inibizione dell'alimentazione e l'inibizione della secrezione di acido gastrico. Negli ultimi anni sono stati fatti ulteriori progressi nello studio del recettore NMU NMUR1 nel sistema immunitario. Ad esempio, è stato scoperto che NMU-NMUR1 può promuovere direttamente l'attività delle cellule linfoidi innate di tipo 2 (cellule linfoidi innate di gruppo 2, ILC2). Inoltre, un recente rapporto di gruppo ha concluso che NMUR1 è una molecola caratteristicamente espressa da ILC2 e non è espressa in nessuna cellula diversa da ILC2. Ovviamente questa conclusione non è coerente con i risultati dell'analisi trascrizionale degli autori. Per chiarire il modello di espressione di NMUR1 in diversi tessuti e cellule, gli autori hanno costruito un modello di topo reporter endogeno che esprime NMUR1- (topi Nmur1iCre-TdT) e hanno analizzato e chiarito che gli eosinofili nell'intestino tenue esprimono NMUR1 oltre a ILC2. Nel frattempo, gli autori hanno ulteriormente analizzato e scoperto che NMUR1 era espresso specificamente anche sugli eosinofili dell'intestino tenue umano.
Gli autori hanno poi esplorato le proprietà degli eosinofili che esprimono NMUR1- utilizzando topi Nmur1iCre-TdT. È stato scoperto che gli eosinofili NMUR1+ hanno proprietà fisico-chimiche speciali e caratteristiche di espressione proteica. Ad esempio, i nuclei degli eosinofili NMUR1+ erano principalmente bilobati ed ellittici, mentre i nuclei degli eosinofili NMUR1+ erano principalmente a forma di anello; gli eosinofili NMUR1+ esprimevano molecole adattive ai tessuti e molecole di degranulazione più elevate. Inoltre, i risultati combinati con la microscopia elettronica a trasmissione hanno confermato che gli eosinofili NMUR1+ avevano un'attività di degranulazione più forte nello stato di riposo. Queste differenze implicano che gli eosinofili NMUR1+ hanno un grado di attivazione più elevato e cambiamenti adattivi ai tessuti più elevati.
Gli autori hanno successivamente rivelato che l'espressione di NMUR1 negli eosinofili è regolata dallo speciale microambiente dell'intestino tenue e sovraregolata in condizioni infiammatorie, sondando lo sviluppo degli eosinofili NMUR1+ e le dinamiche di questa popolazione cellulare in condizioni infiammatorie. Per esplorare la funzione di questa speciale popolazione di attività eosinofila NMUR1+, gli autori hanno scoperto che NMUR1 è coinvolta nel mantenimento della popolazione eosinofila nell'intestino tenue e nella regolazione dell'attività di degranulazione degli eosinofili, costruendo una varietà di modelli di topi geneticamente modificati. Inoltre, l'analisi di imaging costitutiva ha rivelato che l'eliminazione eosinofila di NMUR1 riduce la differenziazione dei cuprociti epiteliali dell'intestino tenue e attenua l'immunità contro le infezioni parassitarie.
Infine, gli autori hanno utilizzato la genetica chimica in vivo per manipolare l'attività neuronale NMU+ e il sistema di co-coltura in vitro di organoidi epiteliali dell'intestino tenue ed eosinofili per rivelare che gli eosinofili regolano direttamente la differenziazione dei cuprociti dell'intestino tenue e che la segnalazione NMU-NMUR1 partecipa a questo processo regolando gli eosinofili.
Nel complesso, questo studio rivela che la segnalazione NMU-NMUR1 guida specificamente gli eosinofili dell'intestino tenue a subire cambiamenti adattivi a livello trascrizionale, proteico e funzionale e regola la differenziazione delle cellule epiteliali dell'intestino tenue sia negli stati omeostatici che in quelli infiammatori. Questo studio fornisce nuove intuizioni sulle interazioni tra il sistema neuro-immunitario-epiteliale e apre nuove idee per comprendere le nuove funzioni degli eosinofili e lo studio delle malattie cliniche correlate.
L'istituto di ricerca Xu Heping della Westlake University è l'autore corrispondente del documento e Li Yu (classe 2019), uno studente di dottorato nel programma di formazione congiunto della Westlake University-Zhejiang University, è il primo autore del documento. Il lavoro di analisi dei big data è stato svolto da Shaorui Liu; Kewen Zhou (classe 2022), uno studente di dottorato della Westlake University, ha apportato contributi significativi all'avanzamento del progetto nell'imaging e nel sequenziamento; e lo studio del campione clinico è stato svolto in collaborazione con il team di Yan Chen, direttore del Dipartimento di Gastroenterologia presso il Secondo Ospedale Affiliato alla Facoltà di Medicina della Zhejiang University.
