Вероятная связь между предрасположенностью к аллергии на арахис и нарушением защитных функций кишечника может формироваться еще до первого контакта с аллергеном. У мышей, подверженных аллергии, специалисты зафиксировали отсутствие антимикробного фермента лизоцима-1 и перестройку клеток кишечного эпителия. У детей с уже установленной аллергией также обнаружено уменьшение показателя, ассоциированного с лизоцимом. О том, как кишечный барьер связан с иммунным ответом, что продемонстрировали эксперименты и почему данное открытие пока не превратилось в новый метод профилактики, читайте в материале «Известий».

Почему аллергическая реакция может проявиться при первом употреблении арахиса

Арахисовая паста для большинства людей является вполне привычным продуктом. Однако для семьи, где у ребенка диагностирована аллергия, даже случайное попадание арахиса в пищу способно вызвать серьезную реакцию. Согласно данным, приведенным в сообщении университета, аллергия на арахис наблюдается примерно у 2% детей в США.

Вопрос о том, почему один ребенок без последствий переносит этот продукт, а другой дает реакцию, продолжает оставаться важным для ученых. Новое исследование предлагает искать часть объяснения в состоянии кишечника: его клетки способны влиять на восприимчивость к аллергии еще до первого попадания аллергена в организм.

При этом следует различать предрасположенность, формирование чувствительности к аллергену и непосредственно аллергическую реакцию как отдельные стадии. Выявление особенностей организма до воздействия арахиса вовсе не доказывает, что аллергия уже имеется без контакта с белками этого продукта.

Исследование выполнила группа под руководством Кейтлин Клаф в сотрудничестве с лабораториями Шехзада Шейха и Эрин Стейнбах. Специалисты сопоставили кишечный эпителий двух линий мышей, которые по-разному реагируют на арахис, после чего проанализировали образцы тканей детей.

«Больше всего меня поразило то, что изменения клеток Панета присутствовали у мышей, которые никогда не контактировали с арахисом. Это говорит о том, что кишечник уже находился в измененном состоянии до воздействия аллергена», — рассказала Клаф.

Как исследователи изучили кишечник на уровне отдельных клеток

Для работы ученые применили метод секвенирования РНК одиночных клеток. Этот подход дает возможность установить, какие гены активны в каждой конкретной клетке, и сопоставить популяции клеток между исследуемыми группами.

С этой целью исследователи извлекли тысячи клеток эпителия тонкого кишечника мышей. Часть животных принадлежала к линии CC027, предрасположенной к аллергии на арахис, а другая часть — к более устойчивой линии C3H/HeJ.

В итоге авторы идентифицировали 13 клеточных популяций. К ним относились всасывающие клетки (энтероциты), стволовые клетки, клетки, продуцирующие слизь, а также клетки, задействованные в передаче гормональных и иммунных сигналов.

Проведенный анализ продемонстрировал, что различия касались сразу нескольких компонентов эпителия. Наиболее выраженным оказался дефект клеток Панета — специализированных клеток, отвечающих за антимикробную защиту кишечника.

Изучение данных клеток позволило объединить несколько уровней наблюдений: генетическую особенность мышей, нехватку защитного белка, сдвиги в микробном сообществе и перестройку кишечного эпителия.

Какую защитную функцию выполняет лизоцим

Клетки Панета расположены в глубине кишечных крипт — небольших углублений слизистой оболочки. Они секретируют антимикробные соединения, способствующие регуляции локального микробного сообщества и поддержанию защитных функций кишечника.

У мышей, предрасположенных к аллергии, данные клетки не производили лизоцим-1 (Lyz1). По информации исследователей, причина имела генетическую природу: фрагмент генома, включающий десятую хромосому, был унаследован животными от линии CAST/EiJ, у которой отсутствует соответствующий ген.

Данная особенность характерна именно для экспериментальной модели. Это не значит, что у всех людей с аллергией на арахис также отсутствует ген лизоцима. У детей специалисты выявили иной показатель — снижение количества кишечных крипт, в которых обнаруживался лизоцим.

Важность обнаруженного факта обусловлена функцией данного фермента. Кишечный барьер определяется не только физической целостностью эпителия. В его функционировании задействованы слизь, антимикробные вещества и взаимодействие клеток с микроорганизмами.

Дефицит одного из этих компонентов способен изменить условия обитания кишечных бактерий. Ученые полагают, что это, в свою очередь, воздействует на иммунные сигналы и состояние прочих клеток слизистой оболочки.

«Наше исследование позволяет рассматривать кишечный эпителий как возможный первичный фактор восприимчивости к аллергии, а не как пассивного участника», — отметила Эрин Стейнбах.

Какие еще отличия выявили у мышей

Различия не сводились лишь к отсутствию лизоцима. В кишечнике восприимчивых животных сократилась популяция всасывающих клеток, реагирующих на интерфероновые сигналы. По мнению авторов, это может свидетельствовать об изменении программ противовирусной защиты и иммунного контроля.

Параллельно возросло число бокаловидных клеток, отвечающих за формирование слизистого слоя. Количество энтероэндокринных клеток, участвующих в передаче сигналов, в том числе связанных с проницаемостью кишечника, снизилось.

Также увеличилось количество так называемых пучковых клеток (tuft cells), которые участвуют в запуске иммунных реакций второго типа. Кроме того, они более активно экспрессировали ряд рецепторов, ассоциированных с аллергическими сигналами, в том числе IL-4Rα.

При исследовании под электронным микроскопом клетки Панета имели измененный вид. Ученые зафиксировали расширение эндоплазматического ретикулума и необычную форму секреторных гранул. Эти признаки авторы трактуют как проявления клеточного стресса и нарушений секреции веществ.

Следует подчеркнуть, что само по себе увеличение числа слизепродуцирующих клеток не является доказательством улучшения защиты. В данном исследовании оно наблюдалось наряду с другими изменениями эпителия. Поэтому оценивать состояние барьера лишь по одному параметру было бы некорректно.

В целом полученные результаты демонстрируют, что восприимчивые животные отличались от устойчивых еще до введения арахиса. Однако предстоит установить, какие именно изменения напрямую повышают риск аллергии, а какие лишь сопровождают общую перестройку кишечника.

Что выявили у детей

Для проверки применимости полученных данных к человеку исследователи проанализировали биоптаты тонкой кишки детей с аллергией на арахис и сопоставили их с образцами пациентов без данного заболевания. У детей с аллергией было обнаружено меньшее количество крипт, положительных по маркеру LYZ. Это указывает на то, что лизоцим выявлялся в меньшем числе изученных структур. Полученный результат подкрепляет гипотезу о связи функционирования клеток Панета с пищевой аллергией.

Однако исследование с участием людей не полностью повторяет эксперимент на мышах. У животных особенности эпителия фиксировались до воздействия арахиса, тогда как у детей образцы были получены на фоне уже имеющейся аллергии.

В связи с этим на данный момент невозможно определить, имело ли место снижение уровня лизоцима до начала болезни или оно стало частью изменений, сформировавшихся позже. Также не доказано, что данный показатель позволяет заранее предсказать, у какого ребенка разовьется аллергия.

Для подобного заключения требуется наблюдать детей до развития заболевания, принимать во внимание прочие факторы риска и оценивать, насколько надежно этот показатель прогнозирует исход. Авторы намерены расширить исследование с участием педиатрических пациентов.

Почему открытие имеет значение для семей

Практическая значимость нового исследования на текущем этапе связана с определением направлений будущих работ. Оно предлагает рассматривать не только реакцию иммунной системы на арахис, но и состояние ткани, через которую пищевые компоненты взаимодействуют с организмом.

Если данная связь найдет подтверждение, ученые смогут проверять, способствует ли восстановление функций клеток Панета изменению микробиоты и укреплению барьера. Отдельно необходимо будет установить, оказывает ли это влияние на развитие аллергии или тяжесть реакций. Для семей эти вопросы имеют непосредственное значение: жизнь с аллергией требует внимательного отношения к составу продуктов и риску случайного попадания аллергена.

«У моего сына угрожающая жизни аллергия на арахис, и для нашей семьи, как и для большинства семей, живущих с такой аллергией, каждый прием пищи требует расчета», — рассказал профессор медицины и генетики Шехзад Шейх.

Тем не менее, новая гипотеза на данный момент не изменяет алгоритм действий при аллергической реакции. Согласно информации FDA, симптомы могут включать крапивницу, отек губ или языка, рвоту, кашель и затрудненное дыхание. Анафилаксия может сопровождаться опасным снижением давления и нарушением дыхания.

При подозрении на анафилаксию требуются неотложная помощь и своевременное введение адреналина в соответствии с индивидуальным медицинским планом пациента. Ожидание результатов исследований микробиоты или самостоятельный прием добавок не могут заменить указанные меры.