Структуры-«холмики» в дыхательных путях меняют представления о биологии лёгких

Холмики дыхательных путей — это загадочные плосковершинные структуры, недавно обнаруженные в обычной лёгочной ткани. Их роль в биологии и патологии дыхательных путей до сих пор была неизвестна.

Исследователи из Tufts University School of Medicine и Massachusetts General Hospital представили доказательства, что холмики и их стволовые клетки физиологически отличаются от других клеток лёгких. Они состоят из:

• Стратифицированного (многослойного) наружного слоя чешуйчатых сквамозных клеток, выполняющих защитную функцию.
• Подлежащего слоя быстро делящихся базальных стволовых клеток, способных восстанавливать ткань дыхательных путей после повреждения.

Результаты опубликованы 1 мая в журнале Nature.

«Это исследование связывает ранее описанные, казалось бы, разрозненные явления с неоценённым резервуаром клеток, устойчивых к повреждениям», — говорит Брайан Лин, соавтор и со-корреспондент статьи.

В новом исследовании команда создала генетическую модель мыши, позволившую метить холмики и их потомство флуоресцентными маркерами. Было обнаружено, что стволовые клетки холмиков (базальные клетки под слоем сквамозных клеток) могут:

• Быстро регенерировать выстилку дыхательных путей после повреждения.
• Создавать все шесть типов клеток псевдомногослойного эпителия дыхательных путей.

Также было показано, что стратифицированные, плотно соединённые слои сквамозных клеток на вершине холмиков устойчивы к широкому спектру повреждений: физическим, кислотным, инфекциям и токсинам, связанным с курением.

При исследовании тканей человеческого лёгкого было установлено, что у людей также есть холмики, структура и функция которых аналогичны мышиным.

Это открытие подтверждает, что наличие стратифицированного сквамозного эпителия, долгое время считавшегося метапластической (предраковой) реакцией на повреждение, является характерной чертой неповреждённых дыхательных путей.

Анализ холмиков выявил специфические гены, не экспрессируемые другими типами лёгочных клеток, которые производят твёрдый белок семейства кератинов, похожий на те, что формируют волосы и ногти.

Несмотря на прочность, одно из самых удивительных открытий — высокая скорость обновления клеток холмиков, что указывает на их «расходуемую» функцию. Например, в ответ на физическое повреждение трахеи холмики активно пролиферируют и мигрируют, чтобы распространить стволовые клетки в зону поражения для её восстановления.

Клетки, которые делятся так быстро, склонны к мутациям, поэтому короткая продолжительность жизни этих клеток, вероятно, предотвращает накопление ошибок.

Дальнейшее изучение холмиков может изменить понимание прогрессирования рака лёгких, физиологии таких состояний, как астма, а также механизмов борьбы организма с вирусными инфекциями и лекарственными взаимодействиями.