Influence of pulmonary neuroendocrine cells on lung homeostasis

Abstract

Pulmonary neuroendocrine cells (PNECs) – a unique cell population identified at all levels in the epithelium of the respiratory tract, histophysiology of which is still poorly understood. Given its important role as one of the main regulators of the respiration processes and homeostasis, its studying is one of the urgent tasks of medicine. According to the International Terms for Human Cytology and Histology published by the Federative International Committee on Anatomical Terminology (FICAT) under the writing of Wolters Kluwer and Lippincott Williams & Wilkins (2008), these cells are called respiratory neuroendocrine cells (in the trachea) or respiratory endocrine cells (in the bronchial tree). However, these cells have documented in modern international scientific literature as pulmonary neuroendocrine cells. The aim of this work is to analyze the modern scientific literature data on the effect of PNECs on the lung homeostasis in normal and pathological conditions. PNECs and their clusters – neuroepithelial bodies act as factors that regulate lung growth and maturation in embryogenesis via secretion of serotonin and gastrin-releasing hormone. In postnatal ontogenesis, PNEC secretion products – amines and neuropeptides, are characterized by participation in various physiological and pathological processes in the lung. PNECs normally maintain neurohumoral control over vascular and airway smooth muscle tone, act as peripheral chemoreceptors, and also are responsible for regulation of cell proliferation, differentiation, and mucus production from the respiratory epithelium. In case of respiratory tract damage, PNECs are capable of transdifferentiation by activating the Notch signaling pathway and renewal of other cellular types of respiratory epithelium. PNECs have a neuroimmunomodulating effect by means of neuropeptides and neurotransmitters secretion, which maintain and enhance the airways inflammatory response to an allergen. After the allergen exposition, PNECs activate type 2 innate lymphoid cells (ILC2) which being modulated by the neuropeptide CGRP produce type 2 cytokines IL-5 and IL-13, thereby contributing to an allergic response in the airways. At the same time, secreted by the PNECs neurotransmitter γ-aminobutyric acid (GABA) interacts with IL-13 to activate goblet cell mucus secretion. ILC2 induce eosinophilic inflammation and airways hypersensitivity. Recent studies have shown that ILC2 cells also stimulate Th2-associated immune response. Thus, CGRP and GABA are the key products of PNEC, which stimulate the Th2-associated immune response in the lung. Conclusions. Pulmonary neuroendocrine cells together with immune cells form a neuroimmunological module for the reception and response to environmental chemoattractants. The data on the role of pulmonary neuroendocrine cells in the airways allergic inflammation are still controversial in the literature, which necessitates further study of this issue. Дихальні нейроендокриноцити (ДН) – унікальна клітинна популяція, що виявлена на всіх рівнях в епітелії дихальних шляхів (ДШ), гістофізіологія якої дотепер недостатньо вивчена. З огляду на її важливу роль як одного з основних регуляторів процесів дихання та гомеостазу організму, її вивчення є одним з актуальних завдань медицини. Відповідно до Міжнародної номенклатури з цитології та гістології людини, яка розроблена Федеративним міжнародним комітетом з анатомічної термінології (FICAT) авторами Wolters Kluwer і Lippincott Williams & Wilkins (2008), ці клітини називаються дихальними нейроендокринними клітинами (у трахеї) або дихальними ендокринними клітинами (у бронхіальному дереві). Однак ці клітини описані в сучасній міжнародній науковій літературі як легеневі нейроендокринні клітини. Мета роботи – аналіз даних сучасної наукової літератури про вплив дихальних ендокриноцитів на гомеостаз легень у нормі та патології. ДН та їхні кластери – нейроепітеліальні тіла, діють як фактори регуляції росту й дозрівання легень в ембріогенезі з допомогою секреції серотоніну і гастрин-рилізинг гормона. У постнатальному онтогенезі продукти секреції ДН – аміни та нейропептиди характеризуються участю в різноманітних фізіологічних і патологічних процесах у легенях. ДН у нормі здійснюють нейрогуморальний контроль тонусу гладких міоцитів судин і повітроносних шляхів, діють як периферичні хеморецептори, а також беруть участь у регуляції клітинної проліферації, диференціюванні, регуляції продукції слизу дихальним епітелієм. При пошкодженні ДШ здатні до трансдиференціювання за допомогою сигнального шляху Notch і поповнюють популяції інших клітинних типів дихального епітелію. ДН здійснюють нейроімуномодулювальний вплив шляхом секреції нейропептидів і нейротрансмітерів, які посилюють запальну реакцію ДШ на алерген. Після дії алергену ДН активують уроджені лімфоїдні клітини 2 типу за допомогою нейропептида, асоційованого з геном кальцитоніну CGRP, які продукують цитокіни 2 типу ІЛ-5 і ІЛ-13, у такий спосіб спричинячи розвиток алергічної реакції ДШ. Водночас ДЕ виділяють нейротрансмітер – γ-аміномасляну кислоту ГАМК, яка взаємодіє з ІЛ-13 для активації секреції слизу келихоподібними клітинами. Вроджені лімфоїдні клітини 2 типу провокують еозинофільне запалення та гіперчутливість ДШ. Недавні дослідження показали, що вроджені лімфоїдні клітини 2 типу також стимулюють розвиток Th2-імунної відповіді. Отже, CGRP і ГАМК є ключовими продуктами секреції ДН, що стимулюють Th2-імунну відповідь у легенях. Висновки. ДН разом із клітинами імунної системи утворюють нейроімунологічний модуль для рецепції та реагування на подразники довкілля. Дані про роль ДН у розвитку алергічного запалення ДШ у фаховій літературі дотепер неоднозначні, що зумовлює необхідність дальшого вивчення проблеми. Дыхательные нейроэндокриноциты (ДН) – уникальная клеточная популяция, выявленная на всех уровнях в эпителии дыхательных путей (ДП), гистофизиология которой до сих пор плохо изучена. Учитывая ее важную роль как одного из основных регуляторов процессов дыхания и гомеостаза организма, ее изучение является одной из актуальных задач медицины. Согласно Международной номенклатуре по цитологии и гистологии человека, разработанной Федеративным международным комитетом по анатомической терминологии (FICAT) авторами Wolters Kluwer и Lippincott Williams & Wilkins (2008), эти клетки называются дыхательными нейроэндокринными клетками (в трахее) или дыхательными эндокринными клетками (в бронхиальном дереве). Однако эти клетки описаны в современной международной научной литературе как легочные нейроэндокринные клетки. Цель работы – анализ данных современной научной литературы о влиянии дыхательных эндокриноцитов на гомеостаз легких в норме и патологии. ДН и их кластеры – нейроэпителиальные тела, действуют как факторы регуляции роста и созревания легких в эмбриогенезе с помощью выделяемых ими серотонина и гастрин-рилизинг гормона. В постнатальном онтогенезе продукты секреции ДН – амины и нейропептиды характеризуются участием в разнообразных физиологических и патологических процессах в легких. ДН в норме осуществляют нейрогуморальный контроль тонуса гладких миоцитов сосудов и воздухоносных путей, действуют как периферические хеморецепторы, а также принимают участие в клеточной пролиферации, дифференцировке, регуляции продукции слизи респираторным эпителием. При повреждении ДП способны к трансдифференцировке с помощью сигнального пути Notch и пополняют популяции других клеточных типов дыхательного эпителия. ДН оказывают нейроиммуномодулирующее действие путем секреции нейропептидов и нейротрансмиттеров, которые поддерживают и усиливают воспалительную реакцию ДП на аллерген. При воздействии аллергена ДН активируют врожденные лимфоидные клетки 2 типа с помощью нейропептида, связанного с геном кальцитонина CGRP, которые продуцируют цитокины 2 типа ИЛ-5 и ИЛ-13, тем самым способствуя развитию аллергической воспалительной реакции ДП. Одновременно вы-деляемый ДН нейротрансмиттер – γ-аминомасляная кислота ГАМК – взаимодействует с ИЛ-13 для активации секреции слизи бокаловидными клетками. Врожденные лимфоидные клетки 2 типа провоцируют эозинофильное воспаление и гиперчувствительность ДП. Недавние исследования показали, что врожденные лимфоидные клетки 2 типа также стимулируют развитие Th2-иммунного ответа. Таким образом, CGRP и ГАМК являются ключевыми продуктами секреции ДН, стимулирующими Th2-иммунный ответ в легких. Выводы. ДН вместе с клетками иммунной системы образуют нейроиммунологический модуль для рецепции и реагирования на раздражители окружающей среды. Данные о роли ДН в развитии аллергического воспаления ДП в литературе пока неоднозначны, что обусловливает необходимость дальнейшего изучения данной проблемы.