DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1499202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40104591
تاريخ النشر: 2025-03-04
المؤلف: Sen Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
يعمل الظهارة المعوية كواجهة حيوية بين المضيف والبيئة الخارجية، ويتميز بمساحته السطحية الواسعة ووظيفته الديناميكية كحاجز. تركز هذه المراجعة على التواصل الثنائي الاتجاه بين خلايا الظهارة المعوية والميكروبات المعوية، مع التأكيد على أدوار أنواع مختلفة من خلايا الظهارة، بما في ذلك خلايا بانث، خلايا الكأس، خلايا الطفيل، والخلايا المعوية الصماء، في الحفاظ على توازن الأمعاء. تشير النتائج الرئيسية إلى أن المستقلبات المستمدة من الميكروبات المعوية، مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة والأحماض الصفراوية، تؤثر بشكل كبير على وظائف خلايا الظهارة وسلامة الحاجز المعوي. ومن الجدير بالذكر أن التفاعلات بين خلايا الطفيل وخلايا بانث تبرز كأمر حاسم لتحقيق التوازن الميكروبي.
تختتم المراجعة بالتأكيد على تعقيد التفاعلات بين الظهارة المعوية والميكروبات المعوية، والتي تعتبر ضرورية للصحة والوقاية من الأمراض. تحدد اتجاهات البحث المستقبلية، بما في ذلك استخدام تسلسل الخلايا الفردية ونماذج الأعضاء لاستكشاف آليات التواصل بين الظهارة والميكروبات. بالإضافة إلى ذلك، فإن فهم كيفية مساهمة الاضطرابات في هذه التفاعلات في الأمراض مثل مرض الأمعاء الالتهابي وسرطان القولون والمستقيم أمر حاسم. إن ترجمة هذه الرؤى إلى استراتيجيات علاجية مستهدفة، مثل التدخلات المعتمدة على الميكروبات، تمثل طريقًا واعدًا للطب الدقيق. بشكل عام، فإن تعزيز المعرفة بمحور الظهارة المعوية والميكروبات أمر حيوي لتعزيز فهمنا لصحة الجهاز الهضمي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للأمعاء كعضو تواصلي بين الجسم والبيئة الخارجية، حيث تمتلك ثاني أكبر مساحة سطحية في الجسم بعد الرئتين. تعمل كموطن لمجتمع متنوع من الكائنات الدقيقة، بما في ذلك البكتيريا، الأركيا، الفطريات، الفيروسات، والطلائعيات، التي تلعب أدوارًا أساسية في امتصاص المغذيات، والحفاظ على سلامة حاجز الظهارة المعوية، وتشكيل الجهاز المناعي المخاطي. ومع ذلك، فإن الاستعمار غير المناسب بواسطة الميكروبات المسببة للأمراض أو انتشارها إلى الأعضاء خارج الأمعاء يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية كبيرة.
تؤكد المراجعة على التأثير المزدوج للميكروبات المعوية على صحة المضيف، مشيرة إلى أن الاستعمار الميكروبي المبكر يمكن أن يؤثر على نمو الأطفال ويرتبط بمختلف الحالات الصحية، بما في ذلك تعفن الدم عند حديثي الولادة، الربو، والأمراض المزمنة مثل ارتفاع ضغط الدم ومرض السكري من النوع الثاني. علاوة على ذلك، ترتبط الأمراض المعوية المزمنة، مثل مرض كرون، بالاستجابات المناعية تجاه الميكروبات المعوية. تواجه الظهارة المعوية تحدي منع الاختراقات الميكروبية مع الحفاظ على علاقة مفيدة مع هذه الكائنات الدقيقة. تهدف هذه المراجعة إلى استكشاف أحدث التطورات في فهم آليات التفاعل بين الظهارة المعوية والميكروبات المعوية، والتي قد تعزز تشخيص الأمراض واستراتيجيات العلاج.
نقاش
يلعب حاجز الظهارة المعوية دورًا حاسمًا في امتصاص المغذيات والدفاع المناعي، ويتكون من أنواع خلايا متخصصة مختلفة، بما في ذلك الخلايا المعوية الممتصة، خلايا بانث، خلايا الكأس، خلايا الطفيل، خلايا M، والخلايا المعوية الصماء. يتم تجديد الطبقة الظهارية باستمرار من خلال تكاثر خلايا الجذع المعوية الموجودة في قاعدة الكريبت، حيث تعمل خلايا LGR5+ كعلامات نشطة لخلايا الجذع. تعتبر خلايا بانث، التي تفرز ببتيدات مضادة للميكروبات، ضرورية للحفاظ على مكانة خلايا الجذع، بينما تنتج خلايا الكأس الميوسين الذي يشكل طبقة مخاطية واقية. يتم الحفاظ على سلامة الحاجز الظهاري بواسطة الوصلات الضيقة التي تنظم تبادل المحاليل وتمنع الغزو الميكروبي.
تؤثر الميكروبات المعوية بشكل كبير على خلايا الظهارة المعوية من خلال المنتجات الأيضية مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، اللاكتات، الأحماض الصفراوية، والتريبتوفان. تعزز الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، وخاصة الزبدات، وظيفة حاجز الظهارة وتعزز إفراز المخاط والببتيدات المضادة للميكروبات. تدعم اللاكتات وظيفة خلايا الجذع المعوية وقد أظهرت أنها تقلل من الاستجابات الالتهابية. تتفاعل الأحماض الصفراوية مع خلايا الظهارة لتنظيم سلامة الحاجز والاستجابات المناعية، بينما يشارك التريبتوفان ومستقلباته في نمو الخلايا وإشاراتها. تبرز هذه التفاعلات أهمية الميكروبات المعوية في الحفاظ على صحة الأمعاء وتقترح استراتيجيات علاجية محتملة لحالات مثل مرض الأمعاء الالتهابي (IBD) من خلال تعديل التركيب الميكروبي ومسارات الإشارات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1499202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40104591
Publication Date: 2025-03-04
Author(s): Sen Yang et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
The intestinal epithelium serves as a vital interface between the host and the external environment, characterized by its extensive surface area and dynamic barrier function. This review focuses on the bidirectional communication between intestinal epithelial cells and the gut microbiota, emphasizing the roles of various epithelial cell types, including Paneth cells, goblet cells, tuft cells, and enteroendocrine cells, in maintaining intestinal homeostasis. Key findings indicate that gut microbiota-derived metabolites, such as short-chain fatty acids and bile acids, significantly influence epithelial cell functions and the integrity of the intestinal barrier. Notably, the interactions between tuft cells and Paneth cells are highlighted as crucial for microbial balance.
The review concludes by underscoring the complexity of the interactions between the intestinal epithelium and gut microbiota, which are essential for health and disease prevention. It identifies future research directions, including the use of single-cell sequencing and organoid models to explore epithelial-microbiota crosstalk mechanisms. Additionally, understanding how disruptions in these interactions contribute to diseases like inflammatory bowel disease and colorectal cancer is critical. The translation of these insights into targeted therapeutic strategies, such as microbiota-based interventions, represents a promising avenue for precision medicine. Overall, advancing knowledge of the intestinal epithelium-microbiota axis is vital for enhancing our understanding of gastrointestinal health.
Introduction
The introduction highlights the intestine’s critical role as a communication organ between the body and the external environment, possessing the second largest surface area in the body after the lungs. It serves as a habitat for a diverse community of microorganisms, including bacteria, archaea, fungi, viruses, and protozoa, which play essential roles in nutrient absorption, maintaining the integrity of the intestinal epithelial barrier, and shaping the mucosal immune system. However, the inappropriate colonization by pathogenic microbes or their spread to extraintestinal organs can lead to significant health issues.
The review emphasizes the dual influence of gut microbes on host health, noting that early microbial colonization can impact children’s growth and is linked to various health conditions, including neonatal sepsis, asthma, and chronic diseases like hypertension and type 2 diabetes. Furthermore, chronic gastrointestinal diseases, such as Crohn’s disease, are associated with immune responses to gut microbes. The intestinal epithelium faces the challenge of preventing microbial breaches while maintaining a beneficial relationship with these microorganisms. This review aims to explore the latest advancements in understanding the interaction mechanisms between intestinal epithelium and gut microbes, which may enhance disease diagnosis and treatment strategies.
Discussion
The intestinal epithelial barrier plays a crucial role in nutrient absorption and immune defense, comprising various specialized cell types, including absorptive enterocytes, Paneth cells, goblet cells, tuft cells, M cells, and enteroendocrine cells. The epithelial layer is continuously renewed through the proliferation of intestinal stem cells located at the crypt base, with LGR5+ cells serving as active stem cell markers. Paneth cells, which secrete antimicrobial peptides, are essential for maintaining the stem cell niche, while goblet cells produce mucins that form a protective mucus layer. The integrity of the epithelial barrier is maintained by tight junctions that regulate solute exchange and prevent microbial invasion.
Gut microbiota significantly influence intestinal epithelial cells through metabolic products such as short-chain fatty acids (SCFAs), lactate, bile acids, and tryptophan. SCFAs, particularly butyrate, enhance epithelial barrier function and promote the secretion of mucus and antimicrobial peptides. Lactate supports intestinal stem cell function and has been shown to reduce inflammatory responses. Bile acids interact with epithelial cells to regulate barrier integrity and immune responses, while tryptophan and its metabolites are involved in cell growth and signaling. These interactions highlight the importance of gut microbiota in maintaining intestinal health and suggest potential therapeutic strategies for conditions like inflammatory bowel disease (IBD) through modulation of microbial composition and signaling pathways.