펙틴 화학의 구조-기능 효과 및 위장 면역 장벽 시스템에 미치는 영향

[dhleepaul]

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10408398.2023.2290230?src=recsys

다양한 펙틴 화학의 구조-기능 효과 및 위장 면역 장벽 시스템에 미치는 영향

X. 탕

&

P. 드 보스

온라인 게시: 2023년 12월 14일

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• 위장관 면역 장벽 및 장내 미생물군
• 특정 펙틴 유형이 위장 건강을 지원할 수 있는 가능한 메커니즘
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추상적인

위장 면역 체계는 전반적인 건강에 중요하며 유해한 물질과 병원체로부터 인체를 보호합니다. 이러한 방어의 핵심 요소 중 하나는 식이섬유 펙틴으로, 이는 장의 면역 장벽을 지원하고 유익한 장내 세균을 육성합니다. 메틸화 정도(DM), RG-I 및 중성 설탕 함량을 포함한 펙틴의 구성은 건강상의 이점에 영향을 미칩니다. 이 검토에서는 펙틴 구성이 위장 면역 장벽에 어떤 영향을 미치는지, 펙틴의 특정 화학 물질이 대사, 심혈관 및 면역 건강에 어떤 이점이 있는지 평가합니다. 우리는 TLR 및 갈렉틴 3과 같은 수용체를 포함하여 펙틴과 면역 체계의 상호 작용에 관한 최근 연구 결과를 조사했습니다. 펙틴은 점막 및 상피층을 강화하는 것으로 나타났지만 구체적인 효과는 구조에 따라 다릅니다. 또한, 우리는 장 면역 장벽 기능을 강화하기 위한 잠재적인 전략을 탐구합니다. 미생물군 불균형 및 면역 문제와 관련된 상태에 대한 예방 및 치료 솔루션을 개발하려면 독특한 펙틴 화학이 위장 면역 체계에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것이 중요합니다. 궁극적으로, 이 검토는 장 면역 장벽의 효과를 높이고 식단에 특정 펙틴을 사용하여 전반적인 건강을 향상시키는 전략에 대한 통찰력을 제공합니다.

키워드:

• 위장 면역 체계
• 펙틴
• 장벽 기능
• 메틸화 정도
• 식이 섬유

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소개

식이섬유는 인간 위장관 상부의 소화 효소에 저항하는 식물성 탄수화물 구조로, 그대로 대장에 도달할 수 있으며 장내 미생물총의 발효 기질 역할을 합니다. 이러한 식이섬유는 많은 건강상의 이점을 제공하는 것으로 간주됩니다(Anderson et al.소환2009년 ; Barberet al.소환2020 ). 식이섬유는 제1형 및 제2형 당뇨병과 특정 위장 질환의 위험과 같은 만성 질환의 빈도를 예방하거나 낮추며 심부전 및 고혈압의 발병을 예방하거나 지연시키는 것으로 제안되었습니다(Marques et al. .소환2017년 ; Petruzzielloet al.소환2006 ). 건강에 도움이 되는 식이섬유 중 하나가 펙틴입니다. 펙틴은 전통적으로 식품 분야에서 겔화제, 증점제, 안정제로 여겨졌습니다(Christensen소환2020 ) 건강 증진제만큼은 아닙니다. 최근에는 지방 대체제 및 건강 증진 기능성 성분으로 점점 더 많이 활용되고 있습니다(Ciriminna et al.소환2015년 ; Min et al.소환2010 ). 펙틴은 위장 질환을 예방하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다(Fan et al.소환2020년 ; Jianget al.소환2016년 ; Vogtet al.소환2016 ), 고혈당증 감소(Hu et al.소환2020년 ; Liu et al.소환2016 ), 염증 과정을 완화한다(Hu et al.소환2020년 ; Vogtet al.소환2016 ), 미토콘드리아 건강 증진과 같은 세포의 대사 활동 개선에 기여합니다(Hu et al.소환2020 ). 또한 펙틴은 장내 미생물군에 유익한 효과가 있는 것으로 알려져 있습니다(Jiang et al.소환2016 ). 이러한 모든 효과는 적용된 펙틴의 화학적 성질에 따라 크게 달라집니다. 메틸화 정도(DM), RG-I 및 중성당 조성과 같은 펙틴의 다양한 구조적 특성이 기능적 특성과 소비자의 건강에 대한 최종 영향에 기여할 수 있는 것으로 나타났습니다(Sousa et al.소환2015 ). 펙틴의 주요 차이점은 DM에서 이루어지지만 본 리뷰의 전용 섹션에서 설명할 다른 화학적 특성도 건강 증진에 있어 생물학적 효능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이에 대한 현재 지식은 여기에서 검토됩니다.

원래 건강상의 이점은 펙틴의 가능한 프리바이오틱스 효과에 기인했습니다. 펙틴은 소장 세포에 미생물 세포의 부착을 지원함으로써 Ruminococcaceae , Succinivibrionaceae , Lachnospiraceae 및 Bacteroidaceae 와 같은 미생물의 성장을 자극하는 것으로 나타났습니다 (Zhao et al.소환2018 ) 및 아세트산 및 부티르산과 같은 발효 생성물 단쇄지방산(SCFA)의 생산을 자극함으로써(Bianchi et al.소환2018년 ; 슬라빈소환2013 ). 갈락투론산(GalA) 함량(> 74%)이 높은 감귤 펙틴의 섭취를 늘리면 미생물군과 미생물 대사산물(Li, Zhang 및 Yang)이 변경되는 것으로 나타났습니다.소환2018 ). 특히 박테로이데스, 파라박테로이데스, 올세넬라 및 비피도박테리아의 상대적 풍부함은 고지방식을 섭취한 쥐의 장내 미생물군에서 증가했으며, 아세트산 및 프로피온산과 같은 SCFA의 생성도 향상시켰습니다(Li, Zhang, and Yang).소환2018 ). 펙틴은 또한 장내 세균의 부착을 허용하는 장 상피 세포의 능력을 변화시킴으로써 미생물군 구성을 조절할 수 있습니다. 조펙틴 제제에 대한 초기 연구에서는 일부 펙틴이 Lactobacillus rhamnosus 및 Bifidobacterium bifidum 의 장 상피 세포주 Caco-2 세포에 대한접착을 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다소환2017년 ; Parkaret al.소환2010 ).

펙틴에 의한 SCFA 생산뿐만 아니라 펙틴에 의한 대변 중성 스테롤 및 담즙산의 일일 생산량 증가도 건강에 미치는 영향으로 간주됩니다(Dongowski 및 Lorenz).소환2004년 ; 레디, 와타나베, 셰인필소환1980 ). 이러한 효과는 또한 펙틴 구조에 따라 달라집니다. 쥐의 장내 스테로이드는 DM이 높고 펙틴의 분자량이 높을수록 더 높았습니다(Dongowski 및 Lorenz).소환2004 ). 그러나 효과가 항상 장내 미생물군에 미치는 영향에 의존하는 것은 아닙니다. 또한 장 세포에 직접적인 영향을 미치는 것으로 보고되었습니다. 일부 펙틴, 특히 저DM 펙틴은 술잔 세포에 의한 장내 점액 분비를 자극하고 독소와 병원체에 대해 더 강력한 보호 효과를 발휘할 수 있는 점액과 펙틴 네트워크를 형성하여 장 장벽 기능을 강화할 수 있습니다(Hino et al.소환2013년 ; Liu et al.소환2005 ). 장 면역 장벽 시스템은 장 건강과 웰빙을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다(Bischoff소환2011 ). 최근 몇 년 동안 장 면역 장벽 시스템 내에서 펙틴과 다양한 장벽 층 간의 상호 작용에 대한 더 많은 통찰력이 제공되었습니다. 이는 세포의 특정 수용체와 상호작용함으로써 그렇게 합니다. 이제 펙틴은 패턴 인식 수용체(PRR), 갈렉틴-3(Gal-3)과 같은 다양한 수용체와 상호작용하고 펙틴 유래 단쇄 지방산은 G 단백질 결합 수용체(GPCR)에 결합할 수 있다는 것이 인식되었습니다. 이 리뷰에서는 이러한 상호 작용과 다양한 유형의 펙틴이 위장관 면역 장벽의 다양한 층과 어떻게 상호 작용할 수 있는지에 대해 논의할 것입니다. 다양한 펙틴 화학이 위장관 면역 장벽에 미치는 영향에 대한 현재 지식을 검토함으로써 우리는 맞춤형 펙틴 제제 개발 또는 인간 질병의 발병을 예방하거나 지연시키는 데 도움이 될 수 있는 제품 개발에 기여할 수 있기를 바랍니다.

펙틴과 그 구성의 화학적 변화

펙틴은 식물의 일차 세포벽에서 발견되는 복잡한 다당류로, 구조적 지지를 제공하고 식물 세포 사이의 세포간 접착에 중요한 역할을 합니다(Caffall 및 Mohnen).소환2009 ). 펙틴은 용액의 점도를 향상시킬 수 있으므로 일반적으로 증점제로 사용됩니다(Chan et al.소환2017년 ; Ciriminnaet al.소환2015 ). 사과 찌꺼기와 감귤 껍질은 상업적으로 사용되는 펙틴의 주요 공급원입니다. 고려되는 다른 공급원으로는 사탕무, 해바라기씨 머리 및 다양한 과일(5월)이 있습니다.소환1990 ). 사탕무에서 추출한 펙틴은 사과와 감귤류에서 추출한 펙틴에 비해 겔화 능력이 낮기 때문에 상업적 공급원으로서 몇 가지 단점이 있습니다. 이러한 모든 펙틴은 화학 구조가 다를 수 있으며 제품이나 건강상의 이점에 대해 서로 다른 물리화학적 영향을 미칠 수 있습니다. 공급원에 관계없이 펙틴은 식물 전체에서 다양한 형태와 구조로 발견될 수 있습니다.

펙틴의 구조

펙틴은 호모갈락투로난(HG), 람노갈락투로난-I(RG-I), 람노갈락투로난-II(RG-II), 아피오갈락투로난 및 자일로갈락투로난을 포함한 여러 도메인으로 구성됩니다.그림 1). 이러한 영역은 다양한 식물 기관 및 식물 공급원 내에서 화학적 구조와 분포가 다양할 수 있습니다(Kontogiorgos소환2020 ).

그림 1. 펙틴의 도식적 구조. 펙틴 분자에는 호모갈락투로난, 람노갈락투로난 I, 람노갈락투로난 II, xylogalacturonan 및 apiogalacturonan과 같은 다양한 영역이 포함되어 있습니다. 매끄러운 펙틴 영역을 지배하는 주요 구조는 선형의 부분적으로 에스테르화된 HG 골격으로 전체 펙틴의 약 60%를 차지합니다. 반면 털이 많은 영역은 주로 고도로 분지된 RG I 및 RG II 도메인으로 구성되며 xylogalacturonan 및 apiogalacturonan의 기여도는 더 적습니다.

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갈락투로난

펙틴의 매끄러운 영역인 HG는 알파-1,4-연결된 D-갈락투론산 잔기의 선형 중합체이며 일부 산 그룹은 메틸 그룹으로 에스테르화됩니다(Mohnen소환2008 ). 이는 모든 일차 세포벽의 구성 요소로 생각되며 칼슘 매개 겔 형성에 관여하여 세포벽의 완전성을 유지하는 데 기여합니다.그림 3). GalA 잔기는 C-6에서 메틸에스테르화될 수 있습니다. 탈에스테르화 공정은 중합체(Mort, Qiu 및 Maness)에서 메틸기를 제거하는 펙틴 메틸 에스테라제(PME)의 작용에 의해 조절됩니다.소환1993 ). 이 탈에스테르화 과정은 복잡하지만 고도로 규제됩니다. 이는 칼슘 가교를 통해 다른 HG 사슬과 결합할 수 있는 산성 잔류물을 신장시키는 능력을 가져옵니다(Wang, Wilson 및 Cosgrove).소환2020 ). 그러나 펙틴의 기능적 특성은 GalA 백본의 메틸 에스테르화 정도뿐만 아니라 블록화 정도(DB) 또는 비에스테르화 GalA의 분포를 나타내는 비에스테르화 GalA 잔기의 분포에 의해서도 영향을 받습니다. HG 백본의 잔여물(Willats, Knox 및 Mikkelsen소환2006 ). 또한 사탕무와 시금치와 같은 일부 식물 공급원에서는 HG 골격의 GalA 잔기가 O-2 및/또는 O-3에서 아세틸 에스테르화될 수 있으며 이는 펙틴의 겔화 특성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. (페론 외.소환2002년 ; Raletet al.소환2003년 ,소환2005 ).

HG는 또한 β-d-아피오푸라노실 잔기 및 자일로스와 같은 다른 측쇄로 대체되어 각각 아피오갈락투로난 및 자일로갈락투로난을 형성하거나, 21개를 통해 GalA 잔기에 부착된 13가지 다른 유형의 당을 포함하는 AF라고 불리는 훨씬 더 복잡한 측쇄로 대체될 수 있습니다 . RG-II를 형성하는 다양한 글리코시드 결합(Kontogiorgos)소환2020년 ; 모넨소환2008년 ; Ndehet al.소환2017 ). RG-II는 복잡한 측쇄를 갖춘 짧은 HG 백본이 특징입니다. 이는 일차 세포벽에 널리 분포하며 HG에 부착되는 것으로 간주됩니다(Vincken et al.소환2003 ). RG-II는 펙틴 분해 효소에 의한 분해에 저항성이 있으며, 이는 이것이 세포벽의 완전성을 유지하는 데 뚜렷한 구조적 역할을 가지고 있음을 시사합니다.그림 2).

그림 2. 위장 면역 장벽. 위장관 면역 장벽은 점액층, 상피층, 고유판의 세 가지 주요 층으로 구성됩니다. 이 층들은 함께 작용하여 유해 물질로부터 위장관을 보호하고 면역 항상성을 유지합니다. (1) 점액층은 위장관 면역 장벽의 첫 번째 방어선입니다. 이는 잔세포에 의해 생성되는 점액이라고 불리는 젤 같은 기질로 구성됩니다. 점액층은 병원체, 독소 및 기타 이물질을 가두는 물리적 장벽 역할을 합니다. 또한 병원균을 중화시키고 기저 조직으로의 진입을 방지하는 항균 분자가 포함되어 있습니다. (2) 세포층은 점액층 아래에 ​​위치하며 단단한 장벽을 형성하는 상피 세포로 구성됩니다. 이 세포들은 단단한 접합으로 연결되어 있어 세포 사이에 유해 물질이 통과하는 것을 방지합니다. 세포층에는 또한 침입하는 병원체로부터 상피를 모니터링하고 보호하는 특수 면역 세포인 상피내 림프구(IEL)가 포함되어 있습니다. IEL은 항원에 신속하게 반응하고 면역 매개체를 방출하여 위협을 제거할 수 있습니다. (3) 고유판은 세포층 아래에 ​​위치한 위장관 면역 장벽의 세 번째 층입니다. 이는 림프구, 대식세포, 수지상 세포와 같은 풍부한 면역 세포 집단을 포함하는 결합 조직층입니다. 이러한 면역 세포는 내강 내용물을 샘플링하고 병원균을 감지하며 필요할 경우 면역 반응을 시작합니다. 고유판은 면역 관용에도 관여하여 유익한 영양소와 공생 박테리아를 통과시키는 동시에 유해 물질의 침입을 방지합니다.

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RG-I

백본은 L-Rhamnose(Rha)와 D-GalA 잔기가 교대로 구성되어 있는 RG-I을 포함할 수 있습니다. 백본은 펙틴의 구조적, 기능적 다양성에 기여하는 아라비난, 갈락탄, 아라비노갈락탄과 같은 다양한 측쇄로 변형될 수 있습니다. 이 부위는 펙틴의 털이 많은 부위(Kontogiorgos)로 알려져 있습니다.소환2020 ). 대부분의 Rha 잔기는 O-4에서 치환된 반면, 더 적은 GalA 잔기가 O-2에서 치환되었습니다(Yapo소환2011 ). 곁사슬은 식물의 기관, 식물의 종류, 식물의 발달 단계에 따라 매우 다양합니다(Lerouge et al.소환1993년 ; Vinckenet al.소환2003 ). RG-I는 미세한 구조와 세포벽 내 분포가 매우 다양합니다. 이는 갈락탄 및 아라비난 에피토프와 같은 중성 올리고당으로 구성되지만 이러한 에피토프의 상대적 비율은 식물 기관의 다양한 영역 내에서 다를 수 있습니다(Kontogiorgos).소환2020 ). RG-I는 HG 및 RG-II에 공유 결합되어 있지만 이러한 연결의 정확한 특성은 잘 알려져 있지 않습니다. RG-I는 다양한 과정과 건강상의 이점과 관련되어 있습니다(그림 3).

그림 3. 칼슘과 호모갈락투로난 사이의 가교 결합에 대한 이동된 계란 상자 모델.

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RG-II

RG-II는 매우 복잡하고 분지된 구조가 특징입니다. RG-I와 유사하게 GalA와 Rha 잔기가 교대로 반복되는 백본으로 구성됩니다. 그러나 RG-II는 2-keto-3-deoxy-d-lyxo-heptulosaric acid(KDO), apiose 및 특정 글리코시드 결합과 같은 특이한 당 잔기를 포함하여 RG-I과 구별되는 추가적인 구조적 특징을 가지고 있습니다. RG-II는 아라비난, 아라비노갈락탄 및 기타 당 잔기를 포함하여 백본에 부착된 다양한 측쇄를 가질 수 있습니다. 이러한 측쇄는 에스테르 및 글리코시드 결합으로 추가로 변형되어 세포벽 매트릭스 내에 복잡한 네트워크를 형성할 수 있습니다. RG-II는 종양 세포의 증식을 약화시키기 때문에 생리활성 성분으로 알려져 있습니다(Ai et al.소환2018년 ; Park et al.소환2013 ).

아피오갈락투로난 및 자일로갈락투로난

Apiogalacturonan은 주로 GalA 잔기의 선형 사슬로 구성되며 단당류 또는 이당류 apioduranosyl로 대체됩니다(Schols 및 Voragen).소환1996 ). 아피오갈락투로난 분자는 HG 영역을 통해 함께 연결되거나 RG-I 및 RG-II와 같은 다른 펙틴 다당류와 교차 결합을 형성하여 세포벽에 구조적 완전성을 제공할 수 있습니다. 자일로갈락투로난은 GalA와 자일로스 잔기를 모두 포함하는 복합 다당류입니다. 식물 세포벽의 또 다른 주요 구성성분인 헤미셀룰로오스의 성분입니다. 자일로갈락투로난 사슬은 분지형이거나 선형일 수 있으며, 그 배열은 식물 종에 따라 다를 수 있습니다. apiogalacturonan과 xylogalacturonan은 모두 세포 성장, 세포 부착, 환경 스트레스에 대한 반응을 비롯한 다양한 생물학적 과정에 관여합니다(Popov 및 Ovodov).소환2013 ).

펙틴 네트워크 내의 연결과 상호 작용은 복잡하고 다면적일 가능성이 높습니다(Cardoso, Coimbra 및 Lopes da Silva).소환2003 ). 세포벽의 다른 거대분자와의 공유결합 외에도 펙틴 다당류는 이온 및 저분자량 화합물과 상호작용할 가능성이 있습니다. 예를 들어, 산성 도메인은 칼슘 및 알루미늄과 같은 양이온과 결합할 수 있으며, 이는 펙틴 네트워크의 구조적 상태와 특성에 영향을 미칠 수 있습니다(Decreux 및 Messiaen소환2005 ). 폴리아민은 또한 HG의 칼슘 결합 부위와 경쟁할 수 있으며, 이는 펙틴의 초분자 조립과 PME의 작용에 영향을 미칠 수 있습니다.

펙틴의 구조적 화학에 대한 통찰력을 제공하기 위해 분자 유전학 접근법이 적용되었습니다. 여기에는 planta의 펙틴 구조 조작, 돌연변이 분리 및 생합성 경로 해명이 포함됩니다. 펙틴 생합성 및 변형과 관련된 유전자의 식별 및 특성화는 예를 들어 특정 단일클론 항체의 개발에 중요한 역할을 했습니다(Hu et al.소환2017 ). 그러나 펙틴의 복잡성과 이질성, 그리고 합성 유전자와 탄수화물 구조 사이의 간접적인 관계로 인해 펙틴의 기능적 분석이 어려운 작업이 되었습니다.

위장 면역 장벽 시스템

펙틴이 위장관 면역 장벽에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 현재 지식을 검토하기 전에 장 내강에 존재하는 원치 않는 감염원으로부터 인체를 보호하는 이 중요한 보호층의 구성과 조직을 검토할 필요가 있습니다. 장관은 외부 환경과 신체 내부 사이의 가장 큰 표면 중 하나입니다(Kagnoff소환1993 ). 장의 주요 기능은 영양분을 흡수하여 순환계로 운반하는 것입니다. 또 다른 매우 중요한 기능은 인체의 문지기 역할을 하는 것입니다. 많은 병원체와 독소가 위장관을 통해 인체에 들어갑니다위장 면역 장벽은 이러한 물질이 인간 시스템에 들어가는 것을 방지합니다(Johansson, Larsson, et al.소환2011년 ; Königet al.소환2016 ). 위장관은 인간의 가장 큰 활성 면역 기관입니다. 길이는 795.5 ± 129 cm이고 고유판에 있는 전체 면역 세포의 약 80%에 해당하는 가장 많은 수의 면역 세포를 보유하고 있습니다(Hounnou et al.소환2002년 ; 모왓과 아가세소환2014 ). 위장 면역 장벽은 고유판(LP)과 결합하여 병원균, 독소, 가능한 알레르겐과 같은 침입자와 싸우는 역할을 하는 면역 활성 부분과 인체의 진정한 문지기인 장벽으로 구성됩니다. 내강에서 LP까지 위장 면역 장벽은 3개의 층으로 구성됩니다(그림 2).

첫 번째 층은 점액층으로 구성되어 있으며 위장 면역 장벽에서 중요한 역할을 합니다. 이 층은 잠재적인 병원체, 독소 및 기타 유해 물질을 가두어 상피 세포와 직접 상호 작용하는 것을 방지하는 보호막 역할을 합니다(Allaire, Crowley, et al.소환2018년 ; Bourlioux et al.소환2003 ). 이 층은 장 상피 위에 놓인 젤 같은 구조를 형성하는 뮤신이라는 고도로 당화된 고분자 단백질로 구성됩니다. 점막층은 화학적 장벽 역할을 하여 미생물군집과 상피 세포 사이의 접촉을 제한합니다. 장 점액층은 장벽 역할을 하지만 장내 미생물의 먹이층이기도 합니다(Paone 및 Cani).소환2020년 ; Szentkutiet al.소환1990 ). 점액층은 소장과 대장의 구성이 다릅니다(Ermund et al.소환2013년 ; Johansson, Ambort 등.소환2011 ). 소장에서 점액층은 대장(결장에서 가장 두꺼움, ~830 μm)에 비해 더 얇고(~20 μm) 밀도가 낮습니다(Atuma et al.소환2001 ). 소장의 주석층은 영양소의 효율적인 흡수를 촉진하고 소화된 음식이 장관을 통해 이동하는 것을 촉진합니다. 대장의 점액층은 더 두껍고 2층의 점액 시스템으로 구성되어 있으며 더 조밀하게 포장되어 있습니다. 여기에는 더 높은 농도의 뮤신, 항균 펩타이드 및 기타 면역 관련 분자가 포함되어 있습니다. 이 두꺼운 점액층은 향상된 보호 기능을 제공하고 장 건강과 면역 조절에 중요한 역할을 하는 장내 미생물의 서식지 역할을 합니다(Johansson, Ambort, et al.소환2011년 ; 요한슨, 라르손, 그 외 여러분.소환2011 ).

장벽의 두 번째 층은 장 상피 장벽으로, 장에 들어오는 유해 물질과 병원균으로부터 신체를 보호하는 위장 면역 체계의 중요한 구성 요소입니다. 점액층과 마찬가지로 장 상피 장벽의 구성과 특성도 소장과 대장에서 다릅니다. 장 세포층은 단일 상피층과 M 세포, 술잔 세포, Paneth 세포, 장내분비 세포를 포함하는 상피내 세포로 구성됩니다 (Goto 및 Kiyono소환2012 ). 마이크로폴드 세포라고도 알려진 M 세포는 소장의 페이어판(PP)에서 발견되는 특화된 상피 세포입니다. 이들은 장 내강에서 항원을 샘플링하고 이를 기본 림프 조직의 면역 세포에 제시함으로써 면역 체계에서 중요한 역할을 합니다(Man, Prieto-Garcia 및 Nicoletti).소환2004 ). 독특한 모양으로 인해 명명된 술잔 세포는 장을 윤활하고 손상과 감염으로부터 점막을 보호하는 점액의 생성과 분비를 담당합니다(Allaire, Crowley, et al.소환2018 ). 소장 기저부에 위치한 파네스 세포(Paneth cell)는 세균 감염을 방어하는 다양한 항균 펩타이드를 생산합니다(Goto 및 Kiyono).소환2012 ). Paneth 세포는 결장에서 흔하지 않으며 상피내 림프구의 존재는 소장에 비해 훨씬 적습니다. (모와트와 아가세소환2014 ). 장내분비 세포는 장 전체에 흩어져 있으며 소화와 흡수를 조절하는 호르몬을 분비합니다. 장 상피의 대부분을 구성하는 원주 상피 세포는 영양분과 전해질을 흡수하고 점액을 생성하는 데 관여합니다. 상피 세포는 각 세포(Takiishi, Fenero 및 Câmara) 사이의 긴밀한 연결에 의해 촉진되는 물리적 장벽으로 기능하는 연속적이고 극성화된 단층을 형성합니다.소환2017 ). 이러한 연결은 세포주위 ​​경로를 밀봉하고 병원성 분자와 박테리아의 통과를 제한하는 게이트 및 울타리 기능을 수행하는 밀착연접 단백질에 의해 형성됩니다.

장벽 기능은 점막 장벽, 상피 세포층 및 이들 사이의 밀착 접합을 의미합니다. 점막 장벽의 투과성은 상피 세포층이 온전할 때 밀착 접합 장벽 기능에 따라 달라집니다. 장 상피 세포는 점막의 항상성을 유지하고 질병을 예방하는 데 중추적인 점막 면역 체계와 관강 물질 사이의 중재자 역할을 합니다(Turner소환2009 ). 장 상피 세포층은 물리적 장벽을 제공할 뿐만 아니라 숙주 조직과 공생 박테리아 사이의 장 항상성을 유지하는 생화학적 장벽 역할도 합니다(Peterson 및 Artis).소환2014 ). 장 상피 세포는 또한 고유판에 위치한 항원 제시 세포로 항원을 전달하는 경로를 유지합니다(Peterson 및 Artis소환2014 ). 장벽 기능 장애는 염증성 장 질환, 제2형 당뇨병, 제1형 당뇨병, 비만, 소아 지방변증과 같은 많은 질병에서 발견되었습니다(Everard 및 Cani).소환2013년 ; Königet al.소환2016년 ; 슐라이머와 베르드니코프소환2017 ). 일부 연구에서는 IL10 - / - 마우스의 상피 장벽 파괴가 IFN-γ 및 TNF-γ의 생성을 증가시키는 것으로 나타났으며, 이는 대장염 발병에 중요한 기여 요인으로 간주될 수 있습니다(Arrieta et al.소환2009 ). 일부 연구에서는 장벽 결함과 유전적으로 연결된 특정 NOD2/CARD15 돌연변이의 존재가 면역 활성화가 조기 장벽 붕괴의 원인이 될 수 있음을 암시하므로 유전적 요인이 염증성 장 질환에 걸린 가족의 장 장벽 기능 손상에 잠재적으로 역할을 할 수 있습니다. 건강한 친척과 질병이 재활성화되기 전의 환자에게서 관찰되었습니다(Buhner et al.소환2006년 ; 에델블룸과 터너소환2009 ). 이는 장벽 기능 장애로 이어질 수 있으며 잠재적으로 면역 조절 반응을 활성화할 수 있습니다.

세 번째 방어 장벽은 장간막 림프절(MLN) 및 PP와 함께 장 관련 림프 조직(GALT)으로 불리는 LP이며, 이는 위장관 면역 세포의 상당 부분을 포함하고 있습니다(Mörbe et al.소환2021년 ; 스판과 쿠차르지크소환2004 ). GALT에는 CD4 + 및 CD8 + T 세포가 모두 포함되어 있습니다. 면역 세포는 면역 반응과 외부 물질에 대한 숙주의 내성에 중요한 역할을 하기 때문에 장 상피 장벽의 또 다른 중요한 구성 요소입니다(Mörbe et al.소환2021 ). 수지상 세포, T 세포, B 세포 및 대식세포를 포함한 이러한 면역 세포는 상피 세포 및 점막층과 협력하여 잠재적인 위협으로부터 신체를 보호합니다(Forchielli 및 Walker)소환2005 ). 위장 면역 체계의 이러한 다양한 구성 요소 간의 복잡한 상호 작용은 장 장벽의 건강과 완전성을 유지하는 데 필수적입니다.

위장관 면역 장벽 및 장내 미생물군

인간의 장에는 수조 개의 미생물이 서식하고 있으며, 숙주와 함께 에너지와 대사산물이 교환되고 면역체계에서 항상성이 유지되는 초유기체를 형성합니다. 장내 미생물군은 특히 유아기 동안 점막 면역 체계의 발달과 기능에 중요한 역할을 하며, 전염증성 숙주 반응과 조절 숙주 반응 사이의 균형에 영향을 미칠 수 있습니다(Lee 및 Mazmanian소환2010 ). 미생물총의 구성 변화(세균 불균형)는 염증성 장 질환(IBD)과 같은 염증성 질환의 발생과 관련이 있습니다(Nishida et al.소환2017 ).

이전 섹션에서 설명한 바와 같이, 장 면역 체계는 숙주를 보호하고 장의 항상성을 유지하기 위해 협력하는 선천성 및 적응성 면역 메커니즘으로 구성됩니다(Faderl et al.소환2015년 ; 카야마와 다케다소환2012 ). 미생물군에 대한 첫 번째 방어선을 형성하는 상피 세포는 병원체 관련 분자 패턴(PAMP)에 대한 수용체를 발현하고 PAMP 신호에 반응하여 항균 제품과 케모카인을 생산합니다(Kelly 및 Mulder).소환2012년 ; R. 마르케스와 보네카소환2011 ). 장내 미생물군은 또한 숙주에 의한 살균 펩타이드와 분비 IgA의 생성을 자극하는데, 이는 장 내강 내에 미생물군을 함유하고 PAMP(Neu, Sharma 및 Young)를 중화합니다.소환2010 ).

미생물총의 일부 구성원은 장을 식민지화하기 위해 평화 유지 활동을 채택했지만 다른 구성원은 염증을 유발하고 숙주의 효과기 면역 반응 생성을 자극할 수 있습니다. 그러한 그룹 중 하나는 분절된 사상균으로, 이는 출생 후 마우스 장에서 면역 반응의 성숙을 자극하고 침습성 병원체인 Citrobacter Rodentium(Cerf-Bensussan 및 Gaboriau-Routhiau)에 의한 집락 형성을 제어하는 ​​데 필요합니다.소환2010 ). 항생제 치료 후 미생물군의 파괴는 장의 선천적 면역 반응을 위태롭게 하고 병원균의 집락화를 촉진할 수 있습니다(Kim, Covington 및 Pamer소환2017년 ; Thaisset al.소환2016 ).

크론병 및 궤양성 대장염과 같은 IBD 환자에게서 장내 세균불균형이 관찰되었습니다(Maloy 및 Powrie).소환2011 ). 장내 세균총 불균형은 장내 침습성 대장균 균주와 같은 전염증성 박테리아 또는 거주하는 Firmicutes spp.의 수준 감소로 인해 발생할 수 있습니다. 및 박테로이데스 종. 그리고 프로테오박테리아의 과증식. 그러나 IBD에서 미생물 불균형의 원인 역할을 지정하는 것은 숙주 유발 요인과 면역 체계 및 미생물 군집 구조의 조절의 상호적 특성을 고려해야 하기 때문에 지정하기 어렵습니다(Kamada et al.소환2013 ).

항생제, 프로바이오틱스, 대변 미생물군 이식 등 미생물군을 표적으로 하는 치료적 개입은 IBD 치료에 유망한 것으로 나타났습니다(Walker 및 Lawley).소환2013 ). 항생제를 사용하여 미생물군을 근절하고 염증을 줄일 수 있지만, 미생물군과 숙주 면역체계에 대한 항생제 치료의 장기적인 효과는 알려져 있지 않습니다. 인간의 장에서 발견되는 유익한 미생물과 유사한 살아있는 미생물인 프로바이오틱스는 IBD 치료에 일부 효능을 입증했지만 그 작용 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다. 건강한 기증자의 대변을 수혜자의 장에 이식하는 대변 미생물군 이식은 IBD 및 기타 질병 치료에 유망한 결과를 보여주었지만 시술의 안전성과 장기적인 효과에 대한 우려가 있습니다(Rossen et al. 알.소환2015년 ; 왕 외.소환2019 ).

결론적으로, 장내 면역 장벽 시스템은 장내 미생물의 조절과 장내 항상성 유지에 중요한 역할을 합니다(Goto 및 Kiyono소환2012년 ; Kamadaet al.소환2013년 ; 오쿠무라와 다케다소환2018 ). 미생물 불균형은 IBD 발병과 연관되어 있으며, 미생물군을 표적으로 하는 치료적 개입은 이러한 질병 치료에 대한 가능성을 보여줍니다. 그러나 건강과 질병에서 면역 장벽 시스템, 미생물군, 숙주 면역 사이의 복잡한 상호 작용을 완전히 이해하려면 추가 연구가 필요합니다.