האם פוענח המנגנון שגורם למחלות מעי דלקתיות?

תאי גביע (goblet cell) הם תאים שנמצאים במעי ומפרישים ריר שמטרתו ליצור חוצץ בין מיקרוביום (קהילה אקולוגית של מיקרואורגניזמים) של המעי למעי עצמו. לשכבת הריר יש חשיבות רבה ביחסי גומלין בין המיקרוביום של המעי לבין המאחסן. פגיעה בשכבת הריר מאפיינת, וכפי הנראה היא גם הסיבה, למגוון מחלות מעי דלקתיות וזיהומיות. למרות חשיבותה של שכבת הריר, עד היום לא ידוע כיצד תאי גביע מבקרים את כמות הריר המופרשת למעי. ד"ר שי בל מהפקולטה לרפואה ע"ש עזריאלי באוניברסיטת בר-אילן עמד בראש קבוצת חוקרים ששמו להם למטרה לפענח מנגנון בקרה זה.

אוטופאג'י הינו תהליך תוך תאי האחראי על מחזור רכיבים תוך תאיים ומופעל בעיתות של עקה כגון הרעבה, זיהום, והצטברות חלבונים לא מקופלים ב- Endoplasmic reticulum (ER, רשתית תוך-פלזמית). היות ומוטציות בגנים הקשורים לאוטופאג'י ידועות כגורמי סיכון בהתפתחות מחלות מעי דלקתיות, החליטו החוקרים לבדוק אם תהליך האוטופאג'י דרוש לצורך תפקוד תקין של תאי גביע.

בשלב הראשון, החוקרים רצו לבדוק את ההשערה שהגברת תהליך האוטופאג'י יגרום לתאי גביע להפריש יותר ריר למעי. לשם כך עבדו החוקרים עם עכברים מוטנטים בשם Becn1^F121A. בעכברים הללו תהליך האוטופאג'י פעיל כל הזמן הודות למוטציה בגן המקודד לחלבון Beclin1, חלבון בקרה מרכזי של אוטופאג'י. ואכן, נמצא שבעכברי Becn1^F121A יש במעי שכבת ריר עבה יותר לעומת עכברים ללא מוטציה (זן בר). כמו כן, בדם של המוטנטים הללו נמצאו פחות חלבונים ממקור חיידקי, וגנים הקשורים לתגובה אנטי-חיידקית התבטאו ברמות נמוכות יותר. כלומר, המעי של העכברים המוטנטים מוגן טוב יותר מפני חדירת גורמים העלולים לעורר דלקת לעומת עכברים ללא מוטציה.

לאחר שהחוקרים ראו שלאוטופאג'י יש תפקיד בהפרשת ריר במעי, הם רצו להבין כיצד האוטופאג'י מבקר את התהליך הזה. תחילה בדקו החוקרים אם בעכברי Becn1^F121A יש כמות גדולה יותר של תאי גביע ולכן מופרש יותר ריר, אך ניסויים הראו שבעכברים מוטנטים יש דווקא ירידה קלה במספר תאי הגביע. אח"כ הם שיערו שבעכברים מוטנטים יש ביטוי מוגבר של גנים האחראיים על הפרשת ריר, אך גם השערה זו נמצאה כלא נכונה. נשללה גם ההשערה שבתאי גביע של העכברים המוטנטים יש שינוי בריכוז חומרים מחמצנים, שידועים כמושפעים מאוטופאג'י, והם אלו המשפיעים על הפרשת ריר. לבסוף, החוקרים שמו לב שיש הבדל בסמנים המעידים על עקה ב-ER בין עכברים מוטנטים Becn1^F121A לבין עכברי זן בר – בתאי גביע המעי של העכברים המוטנטים נצפתה ירידה בעקת ER. כדי להבין את הקשר בין עקת ER לבין הפרשת ריר החוקרים ביצעו את הניסויים הבאים:

• עכברי Becn1^F121A טופלו בחומר בשם thapsigargin המשרה עקה על ER, ונצפתה ירידה בעובי שכבת הריר.
• עכברי זן בר טופלו בחומר בשם TUDCA המדכא את העקה ב-ER, ונצפתה עלייה בעובי שכבת הריר.

נוסף על כך מצאו החוקרים שבעכברים מוטנטים בשם Bcl2^AAA, מוטנטים שבהם תהליך האוטופאג'י מדוכא, יש ירידה משמעותית בעובי שכבת הריר ואף היעדר מוחלט של הריר באזורים מסוימים.

כל התוצאות יחד הובילו את החוקרים למסקנה שתהליך האוטופאג'י מבקר את העקה ב-ER, ועקת ER מהווה מעין מתג תוך תאי המבקר את הפרשת הריר של תאי גביע.

האם יש למיקרוביום תפקיד בהפרשת ריר במעי? על מנת לענות על שאלה זו, החוקרים טיפלו במעכב עקת ER (TUDCA) בעכברים נקיים ממיקרואורגניזמים (germ free mice) ובעכברים רגילים שהמיקרוביום שלהם נפגע בגלל טיפול אנטיביוטי אינטנסיבי – בשני המקרים לא חלה עלייה בעובי שכבת הריר. נוסף על כך, עכברים מוטנטים ללא גן Nod2, גן המקודד לחלבון שתפקידו לזהות נוכחות של חיידקים וידוע כבעל חשיבות במחלת הקרוהן, לא הגיבו לטיפול ב-TUDCA. תוצאות אלו מראות שהמיקרוביוטה חיונית על מנת לבקר את הפרשת הריר במעי באמצעות השפעה על עקה ב-ER, ושלחיישן של חיידקים, חלבון Nod2, תפקיד בתהליך.

ומה באשר להשפעה של הפרשת ריר מוגברת על המיקרוביום? על מנת לאפיין את הרכב מיקרוביום המעי, נלקחו דוגמאות צואה מעכברים רגילים (זן בר) וממוטנטים Becn1^F121A. ריצוף גן ה-RNA הריבוזומלי 16S הראה שיש הבדל בהרכב המיקרוביום בין שני סוגי העכברים – בעכברים מוטנטים אוכלוסיית חיידקי המעי הייתה מגוונת יותר, והייתה נוכחות מוגברת של החיידק Akkermansia muciniphila, חיידק שחי בסביבה רירית. ידוע שלפקטורים כגון תנאי מחיה ודיאטה יש השפעה רבה על הרכב המיקרוביום, לכן נעשתה אותה אנליזה גם לצואת עכברים מבית חיות בארה"ב והתקבלו תוצאות דומות.

לבסוף רצו החוקרים להבין אם המוטנטים Becn1^F121A מוגנים טוב יותר מפני מחלות מעי דלקתיות וזיהומיות לעומת עכברים רגילים, והתשובה הייתה חיובית. חוקרים טיפלו בעכברים ב-dextran sulfate sodium הידוע כגורם לדלקת במעי, ובעקבות הטיפול מוטנטים פיתחו תסמיני דלקת פחות חמורים בהשוואה לעכברים רגילים. יתרה מזאת, גם במקרה של הדבקה בחיידק הידוע כמחולל מחלת מעי דלקתית, המוטנטים Becn1^F121A לא פיתחו דלקת, בניגוד לעכברים מזן בר.

גילוי מעניין נוסף היה שמיקרוביוטה יכולה להגן מפני דלקת במעי באופן חלקי בלבד – לעכברים נקיים ממיקרואורגניזמים "הושתל" מיקרוביום של עכברי Becn1^F121A באמצעות השתלת צואה. בשלב הבא העכברים טופלו ב-dextran sulfate sodium. אומנם העכברים המושתלים פיתחו תסמיני מחלה המאפיינים דלקת במעי, אך הפגיעה ברקמת המעי הייתה מתונה יותר לעומת קבוצת ביקורת – עכברים ש"הושתל" בהם מיקרוביום של עכברים רגילים.

לסיכום, ד"ר שי בל ועמיתיו הראו בעבודתם שאוטופאג'י מבקר את הפרשת הריר מתאי גביע על ידי הקלת הסטרס על ER המופעל על ידי המיקרוביום. כמו כן, תוצאותיהם מספקות הסבר אפשרי לשאלה מדוע בקרב אנשים הסובלים ממחלות מעי דלקתיות יש שכיחות גבוהה של מוטציות בגנים הקשורים לתהליך האוטופאג'י. הבנה טובה יותר של הבקרה על תהליך הפרשת הריר במעי תאפשר לחוקרים ולרופאים למצוא דרך שתסייע לחולים הסובלים ממגוון מחלות מעי דלקתיות ואולי אף תרפא אותם.

תוצאות עבודה זו פורסמו בעיתון היוקרתי "Cell Host & Microbe".