Imunologija

Receptori za gorko i slatko deo urođene odbrane organizma

„Zamislite najgoru prehladu koju ste imali u životu. Nos vam je skroz zapušen, teško dišete. Osećate pritisak u sinusima i boli vas cela glava. Ne možete da mirišete, tako da uzimanje hrane izgleda kao žvakanje kartona, muka vam je i osećate se bedno. Sada zamislite tu situaciju gde simptomi skoro prođu za nedelju ili dve, ali se uvek vrate. Nikad niste slobodni!“

Nažalost, ovo je stvaran život ljudi sa hroničnim sinuzitisom, odnosno hroničnim rinosinuzitisom. Ovo je bolest koja zahvata sluzokožu nosa i drugih organa gornjih partija disajnog puta. Mnogima kao terapija propisuju se stalno antibiotici i steroidi. Kod onih gde lekovi ne deluju, dalje lečenje podrazumeva delikatnu operaciju kako bi se sanirala inficirana sluzokoža gornjih puteva i sinusa. Danas, ovakve operaciju su mnogo česte zbog preterane upotrebe antibiotika te su bakterije postale otpornije. U SAD jedan od pet recepata za antibiotike je za odraslu osobu sa rinosinuzitisom, tako da je bolest ušla u začaran krug (tzv. circulus vitiosus), jer doprinosi stvaranju opasnih bakterija koje su rezistentne na većinu antibiotika poput meticilin rezistentnog Staphylococcus aureus-a (tzv. MRSA).

Kako bi prekinuli ovaj krug, naučnici pokušavaju da shvate odbrambene mehanizme protiv infekcije koje koriste epitelne ćelije sluznice gornjih disajnih puteva. Prosečna osoba udiše više od 10,000 litara vazduha dnevno, većinu kroz nos. Vazduh sadrži mnogobrojne bakterije, viruse i gljivice. Nos je prva linije odbrane. Svaki put kada udahnemo čestice prašine, virusi, bakterije spore gljivica dospevaju u disajni put. Na sreću, većina ljudi diše slobodno bez ikakvih disajnih problema.

Novo otkriće naučnika ukazuje da zapravo postoji mogućnost da je problem možda, doslovno na našem jeziku. Zapravo je reč o receptorima za ukus, koji detektuju gorko. Otkrivena je još jedna njihova uloga – odbrana od bakterija. Istraživanje je pokazalo da se ovi receptori nalaze i u nosu gde pokreću tri odgovora protiv bakterija:

  1. šalju signale za aktiviranje cilija kako bi odstranili uljeza,
  2. deluju na ćelije da oslobode azot-monoksid koji će ubiti bakterije,
  3. upućuju signal ka drugim ćelijama da oslobode antimikrobne proteine – defenzine.

Čak šta više, naučnici su našli receptore ne samo na jeziku i u nosu, već u celom disajnom putu kao i u srcu, plućima, crevima  i još nekim organima. Posle ovog otkrića, naučnici veruju da su ovi receptori deo urođene odbrane imunog sistema koji je drugačiji ali potencijalno brži od dejstva antitela i imunih ćelija što cirkulišu organizmom. Imunom sistemu su potrebni sati ili čak dani da stvori specifična antitela protiv virusa ili bakterija. Dok je reakcija receptora više generalizovana i nespecifična, ali se odvija u roku od par minuta (pravi rano – odbrambeni sistem).

Slika 1. Lokalizacija receptora za slatko i gorko u telu. Pink bojom obeleženi su receptori za slatko; zelenom receptori za gorko; na mestu gde je plava boja nalaze se obe vrste receptora.

 

Ukus ukazuje na opasnost

Receptori za ukus su kao čuvari koji reaguju na supstance koje ulaze u naše telo. Oni deluju na ćelije ispod njih da pošalju signal mozgu sa informacijama o hrani koju u jedemo, o njenoj vrsti i potencijalnoj toksičnosti. Na jeziku se nalaze kvržice koje registruju pet osnovnih ukusa: gorko, slatko, slano, kiselo i pikantan ukus poznat kao umami. Usta su kao kapija digestivnog sistema, te se čulo ukusa ponaša kao njen čuvar od koga dobijamo informacije o hrani koju jedemo tako odlučujemo da li prolazi u sistem organa za varenje ili ne (ako je recimo pokvarena ili nam se ne dopada). Kvržice za gorak ukus mogu da otkriju otrovne supstance nekih biljaka, uključujući i neke alkaloide kao što su nikotin i strihnin. Ukus koji danas opisujemo kao gorak mozak ga percepira kao neugodan jer su receptori evoluirali i registuruju potencijalno štetne supstance.

Rano upozorenje je ključ opstanka, što je možda razlog za postojanje mnogo različitih receptora za gorko. Za slatko, slano, kiselo i umami postoji po jedan tip receptora za svaki, ali za gorko postoji bar 25 vrsta receptora. Poznati su kao receptori tip 2 (eng. T2Rs). Oni su najverovatnije evoluirali da nas zaštite od gutanja raznoraznih otrova.

Rana sumnja o ulozi T2R receptora negde drugde u telu pojavljuje se 2009. godine, kada su naučnici sa Univerziteta u Ajovi (eng. University of Iowa) otkrili spomenute receptore na epitelnim ćelijama u disajnim putevima. Lepljiv sloj mukusa na vrhu ovih ćelija hvata mikrobe i čestice kada udahnemo. Zatim tanke cilije na ćelijama zamahuju osam do petnaest minuta svake sekunde sinhronizovano da pomere iritanse ka ždrelu gde se gutaju ili bivaju ispljunuti. Tim iz Ajove je otkrio da cilije u plućima čoveka rade brže kada je T2R receptor stimulisan gorkim, sugerišući da ovi receptori pomažu da se disajni put brže očisti od potencijalno opasnih udahnutih čestica koje u ustima izazivaju gorak ukus.

Istovremeno, naučnici sa Univerziteta u Koloradu (University of Colorado Anschutz Medical Capmus) su proučavali receptore za gorko, i otkrili poseban tip ćelije u nosu pacova koja reaguje sa iritansima.  Otkrivene ćelije su zapravo solitarne hemosenzorne. One postaju aktivnije kada detektuju bakterijske molekule kao što su acil-homoserinski lakton (eng. acyl-homoserine lactones – AHL). Ovaj bakterijski signalni molekul oslobađaju opasne Gram-negativne bakterije kada formiraju biofilm. Istraživači iz Kolorada su dokazali da molekuli AHL-a iz biofilma stimulišu aktivnost hemosenzornih ćelija. Tako da je AHL prva bakterijska supstanca koja stimuliše ćelije sa receptorom za gorko, što je i dokazano, i na ovaj način podržavajući teoriju da ovi receptori reaguju na uljeza.

Zaintrigirani ovim otkrićima, naučnici su pokrenuli istraživanje u potrazi za receptorima za ukus u nazalnim epitelnim ćelijama u čoveka 2011. godine, sarađujući sa ekspertima za ukus iz specijalizovanog instituta za istraživanja mirisa i ukusa (eng. Monell Chemical Senses Center) u Filadelfiji. U početku projekat je bio mali. Krenuo je sa ciljem potrage receptora za gorko u nazalnim ćelijama koje su našli kolege iz Ajove u plućima. Ali ubrzo projekat je dobio na važnosti jer su pronađeni nagoveštaji koji povezuju receptore za ukus i rinosinuzitis.

 

Superreceptori

U ovom istraživanju istraživači su se posebno fokusirali na jedan receptor za gorko, T2R38, najbolje proučen iz T2R porodice. U čoveka T2R38 protein ima više podvrsta koji se malo razlikuju zbog razlike u genima koji kodiraju te proteine. Oni pronašli mnoge podtipove u cilijama u nosu i sinusima. Otkriće mnoštva ovih receptora navodi ih na istraživanje kako različiti tipovi T2R38 utiču na ponašanje ćelija u sinusima i nosu. Dva tipa imaju dramatično različit efekat na ukus kada se nalaze na jeziku. Jedan tip je veoma osetljiv detektor za ukus u ustima, dok drugi ne reaguje uopšte. Oko 30 procenata pripadnika bele rase nasleđuju dve kopije gena za neosetljiv T2R38 receptor (po jedan od svakog roditelja), ovakve osobe ne mogu da osete određene gorke supstance. Ali oko 20 procenata belaca nasleđem dobijaju dve kopije gena koji aktiviraju T2R38, te ove osobe mnogo intenzivnije osećaju gorka jedinjenja. Oni sa kopijom jednog gena nalaze se negde između ove dve grupe.

Ispitujući tkivo dobijeno sa operacija sinusa i nazalne sluzokože, naučnici su uporedili ponašanje nazalnih ćelija koje imaju jedan ili oba gena, prethodno su sekvencirali njihove gene. Da bi aktivirali receptore, ćelije su izložene delovanju feniltiokarbamida (eng. phenylthiocarbamide – PTC), koji je često korišćen za ispitivanje T2R38. Uvideli su da ćelije sa oba gena aktiviraju T2R38 i stvaraju veliku količinu azotmonoksida, dok ćelije koje nemaju gene za aktivaciju pomenutog receptora ne stvaraju ovaj molekul.

Ovo otkriće ide u prilog teoriji o povezanosti čula ukusa i imunog sistema. Azotmonoksid na dva načina deluje protiv bakterija u disajnim putevima. Stimuliše ćelije da ubrzaju rad cilija. I direkto ubijaju bakterije. Ovaj molekul prelazi u gasno stanje, brzo difunduje iz ćelije direktno u mukus, a zatim u bakteriju gde oštećuje membrane, enzime i DNK. Obično sinusi stvaraju veliku količinu azotmonoksida koji putuje kroz disajni put i sprečava infekcije.

bakterije, azot monoksid, cilije
Slika 2. Odbrana posredovana receptorima za gorko. Kada se nađe u sluznici nosa Gram-negativna bakterija (1) oslobodi AHL molekule (2). Molekule identifikuju receptori za gorko iz grupe T2R38s koji se nalaze na cilijama (3). Aktiviran receptor stimuliše nazalne epitelne ćelije da oslobode azot oksid (4). Gas difunduje u bakterije i ubija ih (5). Cilije zamahuju gore-dole kako bi se oslobodile bakterije (6).

Ova dva načina antibakterijskog delovanja navode na razmišljanje da različiti podtipovi T2R38 receptora mogu da menjaju osetljivost osoba na infekcije gornjih respiratornih puteva. Ispitivanja u laboratoriji osim što su dokazali da nadražajem ćelija preko T2R38 receptora stvaraju veliku količinu azotmonoksida i ubrzavaju rad cilija, potvrdili su još i da acil-homoserinski lakton deluje na spomenute receptore kod ljudi kao što deluje i kod pacova, tj. aktivira ih. Dok AHL ne deluje na ćelije koje nemaju aktiviran pomenut receptor. Ćelije sa aktivnim T2R38 receptorom su mnogo efikasnije u ubijanju bakterija koje luče AHL. Na kraju ispitivanja pametni umovi zaključuju da T2R38 receptore za gorko koriste epitelne ćelije disajnih puteva da otkriju bakterijske aktivnosti i da aktiviraju odbrambene mehanizme.

Od otkrića T2R38 cilijarnih receptora na nazalnim epitelnim ćelija u ljudi, znanje o ulozi receptora za ukus u nosu se još više nadogradilo. Ovi receptori takođe su pronađeni u solitarnim hemosenzornim ćelijama u nosu kod ljudi, koji su slični onim u nosu miševa. Ove ćelije se nalaze pojedinačno duž cele nazalne šupljine i čine 1% ćelijske populacije u nosu. Ćelije imaju i T2R receptore za gorko i T1R receptore za slatko. Kada su stimulisani T2R receptori otkrili smo da solitarne ćelije signaliziraju okolnim ćelijama da oslobode antimirobne proteine. Defenzini mogu da ubiju mnoge opasne bakterije poput P. aeruginosa i MRSA-a.

Stimulisani receptori za slatko deluju tako što gase aktivnost receptora za gorko, verovatno da bi sprečili da ćelije izluče previše defenzina. Receptori za slatko su već pronađeni u drugim delovima tela, kao naprimer u pankreasu gde percipiraju nivo glukoze u krvi i stimlišu ćelije pankreasa da oslobode insulin. Otkriće ovih naučnika dokazuju da u nazalnim ćelijma receptori za gorko i slatko imaju suprotne uloge.

Sprovedeni eksperimenti su pokazali da su receptori za ukus deo rane odbrane od infekcija u disajnim putevima, odnosno da su deo urođene odbrane organizma. Ovi receptori su drugačiji od do sada dobro proučenih klasa proteina za rano upozorenje kao što su tolovi receptori (TLR). Tolovi receptori aktiviraju imuni odgovor kada su stimulisani bakterijskim molekulima, kao i T2R receptori. Ali postoji bar jedna važna razlika: TLR receptori su dosta sporiji. Da njihova stimulacija dovede do stvaranja antitela protiv uzročnika potrebno je da prođe nekoliko sati ili čak dana. Dok T2R38 i njemu slični receptori, rade mnogo brže, u sekundama ili minutima. Novootkriveni receptori su važni za borbu protiv akutnih infekcija. Drugi imuni receptori su važni za borbu protiv hroničnih infekcija, gde pozivaju pojačanje kada akutni odgovor nije dovoljan.

defenzini, bakterije, kalcijum
Slika 3. Uzajamno delovanje receptora za gorko i slatko. Solitarne hemosenzorne ćelije (1) sadrže receptore za gorko T2R (2) i receptore za slatko (3). Bakterija (4) stvara gorko jedinjenje koje se veže ta T2R receptore (5). Aktiviran receptor deluje na solitarnu ćeliju da sekretuje kalcijum (Ca). Kalcijum signalizira okolnim ćelijama da oslobađaju defensine (6). Ova jedinjenja ubijaju bakterije (7). Koncentracija glukoze se povećava jer nema bakterije koje je troše (8). Višak glukoze detektuju receptori za slatko i umanjuju aktivnost receptora za gorko (9). Pretpostavlja se da receptori za slatko kontrolišu imuni odgovor receptora za gorko.

 

Osetljive osobe

Zbog velikog broja genetskih varijanti u T2R receptora za gorko, njihova uloga u imunosti još uvek nije u potpunosti istražena. Većina od 25 podtipova receptora za gorko imaju genetske varijacije koje povećavaju ili smanjuju njihovu sposobnost, tako da su osobe koje ih imaju, više ili manje osetljivi na gorke supstance. Ako je reakcija na gorčinu uisitnu deo imunog sistema koja nas štiti od bakterija, ove genetske varijacije mogu stvoriti različite načine pomoću kojih se ljudi bore protiv infekcija. Pojačana funkcija receptora za gorko može dovesti do efikasnijeg odgovora protiv infekcije, dok smanjena funkcija uzrokuje suprotno.

Nova otkrića vezana za receptore za gorko nas vraćaju na osobe sa rinosinuzitisom, te su sprovedena određena istraživanja. Osobe koje imaju aktivne T2R38 receptore najčešće nisu imale rinosinuzitis, nisu imune na bolest ali su mnogo ređe obolevali od nazalnih infekcija uzrokovanih Gram-negativnim bakterijama, nego osobe sa neaktivnim receptorima. Ovakav nalaz ima smisla jer Gram-negativne bakterija produkuje AHL, koji draži receptore i dolazi do oslobađanja azotmonoksida koji ubija bakterije. Druge bakterije ne luče AHL, i ne provociraju ovakav imuni odgovor.

Dalja klinička istraživanja ukazuju na ulogu T2R38 u sinuzitisima. Dve studije na grupi ispitanika su sprovedeni u Pensilvaniji i pokazale su da osobe sa dve kopije gena za T2R38 imaju manju verovatnoću da obole od teškog rinosinuzitisa nego pacijenti sa dve kopije gena koje ne aktiviraju receptore ili pacijenti sa jednom kopijom aktivnih gena. Studija otorinolaringologa (eng. Martin Desrosiers) sa Univerziteta u Montrealu (eng. CHUM) i kolega otkrila je da se geni koji na aktiviraju T2R38 receptor češće nalaze kod obolelih no kod zdravih osoba. Istraživanje je takođe otkrilo da je oblik rinosinuzitisa povezana sa još dva pod tipa T2R receptora: T2R14 i T2R29.

U drugim organima veza između receptora za ukus i imuniteta je potvrđena. Naime, 2014. naučnici su otkrili da dejstvom E. coli na hemosenzorne ćelije u urinarnim putevima dolazi do stimulacije T2R receptora koji deluju na mokraćnu bešiku da luči urin. Još jedna skorašnja studija je otkrila da leukociti, među njima neutrofili i limfociti koriste T2R38 receptore za detekciju AHL kog luči Pseudomonas.

Pametnim umovima ostaje još da otkriju koje supstance mogu da deluju na T2R receptore kao lek, odnosno da pojačaju imuni odgovor kako bi se rešili rinosinuzitisa. To bi mogle da bude raznorazne gorke supstance koje unosimo hranom i pijemo svaki dan poput humulona i lupulona iz određenih vrsta piva, izotiocijanati iz zelenog povrća kao što je prokelj, limonin iz citrusa. Dokazano je da absintin gorka supstanca izolovana iz pelena stimuliše T2R receptore na hemosenzornim ćelijma. Naučnici se nadaju da u budućnosti antibiotici neće biti jedina terapija protiv rinosinuzitisa, ukazujući na pomenute gorke supstance. I veruju da će genetsko ispitivanje T2R receptora predvidti infekcije.