Longbasale cel
_cells._Cropped.jpg)
Longbasale cellen bevinden zich in het epitheel van de longen, zijn vastgehecht aan en bekleden het basaal membraan.[1] Ze ontstaan uit de longstamcellen.
Longbasale cellen zijn de multipotente voorlopercellen van het epitheel van de luchtwegen en kunnen differentiëren voor het aanvullen van alle epitheelcellen, inclusief de pneumocyten en slijmbekercellen.[2][3] Dit herstelt de beschermende functies van de epitheelbarrière.[3]
Longbasale cellen hebben een grote celkern, weinig organellen en verspreide microvilli.[1] Longbasale cellen zijn de eerste cellen die worden aangetast door blootstelling aan sigarettenrook. Hun desorganisatie is verantwoordelijk voor de grote veranderingen in de luchtwegen die kenmerkend zijn voor COPD.[4]
Het aantal longbasale cellen is het hoogst in de grote luchtwegen en neemt steeds verder af in de kleinere luchtwegen. Hun percentage in de luchtpijp is 34%, in de grote bronchi 27% en in de grootste bronchioli 10%.[1] Longbasale cellen kunnen een aantal verschillende receptoren tot expressie brengen, met name EGFR.[1]
Van longbasale cellen afkomstige voorlopercellen worden aangetroffen als intermediaire cellen (ook bekend als parabasale of onbepaalde cellen) tussen de longbasale cellen en de gedifferentieerde cellen.[1]
Rol van longbasale cellen als voorlopercellen
Na activering verhogen langzaam delende basale luchtwegcellen hun proliferatiesnelheid en worden ze snel delende parabasale cellen. Parabasale cellen differentiëren en verliezen de expressie van de basale celmarker Tp63 en krijgen de expressie van de luminale marker Krt8 terug. Activering van Notch-signalering bepaalt het lot van epitheelcellen richting secretoire (bronchiolaire- en slijmbekercel) of type II-pneumocyten, waarvoor het niveau van Notch2-signalering doorslaggevend is. Differentiatie van de type II-pneumocyten omvat het optreden van een voorbijgaande toestand, aangeduid als deuterosomale cellen, gekenmerkt door een massale biogenese van centriolen (d.w.z. het deuterosoom), wat een cruciale stap is in multiciliogenese (3). Aan de andere kant kunnen basale cellen in de luchtwegen ook direct differentiëren tot longionocyten (FoxI1+ en Cftr+), neuro-endocriene cellen (CHGA+ en CGRP+) of borstelcellen (Pouf2f2+ en Trpm5+). Het is echter nog onduidelijk welke signaalroutes bij deze cellen betrokken zijn. Bovendien vormen in specifieke plaveiselepitheelstructuren, de zogenaamde "Hillocks" Tp63+/Krt13+ longbasale cellen, Scgb1a1+/Krt13+ bronchiolaire cellen.[5]
 |
 |
 |
Functie
Algemeen
Longbasale cellen zijn de voorlopercellen van alle cellen in het luchtwegepitheel. De type II-pneumocyten en secretoire cellen die de epithele barrière vormen en functioneren in de mucociliaire klaring, zijn terminaal gedifferentieerd, wat betekent dat ze zichzelf niet kunnen vernieuwen. Deze cellen zijn kwetsbaar voor beschadiging en de longbasale cellen kunnen beschadigde cellen vervangen door differentiatie.[3]
Het epitheel van de luchtwegen verandert doorgaans vrij langzaam, waarbij de longbasale cellen zich in een rusttoestand bevinden en slechts enkele intermediaire cellen zichtbaar zijn.[3] Als reactie op beschadiging van de gedifferentieerde cellen, of op stress veroorzaakt door roken, worden de longbasale cellen actief, prolifereren ze en vormen ze klonale plekken, waardoor het aantal intermediaire cellen toeneemt.[3][1] Bij activering verkrijgen de longbasale cellen schade-geassocieerde fenotypen om differentiatie naar het specifieke celtype dat beschadigd is mogelijk te maken.[3] De intermediaire cellen differentiëren onder controle van FOXJ1 tot type II-pneumocyten; en in secretoire cellen onder controle van Notch-signalering, en de transcriptiefactoren SPDEF en FOXA3.[1] De regeneratie van cellen kan normaal zijn of, in het geval van rokers, kan de regeneratie plaatsvinden met veranderde histologische fenotypes.[1]
Longbasale cellen kunnen ook een afweerfunctie vervullen door mediatoren van het aangeboren immuunsysteem, zoals RNase7, een antimicrobieel peptide, te reguleren.[3] RNase7 bemiddelt weefselherstel en de productie van ontstekingscytokinen, geïnduceerd door tabaksrook of door microbiële patroonherkenning. Dit wordt gezien als een mogelijke afweerreactie van longbasale cellen op letsel dat geassocieerd zou worden met een microbiële aanval.[3] De reactie vereist signalering via EGFR, dat sterk tot expressie komt in longbasale cellen.[3] Andere mediatoren van het aangeboren immuunsysteem zijn onder andere bèta-defensine 2 en lipocaline-2; pro-inflammatoire cytokinen, interleukinen IL6 en IL8; en chemokine CCL20.[3]
De feitelijke herkenning van microbiële patronen vindt plaats in secretoire en type II-pneumocyten via Toll-like receptoren en dit kan de proliferatie en differentiatie van longbasale cellen stimuleren om beschadigd weefsel te herstellen.[3]
Interactie tussen longbasale cellen en macrofagen
Interactie tussen longbasale cellen en macrofagen door respectievelijk ILC2's en regulatoire T-cellen (Treg's) bij epitheelbeschadiging. Wanneer de epitheelbarrière beschadigd is, kunnen pathogenen of andere omgevingsfactoren de subepitheliale ruimte binnendringen en worden deze door macrofagen via PRR's waargenomen. Macrofagen worden geactiveerd en brengen pro-inflammatoire mediatoren tot expressie, waaronder IL-1β, TNFα en IL-6. Deze mediatoren worden door de longbasale cellen via hun respectievelijke receptoren waargenomen en stimuleren de differentiatie van de longbasale cellen. Op hun beurt produceren de longbasale cellen EGF-liganden die de activering van macrofagen nog verder stimuleren. Longbasale cellen en andere epitheelcellen kunnen epitheelbeschadiging waarnemen wanneer ze zich in de nabijheid bevinden en zullen als reactie IL-33, IL-25 en TSLP tot expressie brengen. Deze mediatoren activeren vervolgens ILC2's en stimuleren hun expressie van AREG (Amfireguline). AREG wordt waargenomen door de longbasale cellen en leidt tot ECM-afzetting en proliferatie van de longbasale cellen. Treg-cellen worden geactiveerd na epitheelbeschadiging en produceren TGF-β, IL-10, AREG en KGF. Terwijl TGF-β EMT in basale cellen induceert, wat leidt tot verhoogde beweeglijkheid en ECM-afzetting die zich over de wond verspreidt en een voorlopige barrière vormt, stimuleren IL-10, AREG en KGF de expansie van longbasale cellen vóór volledig herstel van het epitheel.[5]
Disfunctie
_(33114415716).jpg)
Na beschadiging van het luchtwegepitheel kunnen de longbasale cellen geïnfecteerd raken met het respiratoir syncytieel virus. Wanneer dit gebeurt, kan de longbasale cel scheef staan, waardoor de differentiatie van slijmbekercellen wordt bevorderd ten opzichte van die van type II pneumocyten. De normale verhouding tussen type II pneumocyten en slijmbekercellen is 10:1 en deze verhouding wordt in het grootste deel van de luchtwegen sterk gereguleerd.[3] Wanneer deze verhouding op deze manier verstoord raakt, leidt dit tot de slijmhyperplasie die geassocieerd wordt met een aantal luchtwegaandoeningen, vanwege de onvoldoende trilhaarwerking die nodig is voor slijmverwijdering. De afgifte van antimicrobiële middelen kan optreden als tweedelijnsverdediging bij celdifferentiatie.[3][6]
Verstoring van de tight junction-barrière is een veelvoorkomend kenmerk van astma en van aan roken gerelateerde luchtwegaandoeningen. De aanhoudende activering van de aangeboren immuunreactie in longbasale cellen kan bijdragen aan de karakteristieke chronische ontsteking die bij deze aandoeningen wordt gezien.[3]
Klinische betekenis
De hyperplasie van de longbasale cellen in de luchtwegen is de vroegste indicatie van een aan roken gerelateerde afwijking in de longen.[4][1] Dit wordt gevolgd door verkorte trilhaartjes, verlies van trilhaartjes, hyperplasie van de slijmbekercellen en verlies van celverbindingen, wat leidt tot een lekkende epitheelbarrière. Door aanhoudende stress door roken raken de longbasale cellen ontregeld en verliezen ze hun regeneratieve vermogen om de barrière te herstellen. De ontregelde longbasale cellen blijken verantwoordelijk te zijn voor de grote veranderingen in de luchtwegen die kenmerkend zijn voor COPD en kunnen bij aanhoudende stress een kwaadaardige transformatie (longkanker) ondergaan. Studies hebben aangetoond dat de initiële ontwikkeling van emfyseem zich concentreert op de vroege veranderingen in het luchtwegepitheel van de kleine luchtwegen.[1] De longbasale cellen raken verder ontregeld tijdens de overgang van een roker naar klinisch gedefinieerde COPD.[1]
Longbasale celdisfunctie veroorzaakt overproductie en secretie van slijm en een verminderde slijmafvoer, wat leidt tot de karakteristieke kenmerken van slijmhypersecretie en productieve hoest bij chronische bronchitis en chronische obstructieve longziekte (COPD).[7] Slijmophoping bij COPD beïnvloedt de longfunctie, kwaliteit van leven, exacerbaties, ziekenhuisopnames en sterfte, in negatieve zin.[7]
Als reactie op een virusinfectie kunnen de longbasale cellen worden geactiveerd om een verhoogde productie van interleukine 33 en mucines te produceren en deze geactiveerde cellen kunnen een langlevende populatie vormen die chronische ontstekingen bevordert;[8] dit kan van invloed zijn op het optreden van een exacerbatie van COPD.[7]
Zie ook
- Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Airway basal cell op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Crystal, RG (15 december 2014). Airway basal cells. The "smoking gun" of chronic obstructive pulmonary disease.. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 190 (12): 1355–62. PMID 25354273. PMC 4299651. DOI: 10.1164/rccm.201408-1492PP.
- ↑ Weinberger, S (2019). Principles of pulmonary medicine, Seventh. Elsevier, p. 67. ISBN 9780323523714.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Shaykhiev, R (October 2015). Multitasking basal cells: combining stem cell and innate immune duties.. The European Respiratory Journal 46 (4): 894–7. PMID 26424520. PMC 4732698. DOI: 10.1183/13993003.00521-2015.
- 1 2 Shaykhiev, R, Crystal, RG (December 2014). Early events in the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease. Smoking-induced reprogramming of airway epithelial basal progenitor cells.. Annals of the American Thoracic Society 11 (Suppl 5): S252-8. PMID 25525728. PMC 4298974. DOI: 10.1513/AnnalsATS.201402-049AW.
- 1 2 Ruysseveldt E, Martens K and Steelant B (2021) Airway Basal Cells, Protectors of Epithelial Walls in Health and Respiratory Diseases. Front. Allergy 2:787128. doi: 10.3389/falgy.2021.787128 Open-access
- ↑ Amatngalim, GD, van Wijck, Y, de Mooij-Eijk, Y, Verhoosel, RM, Harder, J (1 april 2015). Basal cells contribute to innate immunity of the airway epithelium through production of the antimicrobial protein RNase 7.. Journal of Immunology 194 (7): 3340–50. PMID 25712218. DOI: 10.4049/jimmunol.1402169.
- 1 2 3 Ramos, FL, Krahnke, JS, Kim, V (2014). Clinical issues of mucus accumulation in COPD.. International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease 9: 139–50. PMID 24493923. PMC 3908831. DOI: 10.2147/COPD.S38938.
- ↑ Hiemstra, PS, McCray PB, Jr, Bals, R (April 2015). The innate immune function of airway epithelial cells in inflammatory lung disease.. The European Respiratory Journal 45 (4): 1150–62. PMID 25700381. PMC 4719567. DOI: 10.1183/09031936.00141514.
