Исследование изменений, связанных с тепловым стрессом, и восстановления кишечного барьера с использованием IPEC-J2 как модели эпителиальных клеток кишечника свиньи

Почему жаркая погода может нарушать работу кишечника

Волны жары становятся все более частыми, и они не только причиняют дискомфорт животным и людям; они также могут нарушать работу кишечника — главного входа для пищи и микробов в организме. В этом исследовании культивируемые в лаборатории клетки кишечника свиньи используются, чтобы выяснить, что происходит с защитным эпителием кишечника в период сильного тепла и что восстанавливается после понижения температуры. Поскольку пищеварительная система свиней близка к человеческой, эти результаты помогают понять, как экстремальная жара может повлиять на здоровье кишечника как у сельскохозяйственных животных, так и у людей.

Защитная стенка кишечника под давлением

Внутреннюю поверхность кишечника выстилает тонкий слой клеток, действующий как живая стена. Соседние клетки соединены белковыми «молниями» — плотными уплотнениями, а сверху располагается липкий слой слизи, который задерживает микробы и частицы. Вместе эти элементы удерживают вредные вещества внутри просвета кишечника, позволяя при этом питательным веществам попадать в организм. Когда этот барьер ослабевает, нежелательные молекулы и микроорганизмы могут просачиваться через него, что может привести к воспалению и болезни. Ученым известно, что высокие температуры нарушают эту систему в живых свиньях, но менее ясно, как сами клетки реагируют со временем и способны ли они восстановиться после волны жары.

Моделирование волны жары в чашке Петри

Чтобы имитировать волну жары, исследователи выращивали клетки кишечника свиньи при комфортной температуре, затем подвергали их повышенной температуре в течение пяти дней, после чего возвращали на пять дней к нормальной температуре. Они оценивали выживаемость клеток, долю клеточной гибели по программируемым путям, а также плотность барьера, измеряя электрическое сопротивление и прохождение небольших тестовых красителей через слой клеток. Кроме того, изучали два ключевых белка плотных уплотнений — ZO-1 и окклюдин — и продукцию слизи, сосредоточившись на главном компоненте слизи MUC2. Наконец, отслеживали признаки окислительного стресса — химического напряжения, вызванного реактивными молекулами, которые обычно накапливаются при нагреве — и измеряли активность антиоксидантной защиты и белков реакции на стресс.

Что делает жара с кишечным барьером

В течение пятидневного пребывания при высокой температуре клеточный слой кишечника демонстрировал явные признаки повреждения. Больше клеток проявляли признаки гибели, а барьер становился более проницаемым — небольшие молекулы красителя легче проходили между клетками. Белок ZO-1, который помогает связывать соседние клетки в их контактах, уменьшился по уровню и сместился внутрь клеток вместо аккуратного расположения на контактах, тогда как окклюдин изменился в меньшей степени. Число клеток, производящих слизь и отмеченных MUC2, снизилось, что указывает на истончение защитного слоя слизи. Одновременно нагретые клетки вырабатывали больше реактивных форм кислорода — признак окислительного стресса — и усиливали синтез нескольких защитных белков, включая антиоксидантные ферменты и шаперон HSP70. Такая картина свидетельствует о том, что эпителий кишечника испытывает напряжение: уплотнения и слизь ослаблены, но клетки активно пытаются защититься.

Насколько клетки могут восстановиться

После возвращения клеток к нормальной температуре на пять дней многие из этих изменений ослабли. Уровень клеточной гибели вернулся к значениям, наблюдавшимся у никогда не нагревавшихся клеток, а проницаемость для тестовых красителей снизилась до контроля. Электрическое сопротивление через клеточный слой даже увеличилось, указывая на более плотное уплотнение. Показатели и локализация ZO-1 и окклюдина улучшились, и большинство маркеров антиоксидантной активности, включая регулятор Nrf2 и несколько ферментов, вернулись в нормальный диапазон. Однако не все вернулось к исходным значениям. Клеток, положительных по MUC2, и, следовательно, предполагаемой продукции слизи, оставалось меньше, чем в не нагревавшихся образцах. Клетки также оставались более чувствительными к дополнительному окислительному воздействию, а уровни HSP70 фактически опустились ниже контрольных, что может указывать на измененную «память» ответа на стресс в восстановившихся клетках.

Что это означает для животных и людей

В целом исследование показывает, что воздействие, подобное волне жары, может временно повредить кишечный барьер, ослабив клеточные соединения, снизив продукцию слизи и увеличив химический стресс, но многие из этих изменений могут восстановиться после нормализации температуры. Вместе с тем некоторые механизмы защиты, особенно продукция слизи и способность клеток справляться с окислительным напряжением, в этой модели не восстанавливаются полностью, что предполагает, что повторяющиеся или продолжительные тепловые события могут сделать кишечник более уязвимым. Хотя работа выполнена на клетках свиньи in vitro, она подкрепляет идею о том, что защита животных и, возможно, людей от продолжительного сильного тепла может помочь сохранить здоровье кишечника в условиях более жаркого климата будущего.

Цитирование: Perruchot, MH., Boudry, G., Wiart-Letort, S. et al. Investigating alterations associated with heat stress and the recovery of the intestinal barrier using IPEC-J2 as an intestinal epithelial porcine cell model. Sci Rep 16, 15453 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45755-z

Ключевые слова: тепловой стресс, кишечный барьер, модель кишечника свиньи, окислительный стресс, продукция слизи