Вы делаете глоток воды, но внезапно разражаетесь неконтролируемым кашлем — ваш напиток «попал не в ту трубу». Оказывается, эта знакомая защитная реакция провоцируется редкими крошечными клетками в ваших дыхательных путях, обнаружили учёные в ходе нового исследования на мышах.
Это открытие может помочь проложить путь к новым методам лечения респираторных заболеваний, написали Зиай Чжу (Ziai Zhu) и Синь Сун (Xin Sun) из Калифорнийского университета в Сан-Диего в комментарии к исследованию. Исследователи, стоящие за этой работой, предполагают, что это может быть полезно, например, для лечения хронического кашля или профилактики пневмонии.
Когда жидкость попадает в трахею, ведущую к лёгким, вместо того, чтобы проглатываться по пищеводу в желудок, организм автоматически запускает защитные механизмы. К ним относятся кашлевой рефлекс, который выбрасывает жидкость из трахеи, и глотательный рефлекс, который заглатывает её в желудок.
Эти рефлексы помогают как можно скорее удалить любую вдыхаемую жидкость из дыхательных путей, чтобы защитить нежные ткани лёгких, которые позволяют нам дышать. Если эти защитные механизмы дают сбой, бактерии, содержащиеся во вдыхаемой жидкости, потенциально могут спровоцировать инфекцию и воспаление в лёгких, известное как пневмония. Кислотный рефлюкс вызывает аналогичный набор рефлексов, когда содержимое желудка непреднамеренно перемещается обратно по пищеводу.
Эти рефлексы срабатывают благодаря нервам в дыхательных путях, которые передают сигналы опасности в мозг. Но эти нервы не делают это в одиночку — теперь учёные показали, что нервам протягивают руку помощи специальные клетки в слизистой оболочке, или эпителии, голосовых связок и трахеи. Эти клетки известны как нейроэндокринные клетки, и они считаются редкими, потому что составляют менее 0,5% эпителия дыхательных путей.
В новом исследовании на мышах, опубликованном в четверг (18 апреля) в журнале Science, учёные показали, что эти клетки ощущают как воду, так и кислоту в верхних дыхательных путях. В ответ они выделяют химическое вещество под названием АТФ, которое затем активирует нервы, посылающие сигналы в мозг.
Уже было известно, что эти нейроэндокринные клетки находятся в верхних дыхательных путях, потому что в редких случаях эти клетки в состоянии привести к возникновению опухолей в голосовых связках. Однако клетки на самом деле не изучались с точки зрения того, что они могут ощущать, рассказала Live Science Лаура Зеехольцер (Laura Seeholzer), соавтор исследования и постдокторант по физиологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
«Приступая к этому исследованию, я обычно предполагала, что большая часть этого [кашлевого] рефлекса управляется сенсорными нейронами, — сказала Зеехольцер. — Поэтому, когда я обнаружила, что эти редкие эпителиальные клетки также улавливают эти стимулы и что они взаимодействуют с нервной системой, меня как бы осенило: «О, эти клетки тоже могут быть очень важными».»
Чтобы ещё раз взглянуть на клетки, Зеехольцер и её коллеги извлекли их из лёгких, голосовых связок и верхних и нижних дыхательных путей мышей. Они исследовали клетки в лаборатории, чтобы выяснить, какие из их генов были активны и какие стимулы заставляли их испускать химические сигналы.
Они обнаружили, что нейроэндокринные клетки голосовых связок и трахеи реагировали на воду и кислоту, тогда как клетки лёгких реагировали на давление, как было показано в предыдущих исследованиях. При активации эти клетки выделяют АТФ, который, по крайней мере, в тканях мышей в лабораторной посуде, включает сенсорные нейроны, инициирующие глотательные и кашлевые рефлексы.
В ходе отдельных экспериментов на живых мышах команда выявила, что активация этих специфических нейроэндокринных клеток в голосовом аппарате и трахее заставляет грызунов глотать и кашлять. С другой стороны, мыши, генетически модифицированные для отсутствия этих клеток, с меньшей вероятностью глотали воду, попадавшую в дыхательные пути, чем мыши, у которых нейроэндокринные клетки были неповреждёнными.
Поскольку эти клетки, по-видимому, отыгрывают ключевую роль в запуске данных защитных рефлексов, вполне вероятно, что их дисфункция может частично объяснить, почему некоторым людям трудно глотать или часто вдыхать воду в свои дыхательные пути, сказала Зеехольцер. Старение, например, может повысить вероятность того, что люди случайно вдохнут пищу или воду, потому что в этом случае их кашлевой рефлекс может давать сбой.
Недавние исследования показали, что небольшие молекулы, которые блокируют соединение АТФ с конкретным рецептором, могут уменьшить кашель у людей с хроническим кашлем. Ранее было обнаружено, что активация этого рецептора, называемого P2X, вызывает у мышей глотательные рефлексы, что подтверждает идею о том, что он является ключом к обоим рефлексам.
P2X также является рецептором, с которым взаимодействуют нейроэндокринные клетки в новом исследовании. Таким образом, новые результаты могут помочь найти новые методы лечения хронических состояний кашля, сказала Зеехольцер.
Но, учитывая, что новое исследование проводилось исключительно на мышах, теперь команда планирует изучить эти нейроэндокринные клетки у людей. По словам Зеехольцер, у людей они надеются ответить на вопрос о том, изменяются ли эти клетки с возрастом или в результате хронического курения.
