Hvordan styres levering af luminale stoffer i lamina propria?

På trods af tilstedeværelsen af en fysisk barriere på grund af slimlaget og epitelet, har det længe været forstået, at immunsystemet, der ligger til grund for SI villous epitel, ikke er uvidende om luminalindholdet, men i stedet overvåger kontinuerligt indholdet for at fremme tolerance over for uskadelige luminalantigener i stabil tilstand.39 Denne proces, kaldet oral tolerance, involverer induktion af perifert afledte inducerede T-regulerende celler (iTregs), der er specifikke for luminale antigener, som derefter er i stand til at undertrykke og forhindre inflammatoriske reaktioner. 40,41,42 Det indledende trin i denne proces er erhvervelse af luminal antigener af antigenpræsenterende celler (APC’er) i LP.43,44 Der er identificeret flere veje, ved hvilke luminale stoffer kan krydse epitelet inklusive paracellulær lækage, transcellu lar permeabilitet, M-celler og udvidelse af transepiteliale dendritter (TED’er) ved LP-APC’er.45,46 Paracellulær lækage er forbundet med og induceret af inflammation, 47 hvilket antyder, at selvom luminale stoffer kan krydse epitelet via paracellulær lækage, er dette muligvis ikke føre til induktion af tolerance. Luminale stoffer kan krydse epitelceller transcellulært efter endocytose af M-celler, skønt M-celler er sjældne uden for follikelassocieret epitel i SI og distal colon, hvor tolerance over for luminale stoffer induceres i steady state.48,49 Derudover tarmepitel celler har vist sig at endocytose luminale stoffer, selvom dette menes at bidrage mest til næringsstofabsorption.50 TED-forlængelse er ikke nødvendig for oral tolerance, da oral tolerance induceres hos mus, der mangler TED’er, 44,51 og oral tolerance induceres til luminal stoffer i det distale tyktarm, hvor TED-dannelse ikke er blevet observeret. 52,53 I modsætning hertil induceres TED’er ved mikrobiel sensing og øges under enterisk infektion, hvilket tyder på TEDs-udvidelse som en mekanisme for LP-APC’er til direkte at prøve luminalbakterier eller alternativt TEDs forlængelse kan være et trin i migrationen af APC’er i lumen for at sekvestre patogene bakterier.54,55,56,57,58

I modsætning til th Disse veje er der tegn på, at GC-transport af luminal antigen til LP-APC’er understøtter tolerance i steady state. Flere studier har observeret, at GC’er er endocytiske og i stand til at optage luminale stoffer; 59,60,61,62, men det blev først for nylig forstået, at denne proces kunne resultere i overførsel af luminale stoffer til LP-APC’er på en måde, der var i stand til at inducere adaptiv immunrespons.63 Denne proces, kaldet GAP-dannelse, forekommer i SI og distal colon i steady state, de steder i mave-tarmkanalen, hvor tolerance over for luminale antigener induceres, 53,64 men ikke i den voksne proximale colon , hvor tolerance over for luminale stoffer ikke induceres i steady state.64 Desuden krævede induktion af tolerance over for kommensale bakterielle antigener i for-fravænnende gastrointestinale GC’er og GAP’er.65 Mens de i øjeblikket ikke er udforsket, antyder disse observationer, at GC’er og GAP’er kan kræves også til induktion af tolerance over for diætantigener efter fravænning. Andre observationer i overensstemmelse med GAP’er som en vej, der fremmer tolerance over for luminale antigener, centrerer omkring den stramme regulering af GAP-dannelse. GAP’er induceres af ACh, der virker på den muscariniske ACh-receptor 4 (mAChR4) udtrykt på GC’er, hvilket udløser frigivelsen af mucingranulater gennem sammensat eksocytose.66 GAP-dannelse var ikke associeret med stimuli, der inducerede GC-sekretion ved primær exocytose.35,37,63 , 67 Den differentierede evne hos sekretagoger til at inducere GAP-dannelse indikerer, at GC’er kan udskille slim for at opretholde barrieren og ikke udsætte immunsystemet for luminale stoffer. Associeringen af GAP-dannelse med sammensat eksocytose, men ikke med stimuli, der inducerer sekretion ved primær exocytose, kan være en mekanisme, der gør det muligt for GC’er at opretholde slimbarrieren i indstillinger, hvor eksponering af immunsystemet for luminalindholdet ville være ufordelagtigt. Dette menes at være situationen i den voksne proximale tyktarm, hvor slimbarrieren opretholdes, men alligevel er GAP-dannelse sjælden, og GC’er reagerer mindre på ACh.37

Det er blevet vist, at den sekretoriske epitelcelle type enteroendokrine celler kan endocytose luminale antigener.61 Det er stadig at se, om andre sekretoriske celler, såsom Paneth-celler, også kan endocytose luminale stoffer, og om disse celler også kan bidrage til belastning af antigener på LP-APC’er og induktion af slimhindresponser .

Hvad er GAP’ernes rolle?

GAP-dannelse er blevet evalueret gennem tyndtarmen og tyktarmen og gennem det murine liv.GAP’er blev også fundet i sunde humane jejunal-resektioner opnået fra patienter, der gennemgår bariatrisk kirurgi.63 Mens rollen af ændret metabolisk status på GAP-dannelse stadig skal undersøges, fortolker vi samlet disse observationer for at indikere, at GAP’er introducerer luminale stoffer til slimhindens immunsystem inden for tarmens lamina propria (LP) som en del af normal fysiologi hos mus og mennesker.

Hvordan er GAP’er reguleret i tyndtarmen?

GC’er er til stede i tarmepitelet i tidlige dage efter fødslen; 68,69 dannes dog GAP’er først senere i livet, begyndende i SI omkring dag 18. Før dette hæmmes GAP-dannelse af phosphorylering af epidermal vækstfaktorreceptor (EGFR) i GC’er, som resulterer i aktivering af p42 / p44 MAPK, der undertrykker GC’ers evne til at reagere på ACh til dannelse af GAP’er (tabel 1) .37 Inden fravænning af direkte ligering af EGFR ved vækstfaktorer, såsom EGF, inhiberede GAP-dannelsen. Disse vækstfaktorer kan udskilles i modermælk og findes i høj koncentration i tarmens lumen i det tidlige liv og er også nødvendige for korrekt tarmvækst i de tidlige dage af livet og beskyttelse mod patogeninduceret vævsskade. 70,71,72

Efter livsdag (DOL) 18, GAP-dannelse i SI fortsætter i hele voksenalderen. GAP-dannelse og antigenafgivelse i SI aktiveres eller inhiberes hverken af kommensmikrobiota, 37,53, og der er ingen ændring i GAP-dannelse i SI hos kimfrie mus eller mus på antibiotika.37 Under patogene infektioner er GAP-dannelse imidlertid i SI bliver hæmmet, hvor 73 antigenafgivelse til SI LP ophører i en tid med øget nød. Inhibering af GAP’er under Salmonella-infektion krævede Myd88-aktivering af EGFR-banen via IL1β, der virkede på IL1-receptoren. 74 GAP-inhibering under Salmonella-infektion var hurtig og nødvendig for at forhindre øget spredning af Salmonella til de drænet lymfeknuder, da Salmonella var i stand til Brug GAP’er som en portal til indgang.73 Listeria monocytogenes har også vist sig at forbinde sig med GC’er for at få adgang forbi epithelium75 og Citrobacter rodentium inficerer direkte colonic GCs, hvilket tyder på, at flere bakteriearter kan bruge GAP’er som en portal til indgangen.

Hvordan reguleres GAP’er i den proximale tyktarm?

Interessant nok forekommer GAP-dannelse i den proximale tyktarm kun i et kort tidsvindue mellem DOL 10 gennem fravænning (omkring DOL 21) (tabel 1 ) .65 Før DOL 10 blev GAP-dannelse hæmmet på en EGFR-afhængig måde svarende til SI, og aktivering af Myd88 ved TLR førte til EGFR-afhængig hæmning af GAP-dannelse efter fravænning som reaktion på mikrobiota prese nt i specifikke patogenfri husmus.37,65 Sådanne forskellige perioder med GAP-regulering og luminal antigeneksponering i den proksimale tyktarm kan repræsentere de forskellige faser af immunudvikling ved at definere et præ-fravænningsinterval, hvor immunsystemet udsættes for luminal antigener til induktion af antigenspecifik tolerance over for tarmbakterier.65

Måske som eller vigtigere end de stimuli, der inducerer GAP-dannelse, er de veje, der hæmmer GAP-dannelse og antigenafgivelse i ugunstige situationer. Når de er til stede, dannede uhensigtsmæssigt dannede GAP’er i den proximale tyktarm til translokation af kommensale og patogene bakterier.53,73,77 Desuden resulterer tilsidesættelse af GAP-hæmning i disse situationer i inflammatoriske respons.65,73,77

Hvordan reguleres GAP’er i den distale tyktarm?

GAP-dannelse i den distale tyktarm blev ikke hæmmet af mikrobioten efter fravænning, hvilket gjorde den adskilt fra den proximale tyktarm (tabel 1) .53 Imidlertid translokation af bakterier var ikke forbundet med tilstedeværelsen af GAP’er i det distale tyktarm.53 Selvom det ikke blev undersøgt, kunne tilstedeværelsen af GAP’er i det distale tyktarm og alligevel manglen på bakteriel translokation skyldes det tætte slimlag i det distale tyktarm, hvilket kan reducere GC’ers eksponering for mikrober og mikrobielle produkter, der gør det muligt for GC at reagere på ACh for at danne GAP’er og forhindre mikrober i at få adgang til GC’erne. Da tolerogene reaktioner kan induceres gennem den distale tyktarm, er det stadig at se, hvad der, hvis nogen, reguleringsmekanismer kan kontrollere GAP-dannelse og antigenafgivelse i den distale tyktarm.

Gennem hele livet tilbyder GAP-inhibering gennem EGFR-phosphorylering en elegant regulatorisk vej, der anvender et lignende inhiberende signal, med separate regulatoriske ligander, der definerer det tidspunkt, hvor antigenafgivelse er en ønskelig begivenhed. Flere veje tilvejebringer således tæt kontrol af GAP-dannelse og luminal antigeneksponering for at begrænse upassende inflammatoriske reaktioner i ugunstige situationer og tillader luminal antigeneksponering, når det er gavnligt (tabel 1).

GCs-interaktioner med immunceller

LP’en indeholder flere APC-populationer78,79 med forskellige funktioner, der er nødvendige for passende immunrespons på luminale stoffer. Mens indledende undersøgelser rapporterede, at GAP’er fortrinsvis leverede luminale antigener til SI CD103 + DC’er, er 63 CX3CR1 + APC’er også blevet observeret at interagere med og opnå luminale stoffer fra GAP’er.53 Når colon GAP’er blev dannet ved at omgå GAP-hæmmende veje hos mus efter fravænning, CX3CR1 + APC’er blev set interagerer med colon GAP’er og blev fyldt med bakterier, der translokeredes via GAP’er. 37,53,77 Da flere populationer af APC’er interagerer med og opnår antigen fra GAP’er i tarmen, er det stadig at se, om der findes faktorer til at rekruttere en specifik population af APC’er til GC’er for at erhverve antigen til induktion af oral tolerance, da visse populationer af APC’er, såsom CD103 + APC’er menes at være bedre egnet til induktion af tolerogene responser.80

CD103 + LP-APC ekspression af retinaldehyddehydrogenase (ALDH1) er nødvendig til produktion af all-trans retinsyre (ATRA) .81 Produktionen af ATRA spiller flere roller i slimhindens immunrespons på luminal ant igens inklusive promovering af IgA-responser, imprinting af tarmhomingmolekyleekspression af lymfocytter og inducering af Tregs.82,83,84 In vivo-studier afslørede, at CD103 + LP-APC-ekspression af ALDH var afhængig af rekruttering til epitel- og epitelekspression af den cellulære retinol- bindende protein II (CRBPII) .85,86

Under interaktioner med APC’er overfører GC’er GC-produkter sammen med luminale antigener til APC’er.63 Denne overførsel af GC-produkter til APC’er kan muligvis præge APC’er med slimhindeegenskaber. Et sådant GC-produkt, MUC2, er blevet foreslået at indprente APC’er med en antiinflammatorisk gensignatur, der kræves til oral tolerance, 87 hvilket antyder, at når APC’er erhverver luminale antigener fra GAP’er, får de også tolerogene signaler. Forstyrrende interaktioner mellem APC’er og epitelet nedsatte overførslen af GC-produkter til APC’erne og efterfølgende reducerede induktionen af slimhinderesponser af APCs.85 Om CX3CR1 + APC’er, som stort set ikke udtrykker ALDH, er ligeledes præget med specifikke egenskaber under interaktioner med GC’er der skal undersøges.

Det efterfølgende immunrespons, der følger APC’ernes erhvervelse af antigener, er orkestreret gennem udskillelsen af cytokiner, kemokiner og andre proteiner, som er baseret på de signaler, som APC modtager fra antigenerne88,89 og vævsmiljøet .90 Sekreterede cytokiner og kemokiner rekrutterer celler og driver differentiering af effektorceller, der regulerer typen af immunrespons, der følger efter antigeneksponering, og kan komme fra en række celletyper, inklusive GC’er. Under C. rodentium-infektion kan en murin model af enterohemorrhagisk Escherichia coli-infektion, RELM-β udskilles basolateralt af GC’er, kan findes i serumet og fungerer som et kemoattraktant, der rekrutterer CD4 T-celler til tyktarmen LP.91 Derudover kan RELM- β understøtter produktion af IL-22 under infektioner, hvilket hjælper med at fremme vævsreparation og -gendannelse, hvilket indikerer, at RELM-β kan udføre flere funktioner svarende til cytokiner og kemokiner for at hjælpe med at løse patogeninfektioner. Et andet GC-produkt, trefoil faktor 3, TFF3 er vigtig for opløsningen af inflammation, der hjælper i processen med vævsreparation og -gendannelse, 76,92 og produktionen af TFF3 kan udløses ved mikrobiel sensing gennem TLR2-stimulering.93 Mens det forbliver for at se, om GC’er i tarmen udskiller cytokiner under immunresponser in vivo, GC’er udtrykker mRNA for en række cytokiner, såsom IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 og IL25, og kemokiner eotaxin, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94 sidstnævnte har vist sig at tiltrække APC’er til epitelet.95 GC’er kan således gennem sekretionen af opløselige faktorer hjælpe med at forme og kontrollere immunresponser.

Kan GC’er ved andre slimhindeoverflader danner GAP’er?

Intestinale GC’er styrer immunresponser ved at regulere antigeneksponering gennem slimudskillelse for at opretholde barrieren, luminal antigenafgivelse og interaktioner med APC’er, der ligger til grund for epitelet. Nogle af disse funktioner er blevet observeret i GC’er på andre slimhindeoverflader; det er imidlertid stadig at se, om GC’er på andre slimhindeoverflader har kapacitet til at danne GAP’er og afgive antigener til APC’er.Mens det ikke er udforsket, er det spændende at spekulere, baseret på karakteristik delt mellem tarm-GC’er og GC’er på andre slimhindeoverflader, om at GAP-funktionen kan eksistere på andre steder. GAP-dannelse i mave-tarmkanalen er forbundet med sekretion via sammensat eksocytose, 37 et kendetegn, der deles af GC’er i luftvejsepitel og bindehinde. Desuden ligner stimuli, der inducerer forbindelse exocytose på disse overflader, dem, der inducerer forbindelse exocytose i tarm-GC’er. 4,96,97 Af yderligere interesse er sammensat exocytose og sekretion i konjunktival GC’er reguleret af EGFR-phosphorylering, 97,98,99 og TLR aktivering i luftvejs-GC’er fører til EGFR-transaktivering, hvilket indikerer, at de veje, der regulerer GAP’er i tarmen, er til stede og funktionelle i GC’er på andre slimhindeoverflader.

Det enkle søjleformede tarmepitel er velegnet til levering af luminal antigener, da dette gør det muligt for en enkelt celle at have adgang til lumen og APC’erne i LP’en, der tillader en GC at tage direkte op og aflevere luminale antigener til APC’er. Bindehinden i det okulære epitel er også et simpelt søjleepitel, og interaktioner mellem konjunktival GC’er og APC’er er blevet beskrevet, 101 hvilket antyder, at GC-medieret antigenafgivelse til APC’er på denne slimhindeoverflade også kan forekomme. Svarende til tarmen resulterer et tab af GC’er eller nedsat mucinsekretion i bindehinden i inflammatoriske reaktioner, 102.103 96 i overensstemmelse med en rolle for konjunktival GC’er ved opretholdelse af tolerance. Interessant nok udskiller okulære GC’er TGFβ2 og udtrykker CD36, hvilket er nødvendigt for at aktivere TGFβ2.101 Yderligere okulære GC’er kan indprente en tolerogen fænotype på APC’er 101, hvilket indikerer, at GC’er i bindehinden kan præge APC’er med en tolerogen fænotype, mens de afgiver antigener. Desuden indeholder konjunktiva en commensal flora, 104 og ligner tarm-GC’er, konjunktival-GC’er reagerer på mikrobiel stimulering, 105 antyder yderligere, at tarm-GC’er og konjunktival-GC’er kan spille parallelle roller i immunresponser.

Mens epitel i de øvre luftveje i ikke et simpelt søjleepitel, det er et pseudostratificeret epitel, hvor kernerne i epitelcellerne ikke er justeret i det samme plan, men alle epitelceller kommer i kontakt med basalmembranen og kan komme i kontakt med lumen .106 Således kan det pseudostratificerede epitel stadig tillade GC’er i den øvre luftvej at have adgang til både lumen og immunceller under kældermembranen med henblik på antigenafgivelse. Desuden er APC’er i tæt kontakt med det øvre luftvejsepitel 107, og øget differentiering af GC’er fører til rekruttering af APC’er til luftvejsepitel 108, hvilket tyder på, at tilstedeværelsen af GC’er muligvis rekrutterer APC’er, der letter interaktioner og antigenoverførsel. Derudover udskiller luftvejs-GC’er flere cytokiner og kemokiner, rekrutterer immunceller og former immunresponset til inhalerede antigener, 108.109.110, hvilket antyder, at ligesom tarm-GC’er øvre luftvejs-GC’er kan levere antigener til APC’er og dirigere fænotypen af immunresponset. Ligesom tarmen og bindehinden har lungen sin egen unikke, men begrænsede mikrobiota, 111, som kan blive dysbiotisk og ekspanderet i sygdoms- eller havnepatogener og udgør potentiel fare, 112.113, hvilket hæver muligheden for, at luftvejs-GC’er også kan reagere på mikrobielle signaler for at modulere immunresponser på inhalerede antigener.

Selvom denne gennemgang har fokuseret på GCs rolle i opretholdelse af homeostase, er det værd at bemærke, at GC’er også kan bidrage til sygdomspatogenese. Bægercellehyperplasi er et kendetegn for Th2-reaktioner i både tarmen og i lungen og drives af IL-13 i begge organer. Denne proces er vigtig for udvisning af helminter og beskyttelse af luftveje gennem øget slimudskillelse; 114,115,116, men øget slimproduktion er også en medvirkende faktor til patogenesen af astma og kronisk obstruktiv lungesygdom.117 Det er ukendt, om de øgede GC’er, der ekspanderer under sygdom har kapacitet til at danne GAP’er og afgive antigen, og om disse GAP’er bidrager til homøostatisk eller patogen immunrespons. Imidlertid antyder observationer, at IL-13-drevet GC-ekspansion resulterede i øget translokation af Listeria monocytogenes75, at disse GC’er kan have GAP-funktion og bidrage til sygdom. GC-ekspansion er ofte en komponent i en aktiv infektion eller opløsning til sygdom, hvor systemet muligvis ikke er indrettet til tolerogene reaktioner. Hvis der dannes GAP’er fra GC’er under GC-ekspansion, kan dette resultere i øget antigenafgivelse i en uhensigtsmæssig tid, der fremmer inflammatoriske reaktioner mod diæt og kommensale bakterielle antigener, hvilket resulterer i fødevareallergi eller colitis.Desuden har GC-dysfunktion været associeret med og bidraget til flere sygdomme, herunder inflammatorisk tarmsygdom, cystisk fibrose, astma, metaboliske lidelser, Sjögrens syndrom og kronisk obstruktiv lungesygdom, hvilket indikerer, at GC’er ikke altid er uskyldige tilskuere og kan være aktive deltagere i sygdommen. patogenese.