¿Cómo se controla la liberación de sustancias luminales en la lámina propia?

A pesar de la presencia de una barrera física debido a la capa de moco y el epitelio, se ha apreciado desde hace mucho tiempo que el sistema inmunológico subyacente al epitelio velloso SI no ignora el contenido luminal, sino que monitorea continuamente el contenido para promover la tolerancia a antígenos luminales inocuos en el estado estacionario39. Este proceso, conocida como tolerancia oral, implica la inducción de células reguladoras T inducidas de origen periférico (iTregs) específicas para antígenos luminales, que luego son capaces de suprimir y prevenir respuestas inflamatorias40,41,42.El paso inicial en este proceso es la adquisición de antígenos por células presentadoras de antígeno (APC) en el LP.43,44 Se han identificado múltiples vías por las cuales las sustancias luminales pueden atravesar el epitelio, incluida la fuga paracelular, transcellu la permeabilidad lar, las células M y la extensión de las dendritas transepiteliales (TED) por las APC-LP45,46. La fuga paracelular está asociada e inducida por la inflamación, 47 lo que sugiere que si bien las sustancias luminales pueden atravesar el epitelio a través de la fuga paracelular, esto puede no ser conducir a la inducción de tolerancia. Las sustancias luminales pueden atravesar las células epiteliales de forma transcelular después de la endocitosis de las células M, aunque las células M son raras fuera del epitelio asociado al folículo en el SI y el colon distal, donde se induce tolerancia a las sustancias luminales en el estado estacionario48,49. Además, el epitelio intestinal Se ha demostrado que las células endocitan sustancias luminales, aunque se cree que esto contribuye principalmente a la absorción de nutrientes.50 La extensión de TED no es necesaria para la tolerancia oral, ya que la tolerancia oral se induce en ratones que carecen de TED, 44,51 y la tolerancia oral se induce a la sustancias en el colon distal donde no se ha observado la formación de TED.52,53 Por el contrario, los TED son inducidos por detección microbiana y aumentan durante la infección entérica, lo que sugiere la extensión de los TED como un mecanismo para que las LP-APC muestren directamente bacterias luminales o, alternativamente, TED la extensión podría ser un paso en la migración de APC hacia el lumen para secuestrar bacterias patógenas.54,55,56,57,58

En contraste con th En estas vías, existe evidencia que sugiere que el transporte por GC del antígeno luminal a las LP-APC respalda la tolerancia en el estado estacionario. Múltiples estudios han observado que los GC son endocíticos y capaces de absorber sustancias luminales; 59,60,61,62 sin embargo, solo recientemente se apreció que este proceso podría resultar en la transferencia de sustancias luminales a LP-APC de una manera capaz de inducir Respuestas inmunes adaptativas.63 Este proceso, denominado formación de GAP, se produce en el colon distal y en el SI en estado estacionario, los sitios del tracto gastrointestinal donde se induce la tolerancia a los antígenos luminales, 53,64 pero no en el colon proximal del adulto. , donde la tolerancia a las sustancias luminales no se induce en el estado estacionario.64 Además, la inducción de tolerancia a los antígenos bacterianos comensales en el tracto gastrointestinal previo al destete requirió GC y GAP.65 Aunque actualmente no se han explorado, estas observaciones sugieren que los GC y las GAP pueden también será necesario para la inducción de tolerancia a los antígenos de la dieta después del destete. Otras observaciones consistentes con las GAP como una vía que promueve la tolerancia a los antígenos luminales se centran en la regulación estricta de la formación de GAP. Las GAP son inducidas por la ACh que actúa sobre el receptor muscarínico de ACh 4 (mAChR4) expresado en los GC, que desencadena la liberación de gránulos de mucina a través de exocitosis compuesta.66 La formación de GAP no se asoció con estímulos que inducen la secreción de GC por exocitosis primaria35,37,63. , 67 La capacidad diferencial de los secretagogos para inducir la formación de GAP indica que los GC pueden secretar moco para mantener la barrera y no exponer el sistema inmunológico a sustancias luminales. La asociación de la formación de GAP con la exocitosis compuesta, pero no con los estímulos que inducen la secreción por exocitosis primaria, puede ser un mecanismo que permita a los GC mantener la barrera mucosa en entornos donde la exposición del sistema inmunológico al contenido luminal sería desventajosa. Se cree que esta es la situación en el colon proximal del adulto, donde se mantiene la barrera mucosa, aunque la formación de GAP es rara y los GC responden menos a la ACh.37

Se ha demostrado que la célula epitelial secretora Las células enteroendocrinas de tipo pueden endocitar antígenos luminales.61 Queda por verse si otras células secretoras, como las células de Paneth, también pueden endocitar sustancias luminales, y si estas células también pueden contribuir a la carga de antígenos en las LP-APC y a la inducción de respuestas mucosas. .

¿Cuál es el papel de las GAP?

La formación de GAP se ha evaluado en todo el intestino delgado y el colon y durante toda la vida murina.También se encontraron GAP en resecciones yeyunales humanas sanas obtenidas de pacientes sometidos a cirugía bariátrica.63 Si bien aún no se ha investigado el papel del estado metabólico alterado en la formación de GAP, en conjunto interpretamos estas observaciones para indicar que las GAP introducen sustancias luminales al sistema inmunitario de la mucosa. dentro de la lámina propia intestinal (LP) como parte de la fisiología normal en ratones y humanos.

¿Cómo se regulan las GAP en el intestino delgado?

Los GC están presentes en el epitelio intestinal en el primeros días después del nacimiento; 68,69 sin embargo, los GAP no se forman hasta más tarde en la vida, comenzando en el SI alrededor del día 18. Antes de esto, la formación de GAP es inhibida por la fosforilación del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) en los GC, que da como resultado la activación de p42 / p44 MAPK que reprime la capacidad de los GC para responder a ACh para formar GAP (Tabla 1) .37 Antes del destete, la ligadura directa de EGFR por factores de crecimiento, como EGF, inhibía la formación de GAP. Estos factores de crecimiento se pueden secretar en la leche materna y se encuentran en alta concentración en la luz intestinal durante los primeros años de vida y también son necesarios para el crecimiento intestinal adecuado durante los primeros días de vida y para la protección contra la lesión tisular inducida por patógenos.70,71,72

Después del día de vida (DOL) 18, formación de GAP en el SI continúa durante la edad adulta. La formación de GAP y la liberación de antígenos en el SI no es activada ni inhibida por la microbiota comensal, 37,53 y no hay cambios en la formación de GAP en el SI en ratones libres de gérmenes o ratones con antibióticos.37 Sin embargo, durante las infecciones patógenas, la formación de GAP en el SI se inhibe, 73 cesando el suministro de antígeno al SI LP durante un momento de mayor angustia. La inhibición de las GAP durante la infección por Salmonella requirió la activación de Myd88 de la vía EGFR, a través de la IL1β que actúa sobre el receptor de IL1.74 La inhibición de GAP durante la infección por Salmonella fue rápida y necesaria para prevenir una mayor diseminación de Salmonella a los ganglios linfáticos de drenaje, ya que Salmonella pudo hacerlo. usan las GAP como una puerta de entrada.73 También se ha demostrado que Listeria monocytogenes se asocia con las CG para ingresar más allá del epitelio75 y Citrobacter rodentium infecta directamente las CG colónicas, 76 lo que sugiere que múltiples especies de bacterias pueden usar las GAP como una puerta de entrada.

¿Cómo se regulan las GAP en el colon proximal?

Curiosamente, la formación de GAP ocurre en el colon proximal solo durante un breve período de tiempo, entre el DOL 10 y el destete (alrededor del DOL 21) (Tabla 1 65 Antes de DOL 10, la formación de GAP se inhibía de una manera dependiente de EGFR, similar al SI, y la activación de Myd88 por los TLR conducía a la inhibición dependiente de EGFR de la formación de GAP después del destete en respuesta a la microbiota presente. nt en ratones alojados libres de patógenos específicos37,65.Tales períodos distintos de regulación de GAP y exposición al antígeno luminal en el colon proximal pueden representar las distintas fases del desarrollo inmunológico al definir un intervalo previo al destete durante el cual el sistema inmunológico está expuesto a antígenos para la inducción de tolerancia antigénica específica a las bacterias intestinales.65

Quizás tan o más importantes que los estímulos que inducen la formación de GAP, son las vías que inhiben la formación de GAP y la liberación de antígenos en situaciones desfavorables. Cuando están presentes, las GAP formadas de manera inapropiada en el colon proximal permitieron la translocación de bacterias comensales y patógenas.53,73,77 Además, anular la inhibición de GAP en estas situaciones da como resultado respuestas inflamatorias.65,73,77

¿Cómo se regulan las GAP en el colon distal?

La microbiota posterior al destete no inhibió la formación de GAP en el colon distal, lo que la diferencia del colon proximal (Tabla 1) .53 Sin embargo, la translocación de bacterias no se asoció con la presencia de GAP en el colon distal.53 Si bien no se investigó, la presencia de GAP en el colon distal y, sin embargo, la falta de translocación bacteriana podría deberse a la densa capa de moco en el colon distal, que puede reducir la La exposición de los GC a microbios y productos microbianos permite que GC responda a ACh para formar GAP y evite que los microbios accedan a los GC. Dado que se pueden inducir respuestas tolerogénicas a través del colon distal, queda por ver qué mecanismos reguladores, si los hay, pueden controlar la formación de GAP y el suministro de antígenos en el colon distal.

A lo largo de la vida, la inhibición de GAP a través de la fosforilación de EGFR ofrece una vía reguladora elegante que utiliza una señal inhibidora similar, con ligandos reguladores separados que definen el momento en que la liberación de antígeno es un evento deseable. Por lo tanto, múltiples vías proporcionan un control estricto de la formación de GAP y la exposición al antígeno luminal para limitar las respuestas inflamatorias inapropiadas en situaciones desventajosas y permitir la exposición al antígeno luminal cuando es beneficiosa (Tabla 1).

Interacciones de GC con células inmunes

El LP contiene múltiples poblaciones de APC78,79 con funciones distintas necesarias para respuestas inmunes apropiadas a sustancias luminales. Si bien los estudios iniciales informaron que las GAP suministraban preferentemente antígenos luminales a las CD SI CD103 +, también se ha observado que 63 CX3CR1 + APC interactúan y obtienen sustancias luminales a partir de las GAP.53 Cuando las GAP colónicas se formaron al evitar las vías inhibidoras de GAP en ratones después del destete, CX3CR1 + Se observó que las APC interactuaban con las GAP colónicas y estaban cargadas con bacterias que se translocaban a través de las GAP37,53,77. Dado que múltiples poblaciones de APC interactúan y obtienen antígenos de las GAP en el intestino, queda por ver si existen factores para reclutar un población específica de APC a GC para adquirir antígeno para la inducción de tolerancia oral, ya que se cree que ciertas poblaciones de APC, como las APC CD103 +, son más adecuadas para la inducción de respuestas tolerogénicas.80

CD103 + LP-APC La expresión de retinaldehído deshidrogenasa (ALDH1) es necesaria para la producción de ácido retinoico todo trans (ATRA) .81 La producción de ATRA desempeña múltiples funciones en las respuestas inmunitarias de las mucosas a la hormiga luminal. igens, incluida la promoción de las respuestas de IgA, la impronta de la expresión de la molécula autodirigida del intestino por los linfocitos y la inducción de Tregs.82,83,84 Los estudios in vivo revelaron que la expresión de CD103 + LP-APC de ALDH dependía del reclutamiento al epitelio y la expresión epitelial del retinol celular. proteína de unión II (CRBPII) .85,86

Durante las interacciones con las APC, los GC transfieren productos de GC junto con antígenos luminales a las APC.63 Esta transferencia de productos de GC a las APC podría imprimir a las APC propiedades mucosas. Se ha sugerido que uno de estos productos de GC, MUC2, imprime las APC con una firma genética antiinflamatoria requerida para la tolerancia oral, 87 lo que sugiere que cuando las APC adquieren antígenos luminales de las GAP, también adquieren señales tolerogénicas. La alteración de las interacciones entre las APC y el epitelio disminuyó la transferencia de productos de GC a las APC y, posteriormente, redujo la inducción de respuestas mucosas por las APC.85 Si las APC de CX3CR1 +, que en gran parte no expresan ALDH, también están impresas con propiedades específicas durante las interacciones con los GC, permanece para ser investigada.

La respuesta inmune subsiguiente que sigue a la adquisición de antígenos por las APC se orquesta a través de la secreción de citocinas, quimiocinas y otras proteínas, que se basa en las señales que las APC reciben de los antígenos88,89 y el entorno tisular.90 Las citocinas y quimiocinas secretadas reclutan células e impulsan la diferenciación de las células efectoras, regulando el tipo de respuesta inmune que sigue a la exposición al antígeno, y pueden provenir de una variedad de tipos de células, incluidos los GC. Durante la infección por C. rodentium, un modelo murino de infección por Escherichia coli enterohemorrágica, RELM-β se secreta basolateralmente por los GC, se puede encontrar en el suero y funciona como un quimioatrayente que recluta células T CD4 en el colon LP.91 Además, RELM- β apoya la producción de IL-22 durante las infecciones, lo que ayuda a promover la reparación y restauración de tejidos, lo que indica que RELM-β puede realizar múltiples funciones similares a las citocinas y quimiocinas para ayudar a resolver infecciones patógenas. Otro producto de GC, el factor de trébol 3, TFF3 es importante para la resolución de la inflamación, ayudando en el proceso de reparación y restauración de tejidos, 76,92 y la producción de TFF3 puede ser desencadenada por detección microbiana, a través de la estimulación TLR2.93 Mientras permanece para ver si los GC en el intestino secretan citocinas durante las respuestas inmunitarias in vivo, los GC expresan ARNm para una variedad de citocinas, como IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 e IL25, y quimiocinas eotaxina, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94 se ha demostrado que este último atrae APC al epitelio.95 Por lo tanto, a través de la secreción de factores solubles, los GC ayudan a dar forma y controlar las respuestas inmunes.

¿Pueden los GC en otros ¿Las superficies mucosas forman GAP?

Los GC intestinales controlan las respuestas inmunes regulando la exposición al antígeno a través de la secreción de moco para mantener la barrera, la liberación de antígeno luminal y las interacciones con las APC subyacentes al epitelio. Algunas de estas funciones se han observado en GC en otras superficies mucosas; sin embargo, queda por ver si los GC en otras superficies mucosas tienen la capacidad de formar GAP y entregar antígenos a las APC.Aunque inexplorado, es intrigante especular, basándose en características compartidas entre los GC intestinales y los GC en otras superficies mucosas, que la función GAP puede existir en otros sitios. La formación de GAP en el tracto GI se asocia con la secreción a través de exocitosis compuesta 37, una característica compartida por los GC en el epitelio de las vías respiratorias y la conjuntiva. Además, los estímulos que inducen la exocitosis de compuestos en estas superficies son similares a los que inducen la exocitosis de compuestos en los GC intestinales.4,96,97 De mayor interés, la exocitosis y secreción de compuestos en los GC conjuntivales está regulada por la fosforilación de EGFR, 97,98,99 y TLR. La activación en los GC de las vías respiratorias conduce a la transactivación de EGFR, lo que indica que las vías que regulan las GAP en el intestino están presentes y son funcionales en los GC en otras superficies mucosas.

El epitelio intestinal columnar simple es muy adecuado para la liberación de luz luminal antígenos, ya que esto permite que una sola célula tenga acceso a la luz y las APC en el LP, lo que permite que un GC capte y entregue directamente antígenos luminales a las APC. La conjuntiva en el epitelio ocular también es un epitelio columnar simple, y se han descrito interacciones entre GC conjuntivales y APC, 101 lo que sugiere que también puede ocurrir la entrega de antígenos mediada por GC a APC en esta superficie mucosa. Al igual que en el intestino, una pérdida de GC o una secreción alterada de mucina en la conjuntiva da como resultado respuestas inflamatorias, 102,103 96 consistente con un papel de los GC conjuntivales en el mantenimiento de la tolerancia. Curiosamente, los GC oculares secretan TGFβ2 y expresan CD36, que es necesario para activar TGFβ2.101 Otros GC oculares pueden imprimir un fenotipo tolerogénico en las APC, 101 lo que indica que los GC en la conjuntiva pueden imprimir a las APC con un fenotipo tolerogénico mientras administran antígenos. Además, la conjuntiva contiene una flora comensal, 104 y similar a los GC intestinales, los GC conjuntivales responden a la estimulación microbiana, 105 lo que sugiere además que los GC intestinales y los GC conjuntivales pueden desempeñar funciones paralelas en las respuestas inmunitarias.

epitelio de las vías respiratorias superiores en no un simple epitelio columnar, es un epitelio pseudoestratificado, en el que los núcleos de las células epiteliales no están alineados en el mismo plano pero todas las células epiteliales hacen contacto con la membrana basal y pueden hacer contacto con la luz. .106 Por lo tanto, el epitelio pseudoestratificado aún podría permitir que los GC en las vías respiratorias superiores tengan acceso tanto a la luz como a las células inmunes debajo de la membrana basal con el propósito de administrar el antígeno. Además, las APC están en estrecho contacto con el epitelio de las vías respiratorias superiores, 107 y una mayor diferenciación de los GC conduce al reclutamiento de APC hacia el epitelio de las vías respiratorias, 108 lo que sugiere que la presencia de GC podría reclutar APC facilitando las interacciones y la transferencia de antígenos. Además, los GC de las vías respiratorias secretan múltiples citocinas y quimiocinas, reclutando células inmunes y dando forma a la respuesta inmune a los antígenos inhalados, 108,109,110, lo que sugiere que, al igual que los GC intestinales, los GC de las vías respiratorias superiores pueden entregar antígenos a las APC y dirigir el fenotipo de la respuesta inmune. Al igual que el intestino y la conjuntiva, el pulmón tiene su propia microbiota única, aunque limitada, 111 que puede volverse disbiótica y expandirse en la enfermedad o albergar patógenos y representar un peligro potencial, 112,113 lo que aumenta la posibilidad de que los GC de las vías respiratorias también puedan responder a señales microbianas para modular respuestas inmunes a los antígenos inhalados.

Si bien esta revisión se ha centrado en el papel de los GC en el mantenimiento de la homeostasis, vale la pena señalar que los GC también pueden contribuir a la patogenia de la enfermedad. La hiperplasia de células caliciformes es un sello distintivo de las respuestas Th2 tanto en el intestino como en el pulmón y es impulsada por IL-13 en ambos órganos. Este proceso es importante para la expulsión de helmintos y la protección de las vías respiratorias a través del aumento de la secreción de moco; 114,115,116 sin embargo, el aumento de la producción de moco también es un factor que contribuye a la patogénesis del asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica.117 Se desconoce si el aumento de GC que se expande durante la enfermedad tienen la capacidad de formar GAP y liberar antígeno y si estas GAP contribuyen a las respuestas inmunitarias homeostáticas o patógenas. Sin embargo, las observaciones de que la expansión de GC impulsada por IL-13 dio como resultado el aumento de la translocación de Listeria monocytogenes75 sugieren que estos GC pueden tener función GAP y contribuir a la enfermedad. La expansión de GC es a menudo un componente de una infección activa o la resolución de una enfermedad durante la cual el sistema puede no estar preparado para respuestas tolerogénicas. Si las GAP se forman a partir de los GC durante la expansión del GC, esto podría resultar en un aumento de la entrega de antígenos durante un momento inoportuno promoviendo respuestas inflamatorias contra los antígenos bacterianos de la dieta y comensales, dando como resultado alergia alimentaria o colitis.Además, la disfunción de GC se ha asociado y contribuye a múltiples enfermedades, como la enfermedad inflamatoria intestinal, la fibrosis quística, el asma, los trastornos metabólicos, el síndrome de Sjögren y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, lo que indica que los GC no siempre son espectadores inocentes y pueden participar activamente en la enfermedad. patogenia.