Come viene controllata la consegna di sostanze luminali nella lamina propria?

Nonostante la presenza di una barriera fisica dovuta a lo strato di muco e l’epitelio, è stato a lungo apprezzato che il sistema immunitario sottostante l’epitelio villoso SI non ignora i contenuti luminali, ma invece monitora continuamente i contenuti per promuovere la tolleranza ad antigeni luminali innocui nello stato stazionario.39 Questo processo, denominata tolleranza orale, comporta l’induzione di cellule T regolatorie indotte di derivazione periferica (iTregs) specifiche per gli antigeni luminali, che sono quindi in grado di sopprimere e prevenire le risposte infiammatorie.40,41,42 Il passo iniziale di questo processo è l’acquisizione di luminale antigeni delle cellule presentanti l’antigene (APC) nell’LP.43,44 Sono state identificate più vie attraverso le quali le sostanze luminali possono attraversare l’epitelio, inclusa la permeabilità lar, cellule M e l’estensione dei dendriti transepiteliali (TED) da parte degli LP-APC.45,46 La perdita paracellulare è associata e indotta dall’infiammazione, 47 suggerendo che mentre le sostanze luminali possono attraversare l’epitelio attraverso la perdita paracellulare, ciò potrebbe non portare all’induzione della tolleranza. Le sostanze luminali possono attraversare le cellule epiteliali per via transcellulare a seguito dell’endocitosi da parte delle cellule M, sebbene le cellule M siano rare al di fuori dell’epitelio associato al follicolo nel SI e nel colon distale, dove la tolleranza alle sostanze luminali è indotta allo stato stazionario.48,49 Inoltre, l’epitelio intestinale cellule hanno dimostrato di endocitare sostanze luminali, anche se si pensa che questo contribuisca principalmente all’assorbimento dei nutrienti.50 L’estensione del TED non è necessaria per la tolleranza orale, poiché la tolleranza orale è indotta nei topi privi di TED, 44,51 e la tolleranza orale è indotta al luminale sostanze nel colon distale in cui non è stata osservata la formazione di TED.52,53 Al contrario, i TED sono indotti dal sensing microbico e aumentano durante l’infezione enterica, suggerendo l’estensione del TED come meccanismo per gli LP-APC per campionare direttamente i batteri luminali, o in alternativa i TED potrebbe essere un passo nella migrazione degli APC nel lume per sequestrare i batteri patogeni.54,55,56,57,58

In contrasto con th Per questi percorsi, vi sono prove che suggeriscono che il trasporto GC dell’antigene luminale agli LP-APC supporta la tolleranza allo stato stazionario. Diversi studi hanno osservato che i GC sono endocitici e in grado di assorbire sostanze luminali; 59,60,61,62 tuttavia, solo di recente è stato apprezzato che questo processo potrebbe comportare il trasferimento di sostanze luminali a LP-APC in un modo in grado di indurre risposte immunitarie adattive.63 Questo processo, denominato formazione di GAP, si verifica nell’IS e nel colon distale allo stato stazionario, i siti nel tratto GI dove è indotta la tolleranza agli antigeni luminali, 53,64 ma non nel colon prossimale adulto , dove la tolleranza alle sostanze luminali non è indotta allo stato stazionario.64 Inoltre, l’induzione della tolleranza agli antigeni batterici commensali nel tratto gastrointestinale pre-svezzamento richiedeva GC e GAP.65 Sebbene attualmente inesplorate, queste osservazioni suggeriscono che GC e GAP possono essere necessario anche per l’induzione della tolleranza agli antigeni alimentari dopo lo svezzamento. Altre osservazioni coerenti con i GAP come percorso che promuove la tolleranza agli antigeni luminali si concentrano sulla stretta regolazione della formazione di GAP. I GAP sono indotti dall’ACh che agisce sul recettore muscarinico ACh 4 (mAChR4) espresso sui GC, che innesca il rilascio di granuli di mucina attraverso l’esocitosi composta.66 La formazione di GAP non era associata a stimoli che inducono la secrezione di GC mediante esocitosi primaria.35,37,63 , 67 La capacità differenziale dei secretagoghi di indurre la formazione di GAP indica che i GC possono secernere muco per mantenere la barriera e non esporre il sistema immunitario a sostanze luminali. L’associazione della formazione di GAP con esocitosi composta, ma non con stimoli che inducono secrezione mediante esocitosi primaria, può essere un meccanismo che consente ai GC di mantenere la barriera del muco in ambienti in cui l’esposizione del sistema immunitario ai contenuti luminali sarebbe svantaggiosa. Si ritiene che questa sia la situazione nel colon prossimale adulto, dove viene mantenuta la barriera del muco, tuttavia la formazione di GAP è rara e i GC sono meno sensibili all’ACh.37

È stato dimostrato che la cellula epiteliale secretoria le cellule di tipo enteroendocrine possono endocitare antigeni luminali.61 Resta da vedere se altre cellule secretorie, come le cellule di Paneth possono anche endocitare sostanze luminali, e se queste cellule possono anche contribuire al caricamento di antigeni su LP-APC e all’induzione di risposte mucose .

Qual è il ruolo dei GAP?

La formazione di GAP è stata valutata nell’intestino tenue e nel colon e per tutta la vita murina.I GAP sono stati trovati anche in resezioni digiunali umane sane ottenute da pazienti sottoposti a chirurgia bariatrica.63 Mentre il ruolo dell’alterazione dello stato metabolico sulla formazione di GAP rimane da indagare, nel complesso interpretiamo queste osservazioni per indicare che i GAP introducono sostanze luminali nel sistema immunitario della mucosa all’interno della lamina propria intestinale (LP) come parte della normale fisiologia nei topi e nell’uomo.

Come vengono regolati i GAP nell’intestino tenue?

I GC sono presenti nell’epitelio intestinale nel primi giorni dopo la nascita; 68,69 tuttavia, i GAP non si formano fino a tarda età, a partire dall’IS intorno al giorno 18. Prima di questo, la formazione di GAP è inibita dalla fosforilazione del recettore del fattore di crescita epidermico (EGFR) nei GC, che determina l’attivazione di p42 / p44 MAPK che reprime la capacità dei GC di rispondere all’ACh per formare GAP (Tabella 1) .37 Prima dello svezzamento, la legatura diretta dell’EGFR da parte di fattori di crescita, come EGF, inibiva la formazione di GAP. Questi fattori di crescita possono essere secreti nel latte materno e trovati in alta concentrazione nel lume intestinale durante i primi anni di vita e sono anche necessari per una corretta crescita intestinale durante i primi giorni di vita e per la protezione dal danno tissutale indotto da agenti patogeni.70,71,72

Dopo il giorno della vita (DOL) 18, la formazione di GAP nel SI continua per tutta l’età adulta. La formazione di GAP e il rilascio dell’antigene nel SI non sono né attivati né inibiti dal microbiota commensale, 37,53 e non vi è alcun cambiamento nella formazione di GAP nel SI nei topi privi di germi o nei topi sotto antibiotici.37 Tuttavia, durante le infezioni patogene, la formazione di GAP nel SI diventa inibito, 73 cessando la somministrazione dell’antigene al SI LP durante un periodo di maggiore angoscia. L’inibizione dei GAP durante l’infezione da Salmonella richiedeva l’attivazione da parte di Myd88 della via dell’EGFR, tramite IL1β che agisce sul recettore IL1.74 L’inibizione dei GAP durante l’infezione da Salmonella era rapida e necessaria per prevenire una maggiore diffusione della Salmonella ai linfonodi drenanti, poiché Salmonella era in grado di utilizzare i GAP come portale di ingresso.73 È stato anche dimostrato che Listeria monocytogenes si associa ai GC per ottenere l’ingresso oltre l’epitelio75 e Citrobacter rodentium infetta direttamente i GC del colon, 76 suggerendo che più specie di batteri possono utilizzare i GAP come portale di ingresso.

Come vengono regolati i GAP nel colon prossimale?

È interessante notare che la formazione di GAP si verifica nel colon prossimale solo per un breve periodo di tempo, tra il DOL 10 fino allo svezzamento (intorno al DOL 21) (Tabella 1 ) .65 Prima del DOL 10, la formazione di GAP era inibita in modo dipendente dall’EGFR, simile all’IS, e l’attivazione di Myd88 da parte dei TLR portava all’inibizione dipendente dall’EGFR della formazione di GAP dopo lo svezzamento in risposta al microbiota prese nt in topi alloggiati privi di patogeni specifici.37,65 Tali periodi distinti di regolazione del GAP e di esposizione all’antigene luminale nel colon prossimale possono rappresentare le fasi distinte dello sviluppo immunitario definendo un intervallo pre-svezzamento durante il quale il sistema immunitario è esposto al luminale antigeni per l’induzione della tolleranza antigene-specifica ai batteri intestinali.65

Forse come o più importanti degli stimoli che inducono la formazione di GAP, sono le vie che inibiscono la formazione di GAP e il rilascio dell’antigene in situazioni sfavorevoli. Quando presenti, GAP formati in modo inappropriato nel colon prossimale consentivano la traslocazione di batteri commensali e patogeni.53,73,77 Inoltre, ignorando l’inibizione del GAP in queste situazioni si ottengono risposte infiammatorie.65,73,77

Come vengono regolati i GAP nel colon distale?

La formazione di GAP nel colon distale non è stata inibita dal microbiota post-svezzamento, rendendolo distinto dal colon prossimale (Tabella 1) .53 Tuttavia, la traslocazione di batteri non è stato associato alla presenza di GAP nel colon distale.53 Sebbene non sia stata studiata, la presenza di GAP nel colon distale e tuttavia la mancanza di traslocazione batterica potrebbe essere dovuta allo strato denso di muco nel colon distale, che può ridurre il L’esposizione dei GC a microbi e prodotti microbici che consente a GC di rispondere all’ACh per formare GAP e impedire ai microbi di accedere ai GC. Poiché le risposte tollerogeniche possono essere indotte attraverso il colon distale, resta da vedere quali meccanismi regolatori possono eventualmente controllare la formazione di GAP e il rilascio dell’antigene nel colon distale.

Per tutta la vita, l’inibizione del GAP attraverso la fosforilazione di EGFR offre un elegante percorso regolatorio che utilizza un segnale inibitorio simile, con ligandi regolatori separati che definiscono il momento in cui la consegna dell’antigene è un evento desiderabile. Pertanto, più percorsi forniscono uno stretto controllo della formazione di GAP e dell’esposizione all’antigene luminale per limitare risposte infiammatorie inappropriate in situazioni svantaggiose e consentire l’esposizione all’antigene luminale quando è benefico (Tabella 1).

Interazioni GC con cellule immunitarie

L’LP contiene più popolazioni di APC78,79 con funzioni distinte necessarie per risposte immunitarie appropriate alle sostanze luminali. Mentre gli studi iniziali riportavano che i GAP fornivano preferenzialmente antigeni luminali a SI CD103 + DC, è stato anche osservato che 63 APC CX3CR1 + interagiscono con e ottengono sostanze luminali dai GAP.53 Quando i GAP del colon sono stati formati bypassando le vie inibitorie GAP nei topi dopo lo svezzamento, CX3CR1 + Gli APC sono stati visti interagire con i GAP del colon e sono stati caricati con batteri traslocati tramite GAP.37,53,77 Poiché più popolazioni di APC interagiscono e ottengono l’antigene dai GAP nell’intestino, resta da vedere se esistono fattori per reclutare un popolazione specifica di APC a GC per acquisire l’antigene per l’induzione della tolleranza orale poiché si ritiene che alcune popolazioni di APC, come CD103 + APCs siano più adatte per l’induzione di risposte tolerogeniche.80

CD103 + LP-APC l’espressione della retinaldeide deidrogenasi (ALDH1) è necessaria per la produzione di acido all-trans retinoico (ATRA) .81 La produzione di ATRA svolge molteplici ruoli nelle risposte immunitarie della mucosa alla formica luminale igeni tra cui la promozione delle risposte IgA, l’imprinting dell’espressione della molecola homing intestinale da parte dei linfociti e l’induzione di Treg.82,83,84 Studi in vivo hanno rivelato che l’espressione CD103 + LP-APC di ALDH dipende dal reclutamento nell’epitelio e dall’espressione epiteliale del retinolo cellulare proteina legante II (CRBPII) .85,86

Durante le interazioni con gli APC, i GC trasferiscono i prodotti GC insieme agli antigeni luminali agli APC.63 Questo trasferimento di prodotti GC agli APC potrebbe imprimere agli APC le proprietà della mucosa. A uno di questi prodotti GC, MUC2, è stato suggerito di imprimere le APC con una firma genica antinfiammatoria richiesta per la tolleranza orale, 87 suggerendo che quando le APC acquisiscono antigeni luminali dai GAP, acquisiscono anche segnali tollerogenici. L’interruzione delle interazioni tra gli APC e l’epitelio ha diminuito il trasferimento dei prodotti GC agli APC e successivamente ha ridotto l’induzione delle risposte mucose da parte degli APC.85 Rimane anche se CX3CR1 + APC, che in gran parte non esprimono ALDH, hanno proprietà specifiche durante le interazioni con i GC. da indagare.

La successiva risposta immunitaria che segue l’acquisizione di antigeni da parte degli APC è orchestrata attraverso la secrezione di citochine, chemochine e altre proteine, che si basa sui segnali che le APC ricevono dagli antigeni88,89 e l’ambiente tissutale.90 Le citochine e le chemochine secrete reclutano le cellule e guidano la differenziazione delle cellule effettrici, regolando il tipo di risposta immunitaria che segue l’esposizione all’antigene e possono provenire da una varietà di tipi di cellule, GC inclusi. Durante l’infezione da C. rodentium, un modello murino di infezione enteroemorragica da Escherichia coli, RELM-β è secreto basolateralmente dai GC, può essere trovato nel siero e funziona come un chemiotattico reclutando cellule T CD4 per il colon LP.91 Inoltre, RELM- β supporta la produzione di IL-22 durante le infezioni, che aiuta a promuovere la riparazione e il ripristino dei tessuti, indicando che RELM-β può svolgere molteplici funzioni simili alle citochine e alle chemochine per aiutare a risolvere le infezioni da patogeni. Un altro prodotto GC, trefoil factor 3, TFF3 è importante per la risoluzione dell’infiammazione, aiuta nel processo di riparazione e restauro dei tessuti76,92 e la produzione di TFF3 può essere innescata dal sensing microbico, attraverso la stimolazione TLR2.93 Finché rimane da vedere se i GC nell’intestino secernono citochine durante le risposte immunitarie in vivo, i GC esprimono mRNA per una varietà di citochine, come IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 e IL25 e chemochine eotassina, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94 quest’ultimo ha dimostrato di attrarre le APC all’epitelio.95 Pertanto, attraverso la secrezione di fattori solubili, i GC aiutano a modellare e controllare le risposte immunitarie.

Possono GC ad altri le superfici mucose formano GAP?

I GC intestinali controllano le risposte immunitarie regolando l’esposizione all’antigene attraverso la secrezione di muco per mantenere la barriera, il rilascio dell’antigene luminale e le interazioni con le APC sottostanti l’epitelio. Alcune di queste funzioni sono state osservate in GC su altre superfici mucose; tuttavia, resta da vedere se i GC su altre superfici mucose hanno la capacità di formare GAP e fornire antigeni agli APC.Sebbene inesplorato, è interessante ipotizzare, sulla base delle caratteristiche condivise tra GC intestinali e GC su altre superfici mucose, che la funzione GAP possa esistere in altri siti. La formazione di GAP nel tratto GI è associata alla secrezione tramite esocitosi composta 37, una caratteristica condivisa dai GC nell’epitelio delle vie aeree e nella congiuntiva. Inoltre, gli stimoli che inducono l’esocitosi composta su queste superfici sono simili a quelli che inducono l’esocitosi composta nei GC intestinali.4,96,97 Di ulteriore interesse, l’esocitosi composta e la secrezione nei GC congiuntivali è regolata dalla fosforilazione di EGFR, 97,98,99 e TLR l’attivazione nei GC delle vie aeree porta alla transattivazione dell’EGFR, 100 indicando che le vie che regolano i GAP nell’intestino sono presenti e funzionali nei GC su altre superfici mucose.

Il semplice epitelio intestinale colonnare è adatto per il rilascio di luminale antigeni in quanto ciò consente a una singola cellula di avere accesso al lume e agli APC nell’LP, consentendo a un GC di assorbire e fornire direttamente antigeni luminali agli APC. La congiuntiva nell’epitelio oculare è anche un semplice epitelio colonnare e sono state descritte interazioni tra GC congiuntivali e APC, 101 suggerendo che può verificarsi anche il rilascio dell’antigene mediato da GC agli APC su questa superficie mucosa. Simile all’intestino, una perdita di GC o una ridotta secrezione di mucina nella congiuntiva si traduce in risposte infiammatorie, 102,103 96 coerenti con un ruolo dei GC congiuntivali nel mantenimento della tolleranza. È interessante notare che i GC oculari secernono TGFβ2 ed esprimono CD36, che è necessario per attivare TGFβ2.101 Ulteriori GC oculari possono imprimere un fenotipo tolerogenico sugli APC, 101 indicando che i GC nella congiuntiva possono imprimere APC con un fenotipo tollerogenico mentre forniscono antigeni. Inoltre, la congiuntiva contiene una flora commensale, 104 e simili ai GC intestinali, i GC congiuntivali sono sensibili alla stimolazione microbica 105, suggerendo ulteriormente che i GC intestinali e i GC congiuntivali possono svolgere ruoli paralleli nelle risposte immunitarie.

Mentre il epitelio delle vie aeree superiori in non un semplice epitelio colonnare, è un epitelio pseudostratificato, in cui i nuclei delle cellule epiteliali non sono allineati sullo stesso piano ma tutte le cellule epiteliali entrano in contatto con la membrana basale e possono entrare in contatto con il lume .106 Pertanto, l’epitelio pseudostratificato potrebbe ancora consentire ai GC nelle vie aeree superiori di avere accesso sia al lume che alle cellule immunitarie sotto la membrana basale ai fini del rilascio dell’antigene. Inoltre, gli APC sono in stretto contatto con l’epitelio delle vie aeree superiori, 107 e una maggiore differenziazione dei GC porta al reclutamento di APC nell’epitelio delle vie aeree, 108 suggerendo che la presenza di GC potrebbe reclutare APC facilitando le interazioni e il trasferimento dell’antigene. Inoltre, i GC delle vie aeree secernono più citochine e chemochine, reclutando cellule immunitarie e modellando la risposta immunitaria agli antigeni inalati, 108,109,110 suggerendo che, come i GC intestinali, i GC delle vie aeree superiori possono fornire antigeni agli APC e dirigere il fenotipo della risposta immunitaria. Come l’intestino e la congiuntiva, il polmone ha il suo microbiota unico, sebbene limitato, 111 che può diventare disbiotico ed espandersi nella malattia o ospitare agenti patogeni e rappresentare un potenziale pericolo, 112,113 aumentando la possibilità che i GC delle vie aeree possano anche rispondere ai segnali microbici di modulare risposte immunitarie agli antigeni inalati.

Sebbene questa revisione si sia concentrata sul ruolo dei GC nel mantenimento dell’omeostasi, vale la pena notare che i GC possono anche contribuire alla patogenesi della malattia. L’iperplasia delle cellule caliciformi è un segno distintivo delle risposte Th2 sia nell’intestino che nel polmone e guidato dall’IL-13 in entrambi gli organi. Questo processo è importante per l’espulsione degli elminti e per la protezione delle vie aeree attraverso l’aumento della secrezione di muco; 114,115,116 tuttavia, l’aumento della produzione di muco è anche un fattore che contribuisce alla patogenesi dell’asma e della broncopneumopatia cronica ostruttiva.117 Non è noto se l’aumento di GC che si espandono durante la malattia hanno la capacità di formare GAP e fornire l’antigene e se questi GAP contribuiscono alle risposte immunitarie omeostatiche o patogene. Tuttavia, le osservazioni secondo cui l’espansione GC guidata da IL-13 ha determinato una maggiore traslocazione di Listeria monocytogenes75 suggeriscono che questi GC possano avere una funzione GAP e contribuire alla malattia. L’espansione GC è spesso una componente di un’infezione attiva o risoluzione di una malattia durante la quale il sistema potrebbe non essere predisposto per risposte tollerogeniche. Se i GAP si formano dai GC durante l’espansione del GC, ciò potrebbe comportare un aumento della somministrazione di antigeni durante un periodo inopportuno che promuove risposte infiammatorie contro antigeni batterici alimentari e commensali, con conseguente allergia alimentare o colite.Inoltre, la disfunzione GC è stata associata e ha contribuito a molteplici malattie tra cui malattia infiammatoria intestinale, fibrosi cistica, asma, disturbi metabolici, sindrome di Sjögren e malattia polmonare ostruttiva cronica, indicando che i GC non sono sempre spettatori innocenti e possono essere partecipanti attivi nella malattia patogenesi.