Hvordan styres levering av luminale stoffer i lamina propria?

Til tross for tilstedeværelsen av en fysisk barriere pga. slimlaget og epitelet, har det lenge vært verdsatt at immunforsvaret som ligger til grunn for SI villous epitel, ikke er uvitende om luminalinnholdet, men i stedet overvåker kontinuerlig innholdet for å fremme toleranse for uskadelige luminalantigener i jevn tilstand.39 Denne prosessen, referert til som oral toleranse, involverer induksjon av perifert avledede induserte T-regulatoriske celler (iTregs) som er spesifikke for luminale antigener, som deretter er i stand til å undertrykke og forhindre inflammatoriske responser. 40,41,42 Det første trinnet i denne prosessen er anskaffelse av luminal antigener av antigenpresenterende celler (APCer) i LP.43,44 Flere veier er identifisert ved hvilke luminale stoffer kan krysse epitelet inkludert paracellulær lekkasje, transcellu lar permeabilitet, M-celler og utvidelse av transepiteliale dendritter (TED) av LP-APCs.45,46 Paracellulær lekkasje er assosiert med og indusert av betennelse, 47 som antyder at mens luminale stoffer kan krysse epitelet via paracellular lekkasje, kan dette føre til induksjon av toleranse. Luminale stoffer kan krysse epitelceller transcellulært etter endocytose av M-celler, selv om M-celler er sjeldne utenfor follikkelassosiert epitel i SI og distal kolon hvor toleranse mot luminale stoffer induseres i jevn tilstand.48,49 I tillegg er tarmepitel celler har vist seg å endocytose luminale stoffer, selv om dette antas å bidra mest til absorpsjon av næringsstoffer. 50 TED-utvidelse er ikke nødvendig for oral toleranse, da oral toleranse er indusert hos mus som mangler TED, 44,51 og oral toleranse er indusert mot luminal stoffer i det distale tykktarmen der TED-dannelse ikke har blitt observert.52,53 I motsetning til dette induseres TEDs ved mikrobiell sensing og øker under enterisk infeksjon, noe som tyder på TEDs-utvidelse som en mekanisme for LP-APCs for å direkte prøve luminalbakterier, eller alternativt TEDs utvidelse kan være et trinn i migrasjonen av APCs inn i lumenet for å sekvestre patogene bakterier.54,55,56,57,58

I motsetning til th Det er bevis som tyder på at GC-transport av luminalantigen til LP-APC støtter toleranse i jevn tilstand. Flere studier har observert at GC er endocytiske og i stand til å ta opp luminale stoffer; 59,60,61,62, men det ble først nylig verdsatt at denne prosessen kunne resultere i overføring av luminale stoffer til LP-APC på en måte som er i stand til å indusere adaptiv immunrespons.63 Denne prosessen, referert til som GAP-dannelse, forekommer i SI og distalt kolon i steady state, stedene i GI-kanalen der toleranse mot luminale antigener induseres, 53,64 men ikke i den voksne proksimale kolon , der toleranse mot luminale stoffer ikke induseres i jevn tilstand.64 Videre krevde induksjon av toleranse mot kommensale bakterieantigener i pre-avvenning gastrointestinale GCs og GAPs.65 Mens det for tiden ikke er utforsket, antyder disse observasjonene at GCs og GAPs kan kreves også for induksjon av toleranse for kostantigener etter avvenning. Andre observasjoner i samsvar med GAP som en vei som fremmer toleranse for luminale antigener, sentrerer rundt den stramme reguleringen av GAP-dannelse. GAP er indusert av ACh som virker på muskarinisk ACh-reseptor 4 (mAChR4) uttrykt på GC, som utløser frigjøring av mucingranulat gjennom sammensatt eksocytose.66 GAP-dannelse var ikke assosiert med stimuli som induserte GC-sekresjon ved primær eksocytose. 35,37,63 , 67 Differensialevnen til sekretagoger til å indusere GAP-dannelse indikerer at GC kan utskille slim for å opprettholde barrieren og ikke utsette immunforsvaret for luminale stoffer. Assosiasjonen av GAP-dannelse med sammensatt eksocytose, men ikke med stimuli som induserer sekresjon ved primær eksocytose, kan være en mekanisme som gjør at GC-er kan opprettholde slimbarrieren i innstillinger der eksponering av immunsystemet for luminalinnholdet ville være ufordelaktig. Dette antas å være situasjonen i den voksne proksimale kolon, hvor slimbarrieren opprettholdes, men GAP-dannelse er sjelden og GC er mindre responsive mot ACh.37

Det har vist seg at den sekretoriske epitelcellen type enteroendokrine celler kan endocytose luminalantigener.61 Det gjenstår å se om andre sekretoriske celler, for eksempel Paneth-celler, også kan endocytose luminalstoffer, og om disse cellene også kan bidra til belastning av antigener på LP-APC og induksjon av slimhinnereaksjoner .

Hva er rollen til GAP?

GAP-dannelse er evaluert gjennom tynntarmen og tykktarmen og gjennom hele det murine livet.GAP ble også funnet i sunne humane jejunale reseksjoner oppnådd fra pasienter som gjennomgår bariatrisk kirurgi.63 Mens rollen til endret metabolsk status på GAP-dannelse gjenstår å undersøkes, tolker vi samlet disse observasjonene for å indikere at GAP introduserer luminale stoffer i slimhinnens immunsystem i tarmens lamina propria (LP) som en del av normal fysiologi hos mus og mennesker.

Hvordan er GAP regulert i tynntarmen?

GC er tilstede i tarmepitelet i tidlige dager etter fødselen; 68,69 dannes imidlertid ikke GAP før senere i livet, og begynner i SI rundt dag 18. Før dette hemmes GAP-dannelse av fosforylering av epidermal vekstfaktorreseptor (EGFR) i GC, som resulterer i aktivering av p42 / p44 MAPK undertrykker GCs evne til å reagere på ACh for å danne GAPs (Tabell 1) .37 Før avvenning av direkte ligering av EGFR av vekstfaktorer, slik som EGF, inhiberte GAP-dannelse. Disse vekstfaktorene kan utskilles i morsmelk og finnes i høy konsentrasjon i tarmlumen tidlig i livet og er også nødvendige for riktig tarmvekst i løpet av de første dagene av livet og beskyttelse mot patogenindusert vevsskade. 70,71,72

After day of life (DOL) 18, GAP-dannelse i SI fortsetter gjennom voksen alder. GAP-dannelse og antigen-levering i SI er verken aktivert eller inhibert av kommensiell mikrobiota, 37,53, og det er ingen endring i GAP-dannelse i SI hos bakteriefrie mus eller mus på antibiotika.37 Imidlertid, under patogene infeksjoner, dannelse av GAP i SI blir hemmet, og 73 opphører antigenlevering til SI LP i løpet av en tid med økt nød. Inhibering av GAP under Salmonella-infeksjon krevde Myd88-aktivering av EGFR-banen, via IL1β som virket på IL1-reseptoren. 74 GAP-hemming under Salmonella-infeksjon var rask og nødvendig for å forhindre økt spredning av Salmonella til de drenerende lymfeknuter, ettersom Salmonella var i stand til bruk GAP som inngangsportal.73 Listeria monocytogenes har også vist seg å knytte seg til GC for å få tilgang forbi epitel 75 og Citrobacter rodentium infiserer direkte kolon GC, 76 som antyder at flere bakteriearter kan bruke GAP som inngangsportal.

Hvordan reguleres GAP i den proksimale kolon?

Interessant, GAP-dannelse forekommer i den proksimale kolon bare i et kort tidsvindu, mellom DOL 10 gjennom avvenning (rundt DOL 21) (Tabell 1 ) .65 Før DOL 10 ble GAP-dannelse inhibert på en EGFR-avhengig måte, lik SI, og aktivering av Myd88 ved TLR førte til EGFR-avhengig inhibering av GAP-dannelse etter avvenning som svar på mikrobiota prese nt i spesifikke patogenfrie mus.37,65 Slike tydelige perioder med GAP-regulering og luminal antigeneksponering i den proksimale tykktarmen kan representere de forskjellige faser av immunutvikling ved å definere et pre-avvenningsintervall der immunsystemet blir eksponert for luminal antigener for induksjon av antigenspesifikk toleranse for tarmbakterier.65

Kanskje som eller viktigere enn stimuli som induserer GAP-dannelse, er banene som hemmer GAP-dannelse og antigen-levering i ugunstige situasjoner. Når det er tilstede, dannet upassende GAP i den proksimale kolon for translokasjon av kommensale og patogene bakterier.53,73,77 Videre resulterer overstyring av GAP-hemming i disse situasjonene i inflammatoriske responser.65,73,77

Hvordan reguleres GAP i den distale tykktarmen?

GAP-dannelse i den distale tykktarmen ble ikke hemmet av mikrobiota etter avvenning, noe som gjorde den forskjellig fra den proksimale tykktarmen (tabell 1) .53 Imidlertid translokasjon av bakterier var ikke assosiert med tilstedeværelsen av GAP i den distale tykktarmen.53 Selv om den ikke ble undersøkt, kunne tilstedeværelsen av GAP i den distale tykktarmen, og likevel kan mangelen på bakteriell translokasjon skyldes det tette slimlaget i det distale tykktarmen, noe som kan redusere GCs eksponering for mikrober og mikrobielle produkter som gjør det mulig for GC å reagere på ACh for å danne GAP og hindre mikrober i å få tilgang til GC. Ettersom tolerogene responser kan induseres gjennom den distale tykktarmen, gjenstår det å se hva, hvis noen, reguleringsmekanismer kan kontrollere GAP-dannelse og antigen-levering i den distale tykktarmen.

Gjennom hele livet tilbyr GAP-inhibering gjennom EGFR-fosforylering en elegant regulatorisk vei som bruker et lignende inhiberende signal, med separate regulatoriske ligander som definerer tiden når antigenavgivelse er en ønskelig hendelse. Dermed gir flere veier stram kontroll av GAP-dannelse og luminal antigeneksponering for å begrense upassende inflammatoriske responser i ugunstige situasjoner og tillater luminal antigeneksponering når det er gunstig (tabell 1).

GCs interaksjoner med immunceller

LPen inneholder flere APC-populasjoner78,79 med forskjellige funksjoner som er nødvendige for passende immunresponser mot luminale stoffer. Mens innledende studier rapporterte at GAPs fortrinnsvis leverte luminale antigener til SI CD103 + DCs, har 63 CX3CR1 + APCs også blitt observert å samhandle med og oppnå luminale stoffer fra GAPs.53 Når colon GAPs ble dannet ved å omgå GAP-hemmende veier hos mus etter avvenning, CX3CR1 + APCs ble sett i interaksjon med colon GAPs, og ble lastet med bakterier som translokeres via GAPs. 37,53,77 Ettersom flere populasjoner av APC interagerer med og oppnår antigen fra GAP i tarmen, gjenstår det å se om det eksisterer faktorer for å rekruttere en spesifikk populasjon av APC til GC for å skaffe antigen for induksjon av oral toleranse, da visse populasjoner av APC, slik som CD103 + APC, antas å være bedre egnet for induksjon av tolerogene responser. 80

CD103 + LP-APC ekspresjon av retinaldehyddehydrogenase (ALDH1) er nødvendig for produksjon av all-trans retinsyre (ATRA) .81 Produksjonen av ATRA spiller flere roller i slimhinnens immunresponser mot luminal maur igens inkludert promotering av IgA-responser, innprenting av tarm-homing-molekylekspresjon av lymfocytter og induksjon av Tregs. 82,83,84 In vivo-studier avslørte at CD103 + LP-APC-ekspresjon av ALDH var avhengig av rekruttering til epitel og epitelekspresjon av den cellulære retinol- bindingsprotein II (CRBPII) .85,86

Under interaksjoner med APCs overfører GCs GC-produkter sammen med luminale antigener til APCs.63 Denne overføringen av GC-produkter til APCs kan gi inntrykk av APCs med slimhinneegenskaper. Et slikt GC-produkt, MUC2, er blitt foreslått å trykke APCer med en betennelsesdempende gensignatur som kreves for oral toleranse, 87 som antyder at når APCer anskaffer luminale antigener fra GAP, får de også tolerogene signaler. Forstyrre interaksjoner mellom APC og epitel reduserte overføringen av GC-produkter til APCene, og reduserte deretter induksjonen av mucosale responser av APCs.85 Hvorvidt CX3CR1 + APCs, som i stor grad ikke uttrykker ALDH, er også preget med spesifikke egenskaper under interaksjoner med GCs forblir som skal undersøkes.

Den påfølgende immunresponsen som følger anskaffelsen av antigener av APCs er orkestrert gjennom utskillelsen av cytokiner, chemokines og andre proteiner, som er basert på signalene APCs mottar fra antigenene88,89 og vevsmiljøet .90 Sekreterte cytokiner og kjemokiner rekrutterer celler og driver differensiering av effektorceller, regulerer typen immunrespons som følger antigeneksponering, og kan komme fra en rekke celletyper, inkludert GC. Under C. rodentium-infeksjon, er en murin modell av enterohemorragisk Escherichia coli-infeksjon, RELM-ß utskilles basolateralt av GC, kan bli funnet i serumet, og fungerer som en kjemoattraktant som rekrutterer CD4 T-celler til tykktarmen LP.91 I tillegg, RELM- β støtter IL-22-produksjon under infeksjoner, noe som bidrar til å fremme vevsreparasjon og restaurering, noe som indikerer at RELM-β kan utføre flere funksjoner som ligner på cytokiner og kjemokiner for å løse patogeninfeksjoner. Et annet GC-produkt, trefoil faktor 3, TFF3 er viktig for oppløsningen av betennelse, og hjelper i prosessen med vevsreparasjon og -gjenoppretting, 76,92 og produksjonen av TFF3 kan utløses av mikrobiell sensing, gjennom TLR2-stimulering.93 Mens det forblir for å bli sett om GC i tarmen utskiller cytokiner under immunresponser in vivo, GC uttrykker mRNA for en rekke cytokiner, slik som IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 og IL25, og kjemokiner eotaxin, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94, sistnevnte har vist seg å tiltrekke APCer til epitelet. 95 Gjennom utskillelsen av oppløselige faktorer hjelper GCer med å forme og kontrollere immunresponser.

Kan GCer på andre slimhinneoverflater danner GAP?

Intestinale GC-er styrer immunresponser ved å regulere antigeneksponering gjennom slimutskillelse for å opprettholde barrieren, levering av luminantigen og interaksjoner med APC som ligger til grunn for epitelet. Noen av disse funksjonene er observert i GC på andre slimhinneoverflater; det gjenstår imidlertid å se om GC på andre slimhinneoverflater har kapasitet til å danne GAP og levere antigener til APC.Mens det ikke er utforsket, er det spennende å spekulere, basert på karakteristikk som deles mellom tarm-GC og GC på andre slimhinneoverflater, om at GAP-funksjonen kan eksistere på andre steder. GAP-dannelse i mage-tarmkanalen er assosiert med sekresjon via sammensatt eksocytose, en karakteristikk som deles av GC-er i luftveisepitel og konjunktiva. Videre er stimuli som induserer sammensatt eksocytose på disse overflatene lik de som induserer sammensatt eksocytose i tarm-GCs. 4,96,97 Av ytterligere interesse er sammensatt eksocytose og sekresjon i konjunktival-GCs regulert av EGFR-fosforylering, 97,98,99 og TLR aktivering i luftveis-GC fører til EGFR-transaktivering, 100 som indikerer at banene som regulerer GAP i tarmen er tilstede og funksjonelle i GC-er på andre slimhinneoverflater.

Det enkle søyleformede tarmepitelet er godt egnet for levering av luminal antigener, da dette gjør det mulig for en enkelt celle å ha tilgang til lumen og APC-ene i LP-en, slik at en GC kan ta opp og levere luminale antigener til APC-er. Konjunktiva i okulært epitel er også et enkelt søyleepitel, og interaksjoner mellom konjunktival GC og APC er beskrevet, 101 som antyder at GC-mediert antigenlevering til APC ved denne slimhinneoverflaten også kan forekomme. I likhet med tarmen resulterer tap av GCs eller nedsatt mucinsekresjon i bindehinnen i inflammatoriske responser, 102.103 96 samsvarer med en rolle for konjunktival GCs i å opprettholde toleranse. Interessant nok utskiller okulære GC-er TGFβ2 og uttrykker CD36, noe som er nødvendig for å aktivere TGFβ2.101 Videre okulære GC-er kan prege en tolerogen fenotype på APC, 101, noe som indikerer at GC i konjunktiva kan prege APC med en tolerogen fenotype mens de leverer antigener. Videre inneholder konjunktiva en commensal flora, 104 og ligner på tarm-GC, konjunktival GC er responsive til mikrobiell stimulering, 105 som videre antyder at tarm-GC og konjunktival GC kan spille parallelle roller i immunresponser.

Mens epitel i de øvre luftveiene i ikke et enkelt søyleepitel, det er et pseudostratisert epitel, der epitelcellene ikke er justert i samme plan, men alle epitelceller kommer i kontakt med kjellermembranen og kan komme i kontakt med lumen 106 Dermed kan det pseudostratifiserte epitelet fremdeles tillate at GC-er i øvre luftvei får tilgang til både lumen og immunceller under kjellermembranen med det formål å levere antigen. Videre er APC i nær kontakt med øvre luftveisepitel 107 og økt differensiering av GC fører til rekruttering av APC til luftveisepitel 108, noe som tyder på at tilstedeværelsen av GC kan rekruttere APC som letter interaksjoner og antigenoverføring. I tillegg utskiller luftveis-GC flere cytokiner og kjemokiner, rekrutterer immunceller og former immunresponsen til inhalerte antigener, 108.109.110, noe som tyder på at GCs i øvre luftveiene i tarmen kan levere antigener til APC og dirigere fenotypen til immunresponsen. I likhet med tarmen og konjunktiva har lungen sin egen unike, men begrensede mikrobiota, 111 som kan bli dysbiotisk og utvidet i sykdommer eller havnepatogener og representerer potensiell fare, 112,113 som øker muligheten for at luftveis-GCs også kan reagere på mikrobielle signaler for å modulere immunresponser mot inhalerte antigener.

Selv om denne gjennomgangen har fokusert på GCs rolle i å opprettholde homeostase, er det verdt å merke seg at GCs også kan bidra til sykdomspatogenese. Pokelcellehyperplasi er et kjennetegn på Th2-responser i både tarmen og i lungen og drives av IL-13 i begge organer. Denne prosessen er viktig for utvisning av helminter og beskyttelse av luftveiene gjennom økt slimutskillelse. 114,115,116, men økt slimproduksjon er også en medvirkende faktor til patogenesen av astma og kronisk obstruktiv lungesykdom.117 Det er ukjent om de økte GC-ene som ekspanderer under sykdom har kapasitet til å danne GAP og levere antigen, og om disse GAPene bidrar til homeostatisk eller patogen immunrespons. Imidlertid antyder observasjoner at IL-13-drevet GC-ekspansjon resulterte i økt translokasjon av Listeria monocytogenes75 at disse GC-ene kan ha GAP-funksjon og bidra til sykdom. GC-utvidelse er ofte en komponent i en aktiv infeksjon eller oppløsning til sykdom der systemet kanskje ikke er innrettet for tolerogene responser. Hvis GAP dannes fra GC under GC-ekspansjon, kan dette resultere i økt antigenavgivelse i løpet av en uhensiktsmessig tid som fremmer betennelsesresponser mot kostholds- og kommensale bakterielle antigener, noe som resulterer i matallergi eller kolitt.Videre har GC-dysfunksjon vært assosiert med og bidratt til flere sykdommer, inkludert inflammatorisk tarmsykdom, cystisk fibrose, astma, metabolske forstyrrelser, Sjögrens syndrom og kronisk obstruktiv lungesykdom, noe som indikerer at GC ikke alltid er uskyldige tilskuere og kan være aktive deltakere i sykdommen. patogenese.