Hoe wordt de afgifte van luminale substanties in de lamina propria gecontroleerd?

Ondanks de aanwezigheid van een fysieke barrière door de slijmlaag en het epitheel, wordt al lang erkend dat het immuunsysteem dat ten grondslag ligt aan het SI-villous epitheel niet onwetend is over de luminale inhoud, maar in plaats daarvan continu de inhoud bewaakt om tolerantie voor onschadelijke luminale antigenen in de stabiele toestand te bevorderen.39 Dit proces, oraal tolerantie genoemd, omvat de inductie van perifeer afgeleide geïnduceerde regulerende T-cellen (iTregs) specifiek voor luminale antigenen, die vervolgens in staat zijn om ontstekingsreacties te onderdrukken en te voorkomen.40,41,42 De eerste stap in dit proces is het verwerven van luminale antigenen door antigeenpresenterende cellen (APC’s) in de LP.43,44 Er zijn meerdere routes geïdentificeerd waarmee luminale stoffen het epitheel kunnen doorkruisen, waaronder paracellulaire lekkage, transcellulaire grote permeabiliteit, M-cellen en de uitbreiding van transepitheliale dendrieten (TED’s) door LP-APC’s.45,46 Paracellulair lek is geassocieerd met en geïnduceerd door ontsteking, 47 wat suggereert dat, hoewel luminale substanties het epitheel kunnen passeren via paracellulair lek, dit niet leiden tot de inductie van tolerantie. Luminale stoffen kunnen transcellulair epitheelcellen doorkruisen na endocytose door M-cellen, hoewel M-cellen zeldzaam zijn buiten het follikel-geassocieerde epitheel in de SI en het distale colon, waar tolerantie voor luminale substanties wordt geïnduceerd in de steady-state.48,49 Bovendien, intestinaal epitheel Van cellen is aangetoond dat ze luminale stoffen endocyteren, hoewel wordt aangenomen dat dit voornamelijk bijdraagt aan de opname van voedingsstoffen.50 TED-verlenging is niet nodig voor orale tolerantie, aangezien orale tolerantie wordt geïnduceerd bij muizen zonder TED’s, 44,51 en orale tolerantie wordt geïnduceerd tot luminale stoffen in de distale karteldarm waar geen TED-vorming is waargenomen.52,53 Daarentegen worden TED’s geïnduceerd door microbiële detectie en nemen ze toe tijdens darminfectie, wat suggereert dat TED’s-uitbreiding een mechanisme is voor LP-APC’s om rechtstreeks luminale bacteriën te bemonsteren, of als alternatief TED’s uitbreiding zou een stap kunnen zijn in de migratie van APC’s naar het lumen om pathogene bacteriën te sekwestreren.54,55,56,57,58

In tegenstelling tot th Op deze routes is er bewijs dat suggereert dat GC-transport van luminaal antigeen naar LP-APC’s tolerantie in de steady-state ondersteunt. Meerdere studies hebben aangetoond dat GC’s endocytisch zijn en luminale stoffen kunnen opnemen; 59,60,61,62 echter werd pas onlangs ingezien dat dit proces zou kunnen resulteren in de overdracht van luminale stoffen naar LP-APC’s op een manier die in staat is om adaptieve immuunresponsen.63 Dit proces, GAP-vorming genoemd, vindt plaats in de SI en het distale colon in de stabiele toestand, de plaatsen in het maagdarmkanaal waar tolerantie voor luminale antigenen wordt geïnduceerd, 53,64 maar niet in het proximale colon van de volwassene. , waar tolerantie voor luminale stoffen niet wordt geïnduceerd in de steady-state.64 Bovendien vereiste de inductie van tolerantie voor commensale bacteriële antigenen in het maagdarmkanaal vóór het spenen GC’s en GAP’s.65 Hoewel momenteel onontgonnen, suggereren deze waarnemingen dat GC’s en GAP’s ook nodig zijn voor het opwekken van tolerantie voor voedingsantigenen na het spenen. Andere waarnemingen die consistent zijn met GAP’s als een route die tolerantie voor luminale antigenen bevordert, concentreren zich rond de strakke regulering van GAP-vorming. GAP’s worden geïnduceerd door ACh die inwerkt op de muscarine ACh-receptor 4 (mAChR4) die tot expressie wordt gebracht op GC’s, wat de afgifte van mucinekorrels veroorzaakt door samengestelde exocytose.66 GAP-vorming was niet geassocieerd met stimuli die GC-secretie induceren door primaire exocytose.35,37,63 67 Het differentiële vermogen van secretagogen om GAP-vorming te induceren, geeft aan dat GC’s slijm kunnen afscheiden om de barrière te behouden en het immuunsysteem niet bloot te stellen aan luminale stoffen. De associatie van GAP-vorming met samengestelde exocytose, maar niet met stimuli die secretie induceren door primaire exocytose, kan een mechanisme zijn dat GC’s in staat stelt de slijmbarrière te behouden in omgevingen waar blootstelling van het immuunsysteem aan de luminale inhoud nadelig zou zijn. Aangenomen wordt dat dit de situatie is in het proximale colon van een volwassene, waar de slijmbarrière wordt gehandhaafd, maar GAP-vorming is zeldzaam en GC’s minder reageren op ACh.37

Het is aangetoond dat de secretoire epitheelcel type entero-endocriene cellen kunnen luminale antigenen endocyteren.61 Het valt nog te bezien of andere secretoire cellen, zoals Paneth-cellen ook luminale stoffen kunnen endocyteren, en of deze cellen ook kunnen bijdragen aan het laden van antigenen op LP-APC’s en het induceren van mucosale reacties .

Wat is de rol van GAP’s?

GAP-vorming is geëvalueerd in de hele dunne darm en de dikke darm en gedurende het hele leven van de muis.GAP’s werden ook gevonden in gezonde menselijke jejunale resecties verkregen bij patiënten die bariatrische chirurgie ondergingen.63 Hoewel de rol van veranderde metabolische status op de vorming van GAP nog moet worden onderzocht, interpreteren we deze waarnemingen globaal om aan te geven dat GAP’s luminale stoffen introduceren in het mucosale immuunsysteem. binnen de intestinale lamina propria (LP) als onderdeel van de normale fysiologie bij muizen en mensen.

Hoe worden GAP’s gereguleerd in de dunne darm?

GC’s zijn aanwezig in het darmepitheel in de vroege dagen na de geboorte; 68,69 GAP’s worden echter pas op latere leeftijd gevormd, beginnend in de SI rond dag 18. Voordien wordt de GAP-vorming geremd door fosforylering van de epidermale groeifactorreceptor (EGFR) in GC’s, die resulteert in activering van p42 / p44 MAPK waardoor het vermogen van GC’s om te reageren op ACh om GAP’s te vormen wordt onderdrukt (Tabel 1) .37 Voorafgaand aan het spenen remde directe ligatie van EGFR door groeifactoren, zoals EGF, de vorming van GAP. Deze groeifactoren kunnen in de moedermelk worden uitgescheiden en tijdens het vroege leven in hoge concentraties in het darmlumen worden aangetroffen, en zijn ook nodig voor een goede darmgroei tijdens de eerste levensdagen en voor bescherming tegen door pathogenen geïnduceerde weefselletsel.70,71,72

After day of life (DOL) 18, GAP-vorming in de SI gaat door tijdens de volwassenheid. GAP-vorming en antigeenafgifte in de SI wordt niet geactiveerd of geremd door de commensale microbiota, 37,53 en er is geen verandering in GAP-vorming in de SI in kiemvrije muizen of muizen die antibiotica gebruiken.37 Tijdens pathogene infecties, GAP-vorming in de SI wordt geremd, 73 stopt de afgifte van antigeen aan de SI LP gedurende een tijd van verhoogde nood. Remming van GAP’s tijdens Salmonella-infectie vereiste Myd88-activering van de EGFR-route, via IL1β die inwerkt op de IL1-receptor.74 GAP-remming tijdens Salmonella-infectie was snel en noodzakelijk om verhoogde verspreiding van Salmonella naar de drainerende lymfeklieren te voorkomen, zoals Salmonella dat kon gebruik GAP’s als toegangsportaal.73 Van Listeria monocytogenes is ook aangetoond dat het associeert met GC’s om toegang te krijgen voorbij het epithelium75 en Citrobacter rodentium rechtstreeks colon-GC’s infecteert 76, wat suggereert dat meerdere bacteriesoorten GAP’s kunnen gebruiken als toegangsportaal. >

Hoe worden GAP’s gereguleerd in de proximale dikke darm?

Interessant is dat GAP-vorming in de proximale dikke darm slechts gedurende een korte tijdsperiode plaatsvindt, tussen DOL 10 tot en met spenen (rond DOL 21) (tabel 1 ) .65 Voorafgaand aan DOL 10 werd GAP-vorming geremd op een EGFR-afhankelijke manier, vergelijkbaar met de SI, en activering van Myd88 door TLR’s leidde tot EGFR-afhankelijke remming van GAP-vorming na het spenen als reactie op de microbiota prese nt in specifieke pathogeenvrije muizen.37,65 Dergelijke verschillende perioden van GAP-regulatie en blootstelling aan luminaal antigeen in het proximale colon kunnen de verschillende fasen van immuunontwikkeling vertegenwoordigen door een interval voor het spenen te definiëren waarin het immuunsysteem wordt blootgesteld aan luminale antigenen voor de inductie van antigeen-specifieke tolerantie voor darmbacteriën.65

Misschien net zo of belangrijker dan de stimuli die GAP-vorming induceren, zijn de routes die GAP-vorming en antigeenafgifte in ongunstige situaties remmen. Indien aanwezig, zorgden onjuist gevormde GAP’s in het proximale colon voor de translocatie van commensale en pathogene bacteriën.53,73,77 Bovendien resulteert het opheffen van de GAP-remming in deze situaties in ontstekingsreacties.65,73,77

Hoe worden GAP’s gereguleerd in het distale colon?

GAP-vorming in het distale colon werd niet geremd door de microbiota na het spenen, waardoor deze zich onderscheidde van het proximale colon (tabel 1) .53 Translocatie van bacteriën was niet geassocieerd met de aanwezigheid van GAP’s in het distale colon.53 Hoewel niet onderzocht, kan de aanwezigheid van GAP’s in het distale colon en toch het ontbreken van bacteriële translocatie te wijten zijn aan de dichte slijmlaag in het distale colon, die de De blootstelling van GC’s aan microben en microbiële producten stelt GC in staat om te reageren op ACh om GAP’s te vormen en te voorkomen dat microben toegang krijgen tot de GC’s. Aangezien tolerogene reacties kunnen worden geïnduceerd via de distale karteldarm, valt nog te bezien welke reguleringsmechanismen, indien aanwezig, de vorming van GAP en antigeenafgifte in het distale colon kunnen regelen.

Gedurende het hele leven biedt GAP-remming door middel van EGFR-fosforylering een elegante regulerende route die een vergelijkbaar remmend signaal gebruikt, met afzonderlijke regulerende liganden die het tijdstip bepalen waarop antigeenafgifte een wenselijke gebeurtenis is. Meerdere routes bieden dus een strikte controle van GAP-vorming en blootstelling aan luminaal antigeen om ongepaste ontstekingsreacties in ongunstige situaties te beperken en blootstelling aan luminaal antigeen mogelijk te maken wanneer dit gunstig is (tabel 1).

GCs-interacties met immuuncellen

De LP bevat meerdere APC-populaties78,79 met verschillende functies die nodig zijn voor geschikte immuunresponsen op luminale stoffen. Hoewel initiële onderzoeken meldden dat GAP’s bij voorkeur luminale antigenen afleverden aan SI CD103 + DC’s, is ook waargenomen dat 63 CX3CR1 + APC’s een interactie aangaan met en luminale stoffen verkrijgen uit GAP’s.53 Wanneer colon GAP’s werden gevormd door het omzeilen van GAP-remmende routes bij muizen na het spenen, CX3CR1 + APC’s vertoonden interactie met GAP’s in het colon en waren geladen met bacteriën die getransloceerd werden via GAP’s.37,53,77 Aangezien meerdere populaties van APC’s interageren met en antigeen verkrijgen van GAP’s in de darm, valt nog te bezien of er factoren zijn om een specifieke populatie van APC’s tegen GC’s om antigeen te verkrijgen voor de inductie van orale tolerantie, aangezien wordt aangenomen dat bepaalde populaties APC’s, zoals CD103 + APC’s, beter geschikt zijn voor de inductie van tolerogene responsen.80 CD103 + LP-APC expressie van retinaldehyde dehydrogenase (ALDH1) is noodzakelijk voor de productie van all-trans retinoïnezuur (ATRA) .81 De productie van ATRA speelt meerdere rollen bij mucosale immuunresponsen op luminale mieren igenen, waaronder het bevorderen van IgA-responsen, het inprenten van gut homing molecule-expressie door lymfocyten en het induceren van Tregs.82,83,84 In vivo-onderzoeken toonden aan dat CD103 + LP-APC-expressie van ALDH afhankelijk was van rekrutering naar het epitheel en epitheliale expressie van het cellulaire retinol- binding proteïne II (CRBPII) .85,86

Tijdens interacties met APC’s dragen GC’s GC-producten samen met luminale antigenen over naar APC’s.63 Deze overdracht van GC-producten naar APC’s kan APC’s met mucosale eigenschappen bedrukken. Van een dergelijk GC-product, MUC2, is gesuggereerd dat het APC’s afdrukt met een ontstekingsremmende gensignatuur die vereist is voor orale tolerantie87, wat suggereert dat wanneer APC’s luminale antigenen van GAP’s verwerven, ze ook tolerogene signalen verkrijgen. Het verstoren van interacties tussen APC’s en het epitheel verminderde de overdracht van GC-producten naar de APC’s, en verminderde vervolgens de inductie van mucosale reacties door APC’s.85 Of CX3CR1 + APC’s, die grotendeels geen ALDH tot expressie brengen, evenzo worden bedrukt met specifieke eigenschappen tijdens interacties met GC’s, blijft bestaan. te onderzoeken.

De daaropvolgende immuunrespons die volgt op de verwerving van antigenen door APC’s wordt georkestreerd door de uitscheiding van cytokinen, chemokinen en andere eiwitten, die is gebaseerd op de signalen die APC’s ontvangen van de antigenen88,89 en de weefselomgeving.90 Uitgescheiden cytokinen en chemokinen rekruteren cellen en stimuleren differentiatie van effectorcellen, reguleren het type immuunrespons dat volgt op blootstelling aan antigeen, en kan afkomstig zijn van een verscheidenheid aan celtypen, inclusief GC’s. Tijdens C. rodentium-infectie, een muizenmodel van enterohemorrhagische Escherichia coli-infectie, wordt RELM-β basolateraal uitgescheiden door GC’s, kan het in het serum worden aangetroffen en fungeert het als een chemoattractant die CD4 T-cellen rekruteert naar de dikke darm LP.91 Bovendien, RELM- β ondersteunt de productie van IL-22 tijdens infecties, wat helpt bij het bevorderen van weefselherstel en -herstel, wat aangeeft dat RELM-β meerdere functies kan vervullen die vergelijkbaar zijn met cytokines en chemokines om pathogene infecties te helpen oplossen. Een ander GC-product, klaverbladfactor 3, TFF3 is belangrijk voor het oplossen van ontstekingen, helpt bij het proces van weefselherstel en -herstel, 76,92 en de productie van TFF3 kan worden geactiveerd door microbiële detectie, via TLR2-stimulatie.93 Hoewel het blijft om te zien of GC’s in de darm cytokines afscheiden tijdens immuunresponsen in vivo, GC’s brengen mRNA tot expressie voor een verscheidenheid aan cytokines, zoals IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 en IL25, en chemokines eotaxine, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94 van de laatste is aangetoond dat het APC’s naar het epitheel trekt.95 Door de afscheiding van oplosbare factoren helpen GC’s dus bij het vormen en beheersen van immuunresponsen.

Kunnen GC’s op andere slijmvliesoppervlakken vormen GAP’s?

Intestinale GC’s controleren immuunresponsen door antigeenblootstelling te reguleren door middel van slijmsecretie om de barrière, luminale antigeenafgifte en interacties met APC’s die ten grondslag liggen aan het epitheel te behouden. Sommige van deze functies zijn waargenomen in GC’s op andere mucosale oppervlakken; het valt echter nog te bezien of GCs op andere mucosale oppervlakken het vermogen hebben om GAPs te vormen en antigenen af te leveren aan APCs.Hoewel het onontgonnen is, is het intrigerend om te speculeren, op basis van de eigenschappen die gemeenschappelijk zijn tussen intestinale GC’s en GC’s op andere mucosale oppervlakken, dat de GAP-functie op andere locaties kan bestaan. GAP-vorming in het maagdarmkanaal is geassocieerd met secretie via samengestelde exocytose, een kenmerk dat door GC’s in het luchtwegepitheel en het bindvlies wordt gedeeld. Bovendien zijn de stimuli die samengestelde exocytose op deze oppervlakken induceren vergelijkbaar met die welke samengestelde exocytose induceren in intestinale GC’s.4,96,97 Van verder belang is dat samengestelde exocytose en secretie in conjunctivale GC’s wordt gereguleerd door EGFR-fosforylering, 97,98,99 en TLR activering in GC’s van de luchtwegen leidt tot transactivatie van EGFR, 100 wat aangeeft dat de routes die GAP’s in de darm reguleren aanwezig en functioneel zijn in GC’s op andere mucosale oppervlakken.

Het eenvoudige kolomvormige darmepitheel is zeer geschikt voor de afgifte van luminaal antigenen, aangezien dit het mogelijk maakt dat een enkele cel toegang heeft tot het lumen en de APC’s in de LP, waardoor een GC rechtstreeks luminale antigenen kan opnemen en afgeven aan APC’s. Het bindvlies in het oogepitheel is ook een eenvoudig kolomepitheel en er zijn interacties tussen conjunctivale GC’s en APC’s beschreven, 101 wat suggereert dat GC-gemedieerde antigeenafgifte aan APC’s op dit slijmvliesoppervlak ook kan plaatsvinden. Net als in de darm, resulteert een verlies van GC’s of verminderde mucinesecretie in het bindvlies in ontstekingsreacties, 102,103 96 consistent met een rol voor conjunctivale GC’s bij het handhaven van tolerantie. Interessant is dat oculaire GC’s TGFβ2 uitscheiden en CD36 tot expressie brengen, wat nodig is om TGFβ2.101 te activeren. Andere oculaire GC’s kunnen een tolerogeen fenotype op APC’s afdrukken, 101 wat aangeeft dat GC’s in het bindvlies APC’s kunnen bedrukken met een tolerogeen fenotype terwijl ze antigenen afgeven. Bovendien bevat het bindvlies een commensale flora 104 en vergelijkbaar met intestinale GC’s, reageren conjunctivale GC’s op microbiële stimulatie105, wat verder suggereert dat intestinale GC’s en conjunctivale GC’s parallelle rollen kunnen spelen in immuunresponsen.

epitheel van de bovenste luchtwegen in geen eenvoudig kolomepitheel, het is een pseudo-gestratificeerd epitheel, waarbij de kernen van de epitheelcellen niet in hetzelfde vlak zijn uitgelijnd maar alle epitheelcellen contact maken met het basismembraan en contact kunnen maken met het lumen .106 Het pseudo-gestratificeerde epitheel zou dus nog steeds GC’s in de bovenste luchtwegen toegang kunnen geven tot zowel het lumen als de immuuncellen onder het basismembraan met als doel antigeenafgifte. Bovendien staan APC’s in nauw contact met het epitheel van de bovenste luchtwegen, 107 en leidt een verhoogde differentiatie van GC’s tot de rekrutering van APC’s naar het luchtwegepitheel108, wat suggereert dat de aanwezigheid van GC’s APC’s zou kunnen rekruteren die interacties en antigeenoverdracht mogelijk maken. Bovendien scheiden GC’s van de luchtwegen meerdere cytokines en chemokines uit, rekruteren ze immuuncellen en vormen ze de immuunrespons op ingeademde antigenen, 108,109,110, wat suggereert dat GC’s van de bovenste luchtwegen, net als GC’s in de darm, antigenen kunnen afgeven aan APC’s en het fenotype van de immuunrespons kunnen sturen. Net als de darm en het bindvlies heeft de long zijn eigen unieke, zij het beperkte microbiota, 111 die dysbiotisch kan worden en zich kan uitbreiden door ziekte of ziekteverwekkers kan herbergen en een potentieel gevaar kan vormen, 112,113 waardoor de mogelijkheid wordt vergroot dat GC’s van de luchtwegen ook reageren op microbiële signalen om te moduleren immuunresponsen op geïnhaleerde antigenen.

Hoewel deze review zich heeft gericht op de rol van GC’s bij het handhaven van homeostase, is het vermeldenswaard dat GC’s ook kunnen bijdragen aan de pathogenese van de ziekte. Hyperplasie van slijmbekercellen is een kenmerk van Th2-responsen in zowel de darm als in de longen en wordt aangestuurd door IL-13 in beide organen. Dit proces is belangrijk voor de uitdrijving van wormen en bescherming van de luchtwegen door verhoogde slijmsecretie; 114,115,116 echter, verhoogde slijmproductie is ook een factor die bijdraagt aan de pathogenese van astma en chronische obstructieve longziekte.117 Het is niet bekend of de toegenomen GC’s die uitzetten. tijdens ziekte het vermogen hebben om GAP’s te vormen en antigeen af te leveren en of deze GAP’s bijdragen aan homeostatische of pathogene immuunresponsen. Waarnemingen dat IL-13-gedreven GC-expansie resulteerde in de verhoogde translocatie van Listeria monocytogenes75 suggereren echter dat deze GC’s mogelijk een GAP-functie hebben en bijdragen aan ziekte. GC-expansie is vaak een onderdeel van een actieve infectie of het oplossen van een ziekte waarbij het systeem mogelijk niet is afgestemd op tolerogene reacties. Als GAP’s ontstaan uit GC’s tijdens GC-expansie, zou dit kunnen resulteren in een verhoogde antigeenafgifte tijdens een ongelegen tijd, waardoor ontstekingsreacties tegen voedings- en commensale bacteriële antigenen worden bevorderd, resulterend in voedselallergie of colitis.Bovendien is GC-disfunctie in verband gebracht met en bijdragen aan meerdere ziekten, waaronder inflammatoire darmaandoeningen, cystische fibrose, astma, stofwisselingsstoornissen, het syndroom van Sjögren en chronische obstructieve longziekte, wat aangeeft dat GC’s niet altijd onschuldige toeschouwers zijn en actieve deelnemers aan de ziekte kunnen zijn. pathogenese.