Como é controlada a liberação de substâncias luminais na lâmina própria?

Apesar da presença de uma barreira física devido a a camada de muco e o epitélio, há muito se reconhece que o sistema imunológico subjacente ao epitélio viloso SI não ignora o conteúdo luminal, mas monitora continuamente o conteúdo para promover tolerância a antígenos luminais inócuos no estado estacionário.39 Este processo, conhecido como tolerância oral, envolve a indução de células T reguladoras induzidas perifericamente derivadas (iTregs) específicas para antígenos luminais, que são então capazes de suprimir e prevenir as respostas inflamatórias.40,41,42 A etapa inicial neste processo é a aquisição de luminal antígenos por células apresentadoras de antígenos (APCs) no LP.43,44 Várias vias foram identificadas pelas quais as substâncias luminais podem atravessar o epitélio, incluindo vazamento paracelular, transcelular permeabilidade lar, células M e a extensão de dendritos transepiteliais (TEDs) por LP-APCs.45,46 O vazamento paracelular está associado e é induzido por inflamação, 47 sugerindo que, embora as substâncias luminais possam atravessar o epitélio via vazamento paracelular, isso pode não levar à indução de tolerância. As substâncias luminais podem atravessar as células epiteliais transcelularmente após a endocitose pelas células M, embora as células M sejam raras fora do epitélio associado ao folículo no SI e no cólon distal, onde a tolerância às substâncias luminais é induzida no estado estacionário.48,49 Além disso, as células epiteliais intestinais células demonstraram endocitose de substâncias luminais, embora se acredite que isso contribua principalmente para a absorção de nutrientes.50 A extensão de TED não é necessária para a tolerância oral, pois a tolerância oral é induzida em camundongos sem TEDs, 44,51 e a tolerância oral é induzida a substâncias no cólon distal onde a formação de TED não foi observada.52,53 Em contraste, os TEDs são induzidos por detecção microbiana e aumentam durante a infecção entérica, sugerindo a extensão dos TEDs como um mecanismo para LP-APCs para amostrar bactérias luminais diretamente, ou alternativamente TEDs extensão pode ser uma etapa na migração de APCs para o lúmen para sequestrar bactérias patogênicas.54,55,56,57,58

Em contraste com o Dessas vias, há evidências sugerindo que o transporte de GC do antígeno luminal para LP-APCs apóia a tolerância no estado estacionário. Vários estudos observaram que os GCs são endocíticos e capazes de absorver substâncias luminais; 59,60,61,62 no entanto, só recentemente foi constatado que esse processo poderia resultar na transferência de substâncias luminais para LP-APCs de uma maneira capaz de induzir respostas imunes adaptativas.63 Esse processo, conhecido como formação de GAP, ocorre no SI e no cólon distal no estado estacionário, os locais no trato GI onde a tolerância aos antígenos luminais é induzida, 53,64 mas não no cólon proximal adulto , onde a tolerância a substâncias luminais não é induzida no estado estacionário.64 Além disso, a indução de tolerância a antígenos bacterianos comensais no trato GI pré-desmame exigia GCs e GAPs. 65 Embora atualmente inexplorado, essas observações sugerem que GCs e GAPs podem também são necessários para a indução de tolerância aos antígenos dietéticos pós-desmame. Outras observações consistentes com GAPs como uma via de promoção da tolerância aos antígenos luminais giram em torno da regulação rígida da formação de GAP. Os GAPs são induzidos por ACh agindo sobre o receptor 4 muscarínico de ACh (mAChR4) expresso em GCs, que desencadeia a liberação de grânulos de mucina por meio de exocitose composta.66 A formação de GAP não foi associada a estímulos que induzem a secreção de GC por exocitose primária.35,37,63 , 67 A capacidade diferencial dos secretagogos de induzir a formação de GAP indica que os GCs podem secretar muco para manter a barreira e não expor o sistema imunológico a substâncias luminais. A associação da formação de GAP com a exocitose composta, mas não com a secreção de indução de estímulos por exocitose primária, pode ser um mecanismo que permite que os GCs mantenham a barreira de muco em ambientes onde a exposição do sistema imunológico ao conteúdo luminal seria desvantajoso. Acredita-se que essa seja a situação no cólon proximal adulto, onde a barreira de muco é mantida, embora a formação de GAP seja rara e os GCs sejam menos responsivos à ACh.37

Foi demonstrado que a célula epitelial secretora células enteroendócrinas do tipo podem endocitar antígenos luminais.61 Resta saber se outras células secretoras, como as células de Paneth, também podem endocitar substâncias luminais e se essas células também podem contribuir para o carregamento de antígenos em LP-APCs e indução de respostas mucosas .

Qual é o papel dos GAPs?

A formação de GAP foi avaliada ao longo do intestino delgado e cólon e ao longo da vida murina.Os GAPs também foram encontrados em ressecções jejunais humanas saudáveis obtidas de pacientes submetidos à cirurgia bariátrica.63 Enquanto o papel do estado metabólico alterado na formação de GAP ainda precisa ser investigado, em conjunto interpretamos essas observações para indicar que os GAPs introduzem substâncias luminais no sistema imunológico da mucosa dentro da lâmina própria intestinal (LP) como parte da fisiologia normal em camundongos e humanos.

Como os GAPs são regulados no intestino delgado?

Os GCs estão presentes no epitélio intestinal no primeiros dias após o nascimento; 68,69 no entanto, os GAPs não são formados até mais tarde na vida, começando no SI por volta do dia 18. Antes disso, a formação de GAP é inibida pela fosforilação do receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR) em GCs, que resulta na ativação de p42 / p44 MAPK, reprimindo a capacidade dos GCs de responder à ACh para formar GAPs (Tabela 1) .37 Antes do desmame, a ligação direta de EGFR por fatores de crescimento, como EGF, inibiu a formação de GAP. Esses fatores de crescimento podem ser secretados no leite materno e encontrados em alta concentração no lúmen intestinal durante o início da vida e também são necessários para o crescimento intestinal adequado durante os primeiros dias de vida e proteção contra lesão tecidual induzida por patógenos.70,71,72

Após o dia de vida (DOL) 18, formação de GAP no SI continua por toda a idade adulta. A formação de GAP e a entrega de antígeno no SI não são ativadas nem inibidas pela microbiota comensal, 37,53 e não há mudança na formação de GAP no SI em camundongos livres de germes ou em antibióticos.37 No entanto, durante infecções patogênicas, a formação de GAP no SI torna-se inibido, 73 cessando a entrega do antígeno ao SI LP durante um período de maior sofrimento. A inibição de GAPs durante a infecção por Salmonella exigiu a ativação de Myd88 da via EGFR, via IL1β atuando no receptor IL1.74 A inibição de GAP durante a infecção por Salmonella foi rápida e necessária para prevenir o aumento da disseminação de Salmonella para os nódulos linfáticos de drenagem, uma vez que Salmonella foi capaz de use GAPs como um portal de entrada.73 Listeria monocytogenes também demonstrou se associar com GCs para ganhar entrada além do epitélio75 e Citrobacter rodentium infecta diretamente GCs colônicos, 76 sugerindo que várias espécies de bactérias podem usar GAPs como um portal de entrada.

Como os GAPs são regulados no cólon proximal?

Curiosamente, a formação de GAP ocorre no cólon proximal apenas por uma breve janela de tempo, entre o DOL 10 até o desmame (em torno do DOL 21) (Tabela 1 ) .65 Antes do DOL 10, a formação de GAP foi inibida de uma maneira dependente de EGFR, semelhante ao SI, e a ativação de Myd88 por TLRs levou à inibição dependente de EGFR da formação de GAP pós-desmame em resposta à microbiota prese nt em camundongos alojados livres de patógenos específicos.37,65 Esses períodos distintos de regulação de GAP e exposição ao antígeno luminal no cólon proximal podem representar as fases distintas do desenvolvimento imunológico, definindo um intervalo pré-desmame durante o qual o sistema imunológico é exposto ao antígenos para a indução da tolerância específica do antígeno para bactérias intestinais.65

Talvez tão ou mais importantes do que os estímulos que induzem a formação de GAP, são as vias que inibem a formação de GAP e a entrega de antígenos em situações desfavoráveis. Quando presentes, GAPs inadequadamente formados no cólon proximal permitiram a translocação de bactérias comensais e patogênicas.53,73,77 Além disso, anular a inibição de GAP nessas situações resulta em respostas inflamatórias.65,73,77

Como os GAPs são regulados no cólon distal?

A formação de GAP no cólon distal não foi inibida pela microbiota pós-desmame, tornando-a distinta do cólon proximal (Tabela 1) .53 No entanto, translocação de bactérias não foi associado à presença de GAPs no cólon distal.53 Embora não investigado, a presença de GAPs no cólon distal e ainda a falta de translocação bacteriana pode ser devido à densa camada de muco no cólon distal, que pode reduzir o A exposição dos GCs a micróbios e produtos microbianos permitindo que os GC respondam à ACh para formar GAPs e evitando que os micróbios acessem os GCs. Como as respostas tolerogênicas podem ser induzidas através do cólon distal, resta saber quais mecanismos reguladores, se houver, podem controlar a formação de GAP e a distribuição de antígenos no cólon distal.

Ao longo da vida, a inibição de GAP por meio da fosforilação de EGFR oferece uma via regulatória elegante utilizando um sinal inibitório semelhante, com ligantes reguladores separados definindo o momento em que a entrega de antígeno é um evento desejável. Assim, múltiplas vias fornecem controle rígido da formação de GAP e exposição ao antígeno luminal para limitar as respostas inflamatórias inadequadas em situações desvantajosas e permitir a exposição ao antígeno luminal quando é benéfico (Tabela 1).

Interações de GCs com células imunes

O LP contém múltiplas populações de APC78,79 com funções distintas necessárias para respostas imunes apropriadas a substâncias luminais. Embora os estudos iniciais tenham relatado que os GAPs entregaram preferencialmente antígenos luminais às DCs SI CD103 +, 63 CX3CR1 + APCs também interagiram com e obtiveram substâncias luminais dos GAPs.53 Quando os GAPs do cólon foram formados contornando as vias inibitórias de GAP em camundongos pós-desmame, CX3CR1 + APCs foram vistos interagindo com GAPs do cólon, e foram carregados com bactérias que se translocaram via GAPs.37,53,77 Como múltiplas populações de APCs interagem com e obtêm antígenos de GAPs no intestino, resta saber se existem fatores para recrutar um população específica de APCs para GCs para adquirir antígeno para a indução de tolerância oral, uma vez que certas populações de APCs, como CD103 + APCs, são consideradas mais adequadas para a indução de respostas tolerogênicas.80

CD103 + LP-APC a expressão da retinaldeído desidrogenase (ALDH1) é necessária para a produção de ácido totalmente trans retinóico (ATRA) .81 A produção de ATRA desempenha papéis múltiplos nas respostas imunológicas da mucosa à formiga luminal igens incluindo a promoção de respostas de IgA, impressão da expressão de molécula de homing intestinal por linfócitos e indução de Tregs.82,83,84 Estudos in vivo revelaram que a expressão de CD103 + LP-APC de ALDH era dependente do recrutamento para o epitélio e da expressão epitelial do retinol celular proteína de ligação II (CRBPII) .85,86

Durante as interações com APCs, os GCs transferem produtos GC juntamente com antígenos luminais para APCs.63 Esta transferência de produtos GC para APCs pode imprimir APCs com propriedades mucosas. Foi sugerido que um desses produtos de GC, MUC2, imprime APCs com uma assinatura de gene antiinflamatório necessária para tolerância oral, 87 sugerindo que quando APCs adquirem antígenos luminais de GAPs, eles também adquirem sinais tolerogênicos. A interrupção das interações entre APCs e o epitélio diminuiu a transferência de produtos GC para as APCs e, subsequentemente, reduziu a indução de respostas da mucosa por APCs.85 Se CX3CR1 + APCs, que em grande parte não expressam ALDH, são da mesma forma impressos com propriedades específicas durante as interações com GCs permanece a ser investigada.

A resposta imune subsequente que segue a aquisição de antígenos por APCs é orquestrada por meio da secreção de citocinas, quimiocinas e outras proteínas, que é baseada nos sinais que as APCs recebem dos antígenos 88,89 e o ambiente do tecido.90 As citocinas e quimiocinas secretadas recrutam células e conduzem a diferenciação das células efetoras, regulando o tipo de resposta imune que segue a exposição ao antígeno e pode vir de uma variedade de tipos de células, incluindo GCs. Durante a infecção por C. rodentium, um modelo murino de infecção por Escherichia coli enterohemorrágica, RELM-β é secretado basolateralmente por GCs, pode ser encontrado no soro e funciona como um quimioatraente recrutando células T CD4 para o cólon LP.91 Além disso, RELM- β apóia a produção de IL-22 durante infecções, o que ajuda a promover a reparação e restauração de tecidos, indicando que RELM-β pode realizar várias funções semelhantes às citocinas e quimiocinas para ajudar a resolver infecções por patógenos. Outro produto GC, o fator trifólio 3, TFF3 é importante para a resolução da inflamação, auxiliando no processo de reparo e restauração tecidual, 76,92 e a produção de TFF3 pode ser desencadeada por detecção microbiana, por meio da estimulação de TLR2.93 Enquanto permanece para ser visto se os GCs no intestino secretam citocinas durante as respostas imunes in vivo, os GCs expressam mRNA para uma variedade de citocinas, como IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 e IL25, e quimiocinas eotaxina, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94 o último demonstrou atrair APCs para o epitélio.95 Assim, por meio da secreção de fatores solúveis, os GCs ajudam a formar e controlar as respostas imunes.

Os GCs podem em outros as superfícies mucosas formam GAPs?

Os GCs intestinais controlam as respostas imunes regulando a exposição ao antígeno por meio da secreção de muco para manter a barreira, a liberação do antígeno luminal e as interações com APCs subjacentes ao epitélio. Algumas dessas funções foram observadas em GCs em outras superfícies mucosas; entretanto, resta saber se os GCs em outras superfícies mucosas têm a capacidade de formar GAPs e entregar antígenos às APCs.Embora inexplorado, é intrigante especular, com base na característica compartilhada entre GCs intestinais e GCs em outras superfícies mucosas, que a função GAP pode existir em outros locais. A formação de GAP no trato GI está associada à secreção via exocitose composta, 37 uma característica compartilhada por GCs no epitélio das vias aéreas e na conjuntiva. Além disso, os estímulos que induzem a exocitose do composto nessas superfícies é semelhante àqueles que induzem a exocitose do composto em GCs intestinais.4,96,97. a ativação em GCs das vias aéreas leva à transativação de EGFR, 100 indicando que as vias que regulam GAPs no intestino estão presentes e funcionais em GCs em outras superfícies mucosas.

O epitélio intestinal colunar simples é bem adequado para a entrega de luminal antígenos, pois isso permite que uma única célula tenha acesso ao lúmen e aos APCs no LP, permitindo que um GC absorva e entregue diretamente os antígenos luminais aos APCs. A conjuntiva no epitélio ocular também é um epitélio colunar simples, e interações entre GCs e APCs conjuntivais foram descritas, 101 sugerindo que a entrega de antígenos mediada por GC para APCs nesta superfície mucosa também pode ocorrer. Semelhante ao intestino, uma perda de GCs ou secreção prejudicada de mucina na conjuntiva resulta em respostas inflamatórias, 102,103 96 consistentes com um papel dos GCs conjuntivais na manutenção da tolerância. Curiosamente, os GCs oculares secretam TGFβ2 e expressam CD36, que é necessário para ativar TGFβ2.101. Outros GCs oculares podem imprimir um fenótipo tolerogênico em APCs, 101 indicando que os GCs na conjuntiva podem imprimir APCs com um fenótipo tolerogênico durante a entrega de antígenos. Além disso, a conjuntiva contém uma flora comensal, 104 e semelhantes aos GCs intestinais, os GCs conjuntivais são responsivos à estimulação microbiana, 105 sugerindo ainda que os GCs intestinais e os GCs conjuntivais podem desempenhar papéis paralelos nas respostas imunes.

Embora o epitélio das vias aéreas superiores em não um epitélio colunar simples, é um epitélio pseudoestratificado, no qual os núcleos das células epiteliais não estão alinhados no mesmo plano, mas todas as células epiteliais entram em contato com a membrana basal e podem fazer contato com o lúmen .106 Assim, o epitélio pseudoestratificado ainda pode permitir que GCs nas vias aéreas superiores tenham acesso ao lúmen e às células imunes abaixo da membrana basal para o propósito de liberação de antígeno. Além disso, APCs estão em contato próximo com o epitélio das vias aéreas superiores, 107 e a diferenciação aumentada de GCs leva ao recrutamento de APCs para o epitélio das vias aéreas, 108 sugerindo que a presença de GCs pode recrutar APCs facilitando interações e transferência de antígeno. Além disso, os GCs das vias aéreas secretam várias citocinas e quimiocinas, recrutando células imunes e moldando a resposta imune aos antígenos inalados, 108,109,110 sugerindo que, como os GCs intestinais, os GCs das vias aéreas superiores podem entregar antígenos aos APCs e direcionar o fenótipo da resposta imune. Como o intestino e a conjuntiva, o pulmão tem sua própria microbiota, embora limitada, 111 que pode se tornar disbiótica e se expandir em doenças ou abrigar patógenos e representar perigo potencial, 112,113 levantando a possibilidade de que os GCs das vias aéreas também podem responder a sinais microbianos para modular respostas imunes a antígenos inalados.

Embora esta revisão tenha enfocado o papel dos GCs na manutenção da homeostase, é importante notar que os GCs também podem contribuir para a patogênese da doença. A hiperplasia de células caliciformes é uma marca registrada das respostas Th2 no intestino e no pulmão e conduzida pela IL-13 em ambos os órgãos. Este processo é importante para a expulsão de helmintos e proteção das vias aéreas por meio do aumento da secreção de muco; 114,115,116 no entanto, o aumento da produção de muco também é um fator que contribui para a patogênese da asma e doença pulmonar obstrutiva crônica.117 Não se sabe se o aumento de GCs que se expandem durante a doença têm a capacidade de formar GAPs e fornecer antígenos e se esses GAPs contribuem para as respostas imunes homeostáticas ou patogênicas. No entanto, observações de que a expansão de GC induzida por IL-13 resultou no aumento da translocação de Listeria monocytogenes75 sugere que esses GCs podem ter função GAP e contribuir para a doença. A expansão de GC costuma ser um componente de uma infecção ativa ou resolução de doença durante a qual o sistema pode não estar preparado para respostas tolerogênicas. Se os GAPs se formarem a partir de GCs durante a expansão do GC, isso pode resultar em aumento da entrega de antígeno durante um período inoportuno, promovendo respostas inflamatórias contra antígenos bacterianos comensais e dietéticos, resultando em alergia alimentar ou colite.Além disso, a disfunção de GC foi associada e contribui para várias doenças, incluindo doença inflamatória intestinal, fibrose cística, asma, distúrbios metabólicos, síndrome de Sjögren e doença pulmonar obstrutiva crônica, indicando que os GCs nem sempre são espectadores inocentes e podem ser participantes ativos na doença patogênese.