Cum este controlată livrarea substanțelor luminale în lamina propria?

În ciuda prezenței unei bariere fizice din cauza stratul de mucus și epiteliul, s-a apreciat mult timp că sistemul imunitar care stă la baza epiteliului vilos SI nu este ignorant al conținutului luminal, ci în schimb monitorizează continuu conținutul pentru a promova toleranța la antigeni luminali inofensivi în stare de echilibru.39 Acest proces, denumită toleranță orală, implică inducerea celulelor de reglare T induse periferic (iTregs) specifice antigenelor luminale, care sunt apoi capabile să suprime și să prevină răspunsurile inflamatorii.40,41,42 Pasul inițial al acestui proces este achiziționarea antigene de celule care prezintă antigen (APC) în LP.43,44 Au fost identificate mai multe căi prin care substanțele luminale pot traversa epiteliul, inclusiv scurgeri paracelulare, transcellu permeabilitatea lară, celulele M și extinderea dendritelor transepiteliale (TED) de LP-APC. 45,46 Scurgerea paracelulară este asociată și indusă de inflamație, 47 sugerând că, deși substanțele luminale pot traversa epiteliul prin scurgere paracelulară, aceasta poate să nu conduc la inducerea toleranței. Substanțele luminale pot traversa celulele epiteliale transcelular după endocitoza de către celulele M, deși celulele M sunt rare în afara epiteliului asociat foliculului în colonul SI și distal unde toleranța la substanțele luminale este indusă în stare de echilibru.48,49 În plus, epiteliul intestinal celulele s-au dovedit a endocita substanțe luminale, deși se crede că acest lucru contribuie în cea mai mare parte la absorbția nutrienților.50 Extensia TED nu este necesară pentru toleranța orală, deoarece toleranța orală este indusă la șoarecii lipsiți de TED, 44,51 și toleranța orală este indusă luminal substanțe din colonul distal unde nu s-a observat formarea TED.52,53 În schimb, TED sunt induse de detectarea microbiană și cresc în timpul infecției enterice, sugerând extinderea TED ca mecanism pentru LP-APC pentru a proba direct bacteriile luminale sau, alternativ, pentru TED extinderea ar putea fi un pas în migrarea APC în lumen pentru a sechestra bacteriile patogene.54,55,56,57,58

Spre deosebire de În aceste căi, există dovezi care sugerează că transportul GC al antigenului luminal către LP-APC susține toleranța în starea de echilibru. Mai multe studii au observat că GC sunt endocitice și capabile să preia substanțe luminale; 59,60,61,62, totuși, s-a apreciat recent că acest proces ar putea duce la transferul substanțelor luminale la LP-APC într-un mod capabil să inducă răspunsuri imune adaptive.63 Acest proces, denumit formarea GAP, are loc în SI și colonul distal în starea de echilibru, locurile din tractul GI unde este indusă toleranța la antigenii luminali, 53,64, dar nu și în colonul proximal adult , în cazul în care toleranța la substanțele luminale nu este indusă la starea de echilibru.64 Mai mult, inducerea toleranței la antigeni bacterieni comensali în tractul GI preînțărcare a necesitat GC și GAP. de asemenea, pentru inducerea toleranței la antigenele dietetice după înțărcare. Alte observații în concordanță cu GAPs ca o cale care promovează toleranța la antigenii luminali se concentrează în jurul reglementării strânse a formării GAP. GAP-urile sunt induse de ACh care acționează asupra receptorului muscarinic ACh 4 (mAChR4) exprimat pe GC, care declanșează eliberarea granulelor de mucină prin exocitoză compusă.66 Formarea GAP nu a fost asociată cu stimuli care induc secreția GC prin exocitoză primară.35,37,63 , 67 Capacitatea diferențiată a secretagogilor de a induce formarea GAP indică faptul că GC pot secreta mucus pentru a menține bariera și a nu expune sistemul imunitar substanțelor luminale. Asocierea formării GAP cu exocitoza compusă, dar nu cu stimuli care induc secreția prin exocitoză primară, poate fi un mecanism care permite GC să mențină bariera mucusului în condiții în care expunerea sistemului imunitar la conținutul luminal ar fi dezavantajoasă. Se crede că aceasta este situația în colonul proximal adult, unde se menține bariera mucusului, totuși formarea GAP este rară și GC sunt mai puțin receptive la ACh.37

S-a demonstrat că celula epitelială secretorie celulele enteroendocrine de tip pot endocita antigenele luminale.61 Rămâne de văzut dacă alte celule secretoare, cum ar fi celulele Paneth pot endocita și substanțe luminale și dacă aceste celule pot contribui, de asemenea, la încărcarea antigenelor pe LP-APC și la inducerea răspunsurilor mucoasei. .

Care este rolul GAP?

Formarea GAP a fost evaluată de-a lungul intestinului subțire și al colonului și de-a lungul vieții murine.GAP-urile s-au găsit și în rezecțiile jejunale umane sănătoase obținute de la pacienții supuși unei intervenții chirurgicale bariatrice.63 În timp ce rolul modificării stării metabolice asupra formării GAP rămâne de investigat, în ansamblu interpretăm aceste observații pentru a indica faptul că GAP-urile introduc substanțe luminale în sistemul imunitar mucoase în lamina propria intestinală (LP) ca parte a fiziologiei normale la șoareci și oameni.

Cum sunt reglate GAP în intestinul subțire?

GC sunt prezente în epiteliul intestinal în în primele zile de la naștere; 68,69, totuși, GAP nu se formează decât mai târziu în viață, începând cu SI în jurul zilei 18. Înainte de aceasta, formarea GAP este inhibată de fosforilarea receptorului factorului de creștere epidermic (EGFR) în GC, care are ca rezultat activarea p42 / p44 MAPK reprimând capacitatea GC de a răspunde la ACh pentru a forma GAP (Tabelul 1) .37 Înainte de înțărcare, ligarea directă a EGFR de factori de creștere, cum ar fi EGF, a inhibat formarea GAP. Acești factori de creștere pot fi secretați în laptele matern și găsiți în concentrație ridicată în lumenul intestinal în timpul vieții timpurii și sunt, de asemenea, necesari pentru o creștere intestinală adecvată în primele zile de viață și protecție împotriva leziunilor tisulare induse de patogeni. 70,71,72

După ziua de viață (DOL) 18, formarea GAP în SI continuă pe tot parcursul maturității. Formarea GAP și livrarea antigenului în SI nu este nici activată, nici inhibată de microbiota comensală, 37,53 și nu există nicio modificare a formării GAP în SI la șoareci fără germeni sau șoareci pe antibiotice.37 Cu toate acestea, în timpul infecțiilor patogene, formarea GAP în SI devine inhibat 73, încetând livrarea de antigen către SI LP în timpul unei perioade de suferință crescută. Inhibarea GAP-urilor în timpul infecției cu Salmonella a necesitat activarea Myd88 a căii EGFR, prin IL1β care acționează asupra receptorului IL1. Utilizați GAP ca portal de intrare.73 Listeria monocytogenes s-a dovedit, de asemenea, că se asociază cu GC pentru a obține intrarea după epiteliu75 și Citrobacter rodentium infectează direct GC colonice, 76 sugerând că mai multe specii de bacterii pot utiliza GAP ca portal de intrare.

Cum sunt reglementate GAP-urile în colonul proximal?

Interesant, formarea GAP apare în colonul proximal doar pentru o scurtă fereastră de timp, între DOL 10 până la înțărcare (în jurul DOL 21) (Tabelul 1 ) .65 Înainte de DOL 10, formarea GAP a fost inhibată într-o manieră dependentă de EGFR, similar cu SI, iar activarea Myd88 de către TLR-uri a condus la inhibarea dependenței EGFR a formării GAP după înțărcare ca răspuns la prese de microbiotă nt la șoareci găzduiți fără patogeni specifici.37,65 Astfel de perioade distincte de reglare a GAP și expunerea la antigenul luminal în colonul proximal pot reprezenta fazele distincte ale dezvoltării imune prin definirea unui interval de preînțărcare în timpul căruia sistemul imunitar este expus la luminal antigenele pentru inducerea toleranței specifice antigenului la bacteriile intestinale.65

Poate la fel sau mai importante decât stimulii care induc formarea GAP, sunt căile care inhibă formarea GAP și eliberarea de antigen în situații nefavorabile. Atunci când sunt prezenți, GAP-urile formate în mod necorespunzător în colonul proximal au permis translocarea bacteriilor comensale și patogene.53,73,77 Mai mult, înlocuirea inhibiției GAP în aceste situații duce la răspunsuri inflamatorii.65,73,77

Cum sunt reglementate GAP în colonul distal?

Formarea GAP în colonul distal nu a fost inhibată de microbiota post-înțărcare, făcându-l distinct de colonul proximal (Tabelul 1) .53 Cu toate acestea, translocarea bacteriilor nu a fost asociată cu prezența GAP în colonul distal.53 Deși nu a fost investigată, prezența GAP în colonul distal și totuși lipsa translocației bacteriene s-ar putea datora stratului dens de mucus din colonul distal, care poate reduce Expunerea GC la microbi și produse microbiene permițând GC să răspundă la ACh pentru a forma GAP și împiedicând accesul microbilor la GC. Deoarece răspunsurile tolerogene pot fi induse prin colonul distal, rămâne de văzut ce mecanisme de reglare, dacă există, pot controla formarea GAP și livrarea antigenului în colonul distal.

De-a lungul vieții, inhibarea GAP prin fosforilarea EGFR oferă o cale de reglare elegantă care utilizează un semnal inhibitor similar, cu liganzi de reglare separate care definesc momentul în care livrarea antigenului este un eveniment dorit. Astfel, mai multe căi asigură un control strict al formării GAP și al expunerii la antigenul luminal pentru a limita răspunsurile inflamatorii inadecvate în situații dezavantajoase și pentru a permite expunerea la antigenul luminal atunci când este benefic (Tabelul 1).

Interacțiunile GC cu celulele imune

LP conține mai multe populații APC78,79 cu funcții distincte necesare pentru răspunsuri imune adecvate la substanțele luminale. În timp ce studiile inițiale au raportat că GAP-urile au livrat preferențial antigeni luminali la CD-urile SI CD103 +, 63 CX3CR1 + APC au fost, de asemenea, observate că interacționează cu și obțin substanțe luminale din GAP-uri. APC-urile au fost văzute interacționând cu GAPs colonice și au fost încărcate cu bacterii care s-au translocat prin GAPs.37,53,77 Deoarece mai multe populații de APCs interacționează și obțin antigen din GAPs din intestin, rămâne de văzut dacă există factori pentru recrutarea unui populația specifică de APC la GC pentru a dobândi antigen pentru inducerea toleranței orale, deoarece anumite populații de APC, cum ar fi CD103 + APC, sunt considerate a fi mai potrivite pentru inducerea răspunsurilor tolerogene.80

CD103 + LP-APC expresia retinei dehidrogenazei (ALDH1) este necesară pentru producerea acidului retinoic all-trans (ATRA) .81 Producția de ATRA joacă roluri multiple în răspunsurile imune ale mucoasei la furnica luminală. igeni, inclusiv promovarea răspunsurilor IgA, imprimarea expresiei moleculei homing intestinale de către limfocite și inducerea Tregs.82,83,84 Studiile in vivo au arătat că expresia CD103 + LP-APC a ALDH a fost dependentă de recrutarea către epiteliul și expresia epitelială a retinolului celular. proteina de legare II (CRBPII) .85,86

În timpul interacțiunilor cu APC, GC transferă produse GC împreună cu antigeni luminali către APC.63 Acest transfer de produse GC către APC ar putea imprima APC cu proprietăți mucoase. Un astfel de produs GC, MUC2, a fost sugerat să imprime APC cu o semnătură genică antiinflamatorie necesară pentru toleranță orală, 87 sugerând că atunci când APC achiziționează antigeni luminali din GAP, aceștia dobândesc și semnale tolerogene. Interacțiunile perturbatoare dintre APC și epiteliu au scăzut transferul produselor GC către APC și, ulterior, au redus inducerea răspunsurilor mucoasei de către APC. 85 Dacă CX3CR1 + APC, care în mare parte nu exprimă ALDH, sunt, de asemenea, imprimate cu proprietăți specifice în timpul interacțiunilor cu GC. să fie investigat.

Răspunsul imunitar ulterior care urmează achiziției de antigeni de către APC este orchestrat prin secreția de citokine, chemokine și alte proteine, care se bazează pe semnalele pe care APC le primește de la antigeni88,89 și mediul tisular.90 Citokinele și chemokinele secretate recrutează celule și determină diferențierea celulelor efectoare, reglând tipul de răspuns imun care urmează expunerii la antigen și poate proveni dintr-o varietate de tipuri de celule, GC incluse. În timpul infecției cu C. rodentium, un model murin de infecție enterohemoragică cu Escherichia coli, RELM-β este secretat bazolateral de către GC, poate fi găsit în ser și funcționează ca un chemoattractant care recrutează celule T CD4 în colon LP.91 În plus, RELM- β susține producția de IL-22 în timpul infecțiilor, ceea ce ajută la promovarea reparării și restaurării țesuturilor, indicând că RELM-β poate îndeplini mai multe funcții similare citokinelor și chemokinelor pentru a ajuta la rezolvarea infecțiilor cu agenți patogeni. Un alt produs GC, trefoil factor 3, TFF3 este important pentru rezolvarea inflamației, ajutând în procesul de reparare și restaurare a țesuturilor, 76,92 și producția de TFF3 poate fi declanșată prin detectarea microbiană, prin stimularea TLR2.93 În timp ce rămâne pentru a fi văzut dacă GC din intestin secretă citokine în timpul răspunsurilor imune in vivo, GC exprimă ARNm pentru o varietate de citokine, cum ar fi IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 și IL25, și chemokine eotaxină, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94, acesta din urmă s-a dovedit a atrage APC către epiteliu.95 Astfel, prin secreția factorilor solubili, GC ajută la modelarea și controlul răspunsurilor imune.

suprafețele mucoasei formează GAP?

GC intestinal controlează răspunsurile imune prin reglarea expunerii la antigen prin secreția de mucus pentru a menține bariera, eliberarea antigenului luminal și interacțiunile cu APC-urile care stau la baza epiteliului. Unele dintre aceste funcții au fost observate în GC la alte suprafețe mucoase; cu toate acestea, rămâne de văzut dacă GC la alte suprafețe mucoase au capacitatea de a forma GAP și de a furniza antigeni către APC.Deși neexplorat, este interesant să speculăm, pe baza caracteristicii împărtășite între GC intestinale și GC la alte suprafețe mucoase, că funcția GAP poate exista și în alte locuri. Formarea GAP în tractul gastro-intestinal este asociată cu secreția prin exocitoză compusă, o caracteristică împărtășită de GC în epiteliul căilor respiratorii și în conjunctivă. Mai mult, stimulii care induc exocitoza compusă la aceste suprafețe sunt similare cu cei care induc exocitoza compusă în GC intestinale. 4,96,97 De interes suplimentar, exocitoza compusă și secreția în GC conjunctivale este reglementată de fosforilarea EGFR, 97,98,99 și TLR activarea în GC ale căilor respiratorii duce la transactivarea EGFR, 100 indicând faptul că căile care reglează GAP în intestin sunt prezente și funcționale în GC la alte suprafețe mucoase.

Epiteliul intestinal simplu columnar este bine potrivit pentru administrarea luminalului antigenii, deoarece acest lucru permite ca o singură celulă să aibă acces la lumenul și APC-urile din LP, permițând unui GC să preia și să livreze antigenele luminale către APC-uri. Conjunctiva din epiteliul ocular este, de asemenea, un epiteliu columnar simplu și au fost descrise interacțiuni între GC conjunctivale și APC, 101 sugerând că poate apărea, de asemenea, livrarea de antigen GC către APC pe această suprafață mucoasă. Similar cu intestinul, o pierdere de GC sau o secreție de mucină afectată în conjunctivă are ca rezultat răspunsuri inflamatorii, 102.103 96, în concordanță cu rolul GC conjunctival în menținerea toleranței. Interesant este că GC oculare secretă TGFβ2 și exprimă CD36, care este necesar pentru a activa TGFβ2.101 În continuare, GC oculare pot imprima un fenotip tolerogen pe APC, 101 indicând faptul că GC în conjunctivă pot imprima APC cu un fenotip tolerogen în timp ce eliberează antigeni. Mai mult, conjunctiva conține o floră comensală, 104 și asemănătoare cu GC intestinale, GC conjunctivale răspund la stimularea microbiană, 105 sugerând în plus că GC intestinale și GC conjunctivale pot juca roluri paralele în răspunsurile imune.

În timp ce epiteliul căilor respiratorii superioare nu este un simplu epiteliu columnar, este un epiteliu pseudostratificat, în care nucleele celulelor epiteliale nu sunt aliniate în același plan, dar toate celulele epiteliale intră în contact cu membrana bazală și pot intra în contact cu lumenul .106 Astfel, epiteliul pseudostratificat ar putea permite GC-urilor din căile respiratorii superioare să aibă acces atât la lumen cât și la celulele imune de sub membrana bazală în scopul eliberării antigenului. Mai mult, APC-urile sunt în contact strâns cu epiteliul căilor respiratorii superioare, 107 și diferențierea crescută a GC-urilor duce la recrutarea APC-urilor către epiteliul căilor respiratorii, 108 sugerând că prezența GC-urilor ar putea recruta APC-uri care facilitează interacțiunile și transferul de antigen. În plus, GC ale căilor respiratorii secretă citokine și chemokine multiple, recrutând celule imune și modelând răspunsul imun la antigenele inhalate, 108.109.110 sugerând că, la fel ca GC intestinale, GC ale căilor respiratorii superioare pot livra antigeni către APC și pot direcționa fenotipul răspunsului imun. La fel ca intestinul și conjunctiva, plămânul are propria sa microbiotă unică, deși limitată, 111, care poate deveni disbiotică și se poate extinde în boli sau în agenții patogeni din port și poate reprezenta un pericol potențial, 112,113 ridicând posibilitatea ca GC ale căilor respiratorii să răspundă și la semnalele microbiene pentru a modula răspunsuri imune la antigenele inhalate.

În timp ce această analiză s-a concentrat pe rolul GC în menținerea homeostaziei, merită menționat faptul că GC poate contribui și la patogeneza bolii. Hiperplazia celulelor caliciforme este un semn distinctiv al răspunsurilor Th2 atât în intestin cât și în plămâni și condus de IL-13 în ambele organe. Acest proces este important pentru expulzarea helmintilor și protecția căilor respiratorii prin creșterea secreției de mucus; totuși, creșterea producției de mucus este, de asemenea, un factor care contribuie la patogeneza astmului și a bolii pulmonare obstructive cronice.117 Nu se știe dacă creșterea GC care se extinde în timpul bolii au capacitatea de a forma GAP și de a elibera antigen și dacă aceste GAP contribuie la răspunsuri imune homeostatice sau patogene. Cu toate acestea, observațiile că expansiunea GC condusă de IL-13 a dus la translocarea crescută a Listeria monocytogenes75 sugerează că aceste GC pot avea funcție GAP și pot contribui la boală. Expansiunea GC este adesea o componentă a unei infecții active sau rezolvarea bolii în timpul căreia sistemul poate să nu fie orientat pentru răspunsuri tolerogene. Dacă GAP-urile se formează din GC în timpul expansiunii GC, acest lucru ar putea duce la creșterea eliberării de antigen într-un timp nepotrivit, promovând răspunsuri inflamatorii împotriva antigenelor bacteriene dietetice și comensale, rezultând alergii alimentare sau colită.Mai mult, disfuncția GC a fost asociată și a contribuit la mai multe boli, inclusiv boli inflamatorii intestinale, fibroză chistică, astm, tulburări metabolice, sindromul Sjögren și boli pulmonare obstructive cronice, indicând faptul că GC nu sunt întotdeauna prezenți nevinovați și pot participa activ la boală patogeneză.