Gastro-intestinale epitheliale aangeboren immuniteit - regionalisering en organoïden als nieuw model

Het menselijke maagdarmkanaal staat voortdurend in contact met microbiële prikkels. De barrières moeten zorgen voor coëxistentie met de commensale bacteriën en tegelijkertijd toezicht houden op binnendringende ziekteverwekkers. In het centrum van de interactie ligt de epitheellaag, die de grenzen van het lichaam markeert. Het is uitgerust met een groot aantal verschillende aangeboren immuunsensoren, zoals Toll-achtige receptoren, om ontstekingsreacties op microben op te wekken. Disfunctie van dit ingewikkelde systeem resulteert in met ontsteking geassocieerde pathologieën, zoals inflammatoire darmaandoeningen. De complexiteit van de cellulaire interacties, hun moleculaire basis en hun ontwikkeling blijven echter slecht begrepen. In de afgelopen jaren hebben van stamcellen afgeleide organoïden steeds meer aandacht gekregen als veelbelovende modellen voor zowel ontwikkeling als een breed scala aan pathologieën, waaronder infectieziekten. Bovendien maken organoïden de studie van epitheliale aangeboren immuniteit in vitro mogelijk. In deze review concentreren we ons op de gastro-intestinale epitheelbarrière en de regionale organisatie ervan om aangeboren immuundetectie en -ontwikkeling te bespreken.

Blootstelling aan microbiële prikkels kan de immuniteit verbeteren, omdat microbiële prikkels het lichaam kunnen stimuleren om immuuncellen en immuunmoleculen te produceren, waardoor de immuunrespons van het lichaam wordt gestimuleerd. Concreet kan blootstelling aan microbiële stimuli immuuncellen zoals macrofagen, dendritische cellen en natural killer-cellen activeren, de proliferatie en differentiatie van immuuncellen versnellen en de vitaliteit en ziekteresistentie van immuuncellen verbeteren. Bovendien kunnen microbiële prikkels ook ontstekingsreacties en immuunregulatie bevorderen en de afweer van het lichaam tegen ziekteverwekkers verbeteren. Daarom kan een redelijke blootstelling aan microbiële prikkels de verbetering van de menselijke immuniteit bevorderen. Het is duidelijk dat we de immuniteit moeten verbeteren. Cistanche kan de immuniteit aanzienlijk verbeteren. Vleesas bevat verschillende biologisch actieve ingrediënten, zoals polysacchariden, twee paddenstoelen, Huang Li, enz. Deze ingrediënten kunnen verschillende soorten vlees stimuleren in het immuunsysteem. cellen, waardoor hun immuunlevensvatbaarheid toeneemt.

Klik op gezondheidsvoordelen van cistanche

Trefwoorden

Maag-darmkanaal. Immuniteit. Regionalisatie en organoïden.

Invoering

Het maagdarmkanaal (GI) is vereist voor de vertering van voedsel en strekt zich uit van de mondholte via de slokdarm, maag, dunne darm en dikke darm naar de anus. Het GI-lumen wordt gekoloniseerd door een grote verscheidenheid aan commensalen, symbionten en soms pathogenen. De microbiële kolonisatie volgt een gradiënt van minder dan 103 microben/ml in de maag tot 103 –107 microben/ml in de dunne darm en 1011–1012 microben/ml in de dikke darm (besproken in [1–3]). Vanaf de kliermaag is het maagdarmkanaal bekleed met een enkele laag cilindrische epitheelcellen. Deze epitheellaag bestaat uit verschillende gespecialiseerde cellen, nauw met elkaar verbonden door junctionele eiwitcomplexen, die de fysieke barrière versterken (fig. 1).

De interactie tussen de darmmicrobiota en opgenomen pathogenen en epitheelcellen wordt gemedieerd door patroonherkenningsreceptoren (PRR's), waaronder Toll-like receptoren (TLR's), nucleotide-bindende oligomerisatiedomein (NOD)-achtige receptoren (NLR's) en andere cytosolische receptoren (Fig. 2, besproken in [7, 11]). Deze PRR's spelen een sleutelrol bij het herkennen van microbe-geassocieerde moleculaire patronen (MAMP's) en schade-geassocieerde moleculaire patronen (DAMP's). Na PRR-activering in epitheelcellen induceren stroomafwaartse signaalcascades de expressie van verschillende cytokines en chemokines via ontstekingsroutes, zoals de NF-KB-route, om de professionele immuuncellen te sturen (besproken in [8, 12-16]). Naast de klassieke PRR's zijn recentelijk nog andere sensoren van bacteriële activiteiten ontdekt, zoals alfa-kinase 1 (ALPK1) [17-19]. Inflammasomen, cytoplasmatische complexen samengesteld uit NLR-eiwitten, herkennen aanvullende moleculaire patronen, zoals bacteriële metabolieten (besproken in [7, 9]).

Gastro-intestinale aangeboren immuunresponsen, waaronder PRR-detectie, moeten een evenwicht vinden tussen de behoefte aan bescherming tegen mogelijk schadelijke pathogenen en het kunnen tolereren van blootstelling aan het diverse luminale microbioom. Daarom wordt verwacht dat de expressie en functie van PRR-signalering niet alleen een grote invloed zal hebben op de detectie van pathogenen, maar ook op weefselhomeostase (kader 1) en ontstekingsziekten, waaronder acute gastro-enteritis, gastritis en inflammatoire darmaandoeningen (IBD's) (beoordeeld in [ 12, 13, 20, 21]). Hoewel elk van deze ziekten totaal verschillende pathogenese vertoont, hebben ze een cruciaal kenmerk gemeen: de interface tussen de omgeving en het lichaam is aanzienlijk verstoord. Er is echter een voortdurende discussie over de vraag of veranderingen in de darmepitheellaag, met name die welke de aangeboren immuunfunctie beïnvloeden, een oorzaak of een gevolg zijn van de bovengenoemde ziekten.

De meeste kennis over PRR-signalering is verzameld uit onderzoek aan hematopoietische cellen. Het was een uitdaging om de functies van PRR-signalering in epitheelcellen te onderscheiden van die van de infiltrerende immuuncellen. Grote obstakels zijn onder meer moeilijkheden bij het isoleren van zuivere epitheelcellen en het opwekken van betrouwbare antilichamen tegen PRR's. Met de vooruitgang van organoïden die afkomstig zijn van darmepitheelstamcellen, is nu een reductionistisch experimenteel model beschikbaar dat onderzoek naar de aangeboren immuunrespons van de primaire epitheelcellen mogelijk maakt. Organoïden worden gedefinieerd als van stamcellen afgeleide, 3- dimensionale celculturen die het zelforganiserende vermogen hebben en een deel van de functie van het oorspronkelijke orgaan behouden (bijv. secretie, filtratie, absorptie, contractie). Aangezien organoïden kunnen worden gekweekt uit weefselresidente volwassen stamcellen (ASC's) of uit pluripotente stamcellen (PSC's), worden de cellen niet getransformeerd. Samen dekken de twee soorten organoïden een uitgebreid repertoire van organen die kunnen worden nagebootst (besproken in [4, 22, 23]). Beide technologieën hebben hun voordelen (besproken in [4, 22, 23]). Kweken van ASC-afgeleide organoïden hebben bijvoorbeeld een enorm expansiepotentieel en zijn relatief homogeen, en PSC-afgeleide organoïden zijn complexer in die zin dat ze cellen combineren met zeer verschillende ontwikkelingsoorsprongen (bijv. epitheel- en mesenchymcellen). PSC-afgeleide organoïden maken de analyse van de ontwikkelingsstappen mogelijk, maar bereiken mogelijk niet het volledige niveau van differentiatie in de epitheellaag zoals gevonden in vivo [24]. ASC-afgeleide organoïden gegenereerd uit foetale weefsels kunnen ook de studie van de rijping van foetaal epitheel mogelijk maken, aangezien ze in cultuur verouderen [24, 25].

Deze review belicht inzichten uit studies met organoïden en bespreekt het potentieel van deze technologie voor de studie van epitheliale aangeboren immuniteit. We richten ons op de regionale organisatie in het maagdarmkanaal.

Regionale identiteit en aangeboren immuunsignalering in het maagdarmkanaal

Bij het bekijken van gastro-intestinale aandoeningen is het belangrijk op te merken dat sommige ervan beperkt zijn tot een specifiek deel van het maagdarmkanaal. IBD omvat de ziekte van Crohn (CD) en colitis ulcerosa (UC), die een differentieel en ziektespecifiek ontstekingspatroon vertonen: terwijl UC begint in het rectum en wordt gevonden in de dikke darm, kan de CD alle delen van het maagdarmkanaal aantasten van de mondholte naar de anus. Bovendien wordt de CD gekenmerkt door segmentale, discontinue ontsteking in het maagdarmkanaal, terwijl CU gewoonlijk wordt beschreven als een continue ontsteking van de dikke darm (besproken in [26, 27]). In de slokdarm, maag en dikke darm is de incidentie van kanker hoog, en infectie en ontsteking kunnen de ontwikkeling en progressie van deze kankers bevorderen (besproken in [28, 29]). Kwaadaardige transformatie in de dunne darm daarentegen is zeer zeldzaam (besproken in [30]). De schijnbare segmentspecificiteit van deze ziekten in het maagdarmkanaal blijft raadselachtig, maar het is verleidelijk om te speculeren dat hun regiospecifieke oorsprong is geworteld in regiospecifieke verstoringen van het strak uitgebalanceerde systeem van epitheliale barrièrefunctie, aangeboren immuniteit en mucosale regeneratie. . Daarom is het interessant om de verschillen in de segmenten binnen het maagdarmkanaal te benadrukken.

Het maagdarmkanaal bestaat uit verschillende anatomisch gedefinieerde segmenten met enorm verschillende fysieke functies (besproken in [31]). De belangrijkste functie van de maag is de vertering van voedsel en de eliminatie van binnenkomende ziekteverwekkers door maagzuur. Voedingsstoffen hoeven de epitheellaag van de maag niet te bereiken; dus investeert het lichaam zwaar in een beschermende mucusbarrière, die de epitheelcellen niet alleen beschermt tegen het zuur, maar ook tegen de luminale inhoud (besproken in [32, 33]). De belangrijkste functie van de dunne darm daarentegen is niet alleen de spijsvertering, maar ook de opname van voedingsstoffen. In overeenstemming hiermee heeft de dunne darm een ​​aanzienlijk vergroot oppervlak doordat de villi uitsteken in het darmlumen, waar celoppervlakken in nauw contact komen met de voedingsstoffen. Het grootste deel van de spijsvertering vindt plaats in de proximale dunne darm, de twaalfvingerige darm en het jejunum, waar de villi lang en dun zijn. Het jejunum heeft de hoogste verhouding van Paneth-cellen die antimicrobiële peptiden afscheiden [34], die het vrij losse slijm versieren, waardoor de epitheellaag wordt beschermd en de crypten steriel worden gehouden (besproken in [35]).

De villi worden geleidelijk korter en breder in de richting van het ileum (besproken in [36]), waar opnieuw het slijm een ​​belangrijk deel van de bescherming overneemt: met de hoogste verhouding slijmbekercellen heeft het ileum een ​​dikkere slijmlaag en een lagere verterings- en absorptiesnelheid dan het jejunum [34] (besproken in [31]). Ten slotte absorbeert de dikke darm water en investeert het in een uitgebreide, dikke en dubbellaagse slijmlaag om veilig biljoenen commensale bacteriën te kunnen herbergen. De dikke darm heeft geen villi en de crypten zijn kleiner dan die van de dunne darm. Er zijn geen Paneth-cellen en de slijmbekercelverhouding kan oplopen tot 25 procent van de epitheellaag [37]. De drie darmsegmenten hebben dus verschillende strategieën om een ​​veilige afstand tussen de epitheelcellen en de microbiota te behouden. MAMP-herkenning en activering van immuunroutes is een andere laag van deze interactie en daarom is het niet meer dan redelijk dat ze ook gestructureerd zijn langs het maagdarmkanaal (besproken in [38]). Het blijft echter een fascinerend raadsel over wat precies de structuur van de PRR-organisatie vormt.

Hoewel het intuïtief is dat genen die belangrijk zijn voor regionale functies, zoals de spijsvertering en opname van voedingsstoffen, ruimtelijke compartimentering langs de cefalocaudale as volgen (besproken in [39]), werd een dergelijke organisatie niet verwacht voor epitheliale aangeboren immuunsignalering. Eerdere studies hadden melding gemaakt van regulatie van PRR-signalering als reactie op stimulatie met MAMP's. De TLR4-reactiviteit neemt bijvoorbeeld af na de geboorte, vermoedelijk vanwege blootstelling aan LPS tijdens de bevalling en daaropvolgende kolonisatie van de darm [40]. Stimulatie van TLR9 met zijn ligand CpG-DNA leidt ook tot een afname van Tlr4-expressie en remt TLR4-signalering [41]. Er werd dus verwacht dat contact met de micro-organismen, hun moleculen en metabolieten in het maagdarmkanaal zou leiden tot het tot zwijgen brengen van de PRR-expressie in de richting van het darmlumen (besproken in [14]). Tegenstrijdige resultaten, veroorzaakt door technische problemen zoals onbetrouwbare antilichamen gericht op TLR's, leidden echter tot verwarring in het veld en het was onduidelijk of een bepaalde PRR tot expressie werd gebracht of niet (besproken in [42]). Vroege Northern-blots voor mRNA van Tlr2 en Tlr4 in ex vivo geïsoleerde epitheelcellen gaven aan dat de expressieniveaus van deze twee Tlr-moleculen segmentspecifiek waren: Tlr2 werd voornamelijk tot expressie gebracht in de dikke darm, terwijl Tlr4 voornamelijk tot expressie werd gebracht in de maag en de dikke darm. De auteurs noemden dit " strategische compartimentering" van deze TLR's [43]. Recente studies hebben nu ontdekt dat dit principe van segmentspecifieke expressie verder reikt dan deze twee TLR's, en een zeer complexe regionale organisatie van PRR-signalering heeft ontrafeld die niet altijd de microbiële belasting volgt [44, 45].

De eerste van de twee onderzoeken kwam van de Barton-groep en onthulde verschillende niveaus van organisatie van TLR-expressie. De groep genereerde vijf stammen van reportermuizen, waardoor expressieanalyse van respectievelijk TLR2, 4, 5, 7 en 9 mogelijk was. TLR2 en 5 kwamen tot expressie in de dunne darm en het proximale colon, TLR4 werd tot expressie gebracht in het colon en TLR7 en 9 werden niet tot expressie gebracht. Reporter-expressie in organoïden van deze muizen bootste de in vivo expressie nauw na, wat aangeeft dat de expressie onafhankelijk is van contact met de microbiota of met immuuncellen [45].

De tweede studie gebruikte een biobank van vers gegenereerde organoïden van mens en muis die de verschillende segmenten van het maagdarmkanaal bestreken: corpus, pylorus, twaalfvingerige darm, jejunum, ileum en colon. Transcriptionele analyse van de organoïden bevestigde de expressiepatronen voor de TLR's gerapporteerd door de Barton-groep, maar onthulde bovendien een enorme mate van differentiële expressie van TLR's, NLR's, ontstekingscomponenten en andere aangeboren immuniteitsgerelateerde genen (Fig. 3 en [44). ]). Nod2 kwam bijvoorbeeld voornamelijk tot expressie in de maag, terwijl expressies van verschillende ontstekingsroutecomponenten zoals Nlrp1b, Nlrp6 en Aim2 beperkt waren tot de darm. Verschillende receptoren werden uniform tot expressie gebracht; Tlr3-expressie werd bijvoorbeeld in grote hoeveelheden gedetecteerd in elk segment van het maagdarmkanaal van de muis, terwijl Tlr5 in elk segment tot expressie werd gebracht, maar in kleine hoeveelheden [44]. Dientengevolge lijkt elk segment zijn eigen, specifieke complement van aangeboren immuunreceptoren en signaalcomponenten te hebben.

Het vergelijken van de muriene met de menselijke gastro-intestinale organoïden toonde aan dat bij beide soorten het principe van de complexe organisatie van PRR-signaleringscomponenten hetzelfde was, maar dat individuele PRR-expressieprofielen konden verschillen. Sommige PRR's, zoals TLR4 en NLRP6, hadden een vergelijkbaar patroon langs het maagdarmkanaal van beide soorten. TLR4 kwam voornamelijk tot expressie in de maag en dikke darm en NLRP6-expressie was beperkt tot de segmenten van de darm. Aan de andere kant vertoonden verschillende PRR's zoals TLR1 en TLR2 patronen die tussen beide soorten verschilden. Terwijl bij murine organoïden de expressie van beide toenam langs het maagdarmkanaal en het hoogst was in de dikke darm, was de expressie bij menselijke organoïden het hoogst in de maag en daalde langs het maagdarmkanaal [44]. Bovendien was de expressie van TLR5 hoger in menselijke organoïden, met de hoogste niveaus waargenomen in de maag [44].

Zoals hierboven vermeld, maken organoïden het ook mogelijk om te testen of een bepaalde route functioneel is door de toevoeging van het ligand en de daaropvolgende analyse van stroomafwaartse doelgenexpressie. Als aanvulling op de regiospecifieke expressie-analyse, ontdekte de studie ook dat organoïden van mens en muis een regiospecifieke functie vertonen: de maag van de muis reageerde op de TLR4-ligand LPS, maar niet op de TLR2-ligand PAM3CSK4 of de TLR5-ligand flagelline, door de NF- opwaarts te reguleren. KB-doelgen Cxcl2. Muizen jejunum verhoogde Cxcl2 als reactie op PAM3CSK4 en flagelline, maar niet als reactie op LPS. Bovendien bracht de dikke darm Cxcl2 tot expressie als reactie op al deze 3 geteste liganden [44]. Daarentegen brachten menselijke organoïden uit alle regio's het menselijke Cxcl2-analoog IL-8 tot expressie als reactie op flagelline, maar niet als reactie op LPS en PAM3CSK [44]. Dus niet alleen de expressie, maar ook de functie van PRR's in de darm is sterk georganiseerd en segmentspecifiek. Deze experimenten werden uitgevoerd door de stimulus toe te voegen aan het organoïde medium, waardoor alleen de basale zijde werd gestimuleerd, aangezien de apicale zijde naar het afgesloten lumen van de organoïden is gericht. Andere experimenten toonden aan dat er een nog hoger organisatieniveau is, aangezien PRR-expressie binnen een segment kan worden beperkt tot specifieke celtypen of zelfs subcellulaire locaties, zoals alleen het basale compartiment. Hieronder worden deze nader toegelicht.

Elke regio van het maagdarmkanaal brengt zijn specifieke set aangeboren immuungenen tot expressie. Hoewel een generalisatie moeilijk is, suggereren de huidige gegevens dat TLR's het sterkst tot expressie komen in de maag en de dikke darm, terwijl de dunne darm wordt gekenmerkt door de expressie van ontstekingscomponenten. Momenteel zijn het onderliggende moleculaire mechanisme en het evolutionaire voordeel onduidelijk.

We vermoeden dat de fysieke en chemische barrières die de epitheellagen in de verschillende darmsegmenten bedekken, elk monitoring van specifieke bedreigingen vereisen. De maag en de dikke darm hebben bijvoorbeeld beide een dubbellaagse, dikke slijmlaag met de binnenste slijmlaag stevig vastgemaakt aan de epitheellaag, terwijl de dunne darm bedekt is met een dunne, stroperige slijmlaag [46]. De verschillende samenstellingen van de slijmlagen zijn op hun beurt waarschijnlijk te wijten aan de verschillende functies van de respectieve darmsegmenten (spijsvertering versus opname van voedingsstoffen versus waterresorptie). Het is denkbaar dat de slijmdikte van invloed is op het type PRR's dat op specifieke plaatsen nodig is.

Gespecialiseerde cellen met immuunfunctie in het epitheel

Een al lang bestaand concept in epitheliale aangeboren immuniteit is het bestaan ​​van celtypespecifieke aangeboren immuunherkenning. Prototypes van de gespecialiseerde epitheelcellen met afweerfunctie zijn de microfold (M)-cellen en de Paneth-cellen, onlangs aangevuld met een gespecialiseerde slijmbekercel, de schildwachtbekercel. Het bestaan ​​van dergelijke gespecialiseerde cellen benadrukt de ingewikkelde en redundante systemen die zorgen voor de balans tussen opname van voedingsstoffen, coëxistentie met de microbiota en monitoring van mogelijke indringers. Gerichte differentiatie van organoïden maakt nu ook de studie van deze cellen in celkweek mogelijk.

M-cellen bevinden zich in het met de follikel geassocieerde epitheel dat de plekken van Peyer bedekt. Ze hebben een unieke morfologie met onregelmatige borstelranden en verminderde microvilli-structuren. Hun rol is om antigenen in het darmlumen over de epitheellaag naar het onderliggende lymfoïde weefsel te transporteren voor de regulatie van immuunresponsen [47]. Zowel M-cellen zelf als het follikel-geassocieerde epitheel bleken verschillende TLR's tot expressie te brengen [48] (besproken in [14]). M-cellen zijn echter moeilijk te bestuderen, aangezien er niet veel in het epitheelweefsel zijn en ze alleen worden gevonden in de buurt van de complexe structuur van Peyer's patches [47]. Desalniettemin kunnen M-cellen worden gegenereerd in organoïde culturen met behulp van gerichte differentiatie. Hiervoor wordt de receptoractivator van NF-KB-ligand (RANKL) aan het medium toegevoegd, wat de transcriptiefactor SpiB opwaarts reguleert, wat kenmerkend is voor M-celdifferentiatie [49]. Organoïden gegenereerd uit muizen die genetisch deficiënt zijn voor de NF-KB-subeenheid RelB zijn niet in staat om M-cellen te produceren na stimulatie met RANKL, wat aangeeft dat NF-KB-activering essentieel is voor de ontwikkeling van M-cellen [50]. In de menselijke organoïdecultuur zijn naast RANKL lymfotoxine en retinoïnezuur cruciaal voor het induceren van differentiatie naar M-cellen. Deze M-cellen nemen specifiek darmvirussen op, zoals rotavirus en reovirus, wat wijst op correcte fenokopie van de natuurlijke M-celfunctie, ook in organoïde culturen [51]. Toekomstig organoïde werk zal de onderlinge verbinding van epitheliale NF-KB-signalering, M-celontwikkeling en communicatie met immuuncellen moeten blijven ontrafelen.

Paneth-cellen zijn vermengd met de darmstamcellen aan de basis van de crypte en worden lang beschouwd als de bewakers van het stamcelcompartiment omdat ze antimicrobiële peptiden afscheiden. Paneth-cellen scheiden bijvoorbeeld alfa-defensines af, een proces waarvan is aangetoond dat het wordt gereguleerd door microbiële patronen en aangeboren immuunmechanismen [52, 53]. Bovendien reguleert NOD2, dat voor het eerst werd gedetecteerd in het cryptegebied van de dunne darm van muizen [54], de uitscheiding van verschillende alfa-defensines door Paneth-cellen, wat op zijn beurt leidt tot de activering van adaptieve immuniteit. Paneth-cellen brengen ook TLR5 tot expressie en met Paneth-cellen verrijkte organoïden brengen bijzonder hoge niveaus van TLR5 tot expressie. RNA-sequencing na stimulatie onthult dat terwijl normale organoïden in de dunne darm slechts matige niveaus van de TLR5-stroomafwaartse doelgenen tot expressie brengen als reactie op stimulatie met flagelline, zoals NF-kB-geïnduceerde cytokines, organoïden die erop gericht zijn grote aantallen Paneth-cellen te bevatten, een veel sterker respons, wat aangeeft dat Paneth-cellen de belangrijkste responders zijn op flagelline in de dunne darm [44, 45]. In tegenstelling tot doelgenexpressie, wordt de meest dramatische respons van Paneth-cellen (degranulatie, extrusie en celdood) niet veroorzaakt door stimulatie met TLR-liganden, maar vereist eerder stimulatie met het professionele van immuuncellen afgeleide cytokine interferon-gamma [55]. Deze resultaten van organoïden komen overeen met de waarnemingen die degranulatie en extrusie van Paneth-cellen laten zien na interferon-gamma-stimulatie in vivo [55]. Dit onderstreept op elegante wijze het systeem van checks and balances in de epitheellaag.

Slijmbekercellen zijn belangrijk voor de verdediging van het epitheel omdat ze de geglycosyleerde mucines produceren die cruciaal zijn voor de vorming van een slijmbarrière op de epitheellaag (besproken in [56]). Bij muizen resulteert MUC2-deficiëntie in spontane ontsteking en verhoogt het de gevoeligheid voor infectie [57, 58]. Onlangs werd een subset van slijmbekercellen met de naam schildwachtbekercellen beschreven in de dikke darm van de muis. Met behulp van weefselexplantaten identificeerde de studie verdikking van de slijmlaag als reactie op blootstelling aan TLR1/2-, 4- en 5-liganden, maar niet aan TLR9-, NOD1- en NOD2-liganden [59], in overeenstemming met een eerder rapport van Tlr 2 ,4 en 5 worden uitgedrukt in slijmbekercellen [60]. De auteurs stelden vast dat de respons ook afhing van de aanwezigheid van het Nlrp6-ontstekingsmasker en onafhankelijk was van mucosale lymfocyten met behulp van weefsels van een reeks knock-outmuizen [59]. Ook toonde een eerder rapport het belang aan van het NLRP6-ontstekingsmasker voor slijmafscheiding door slijmbekercellen [61]. Beeldvorming onthulde dat specifieke slijmbekercellen die zich in de apicale gebieden van de crypte bevonden, fluorescent gelabeld LPS endocyteerden [59]. Deze nieuw genoemde schildwachtbekercellen ondergaan niet alleen snelle degranulatie en epitheliale uitdrijving na behandeling met de TLR-liganden, maar zenden ook een calciumsignaal naar naburige cellen via intercellulaire cytoplasmatische bruggen gevormd door gap junctions, waardoor waarschijnlijk andere slijmbekercellen worden gestimuleerd om de slijmsecretie te verhogen [59] . Zowel slijmbekercellen als Paneth-cellen behoren tot de secretoire lijn. Organoïden maken gerichte differentiatie naar beide celidentiteiten mogelijk, wat resulteert in organoïden die sterk zijn verrijkt met slijmbekercellen of Paneth-cellen [62]. Het vergelijken van transcriptomen van deze scheve organoïden hielp bij het identificeren van de belangrijkste regulatoren van het differentiatiepad [63]. Verdere analyse van de omics-gegevens en functionele analyse van deze organoïden zal een beter begrip mogelijk maken van de rol van beide celtypen in de aangeboren immuunafweer.

Ten slotte is ook gemeld dat stamcellen zelf specifieke PRR's tot expressie brengen, zoals TLR4 [64, 65], die niet worden gevonden op de murine dunne darmvilli of Paneth-cellen [66]. Bovendien lijkt de meerderheid van Nod2-expressie in de muriene crypte beperkt te zijn tot stamcellen [67]. Stimulatie met NOD2-ligand verhoogde de overleving van stamcellen en de vorming van organoïden, wat aangeeft dat stimulatie van PRR's ook rechtstreeks de regeneratie van het darmepitheel kan reguleren.

Ongetwijfeld zullen de huidige inspanningen om atlassen van genexpressie te genereren die elk celtype in steeds meer detail dekken, binnenkort een completer beeld geven van de cellulaire organisatie van aangeboren immuunsignalering in de darmen en in het hele lichaam [68-71 ].

Celpolariteit en zijspecifieke aangeboren immuunresponsen

Ten slotte is het ook relevant om te bedenken dat gastro-intestinale epitheelcellen sterk gepolariseerd zijn, met een gespecialiseerde apicale kant die naar het lumen van de darm met zijn microbiota is gericht, en een basolaterale kant die naar het weefsel is gericht. Onder homeostase bereiken MAMP's alleen de apicale zijde. Wanneer de epitheliale barrière echter wordt doorbroken, kunnen micro-organismen ook de basolaterale kant uitdagen. Er is dus de hypothese dat epitheelcellen alleen selectief een pro-inflammatoire respons kunnen veroorzaken wanneer ze worden gestimuleerd vanaf de basolaterale kant, om de dreiging van het signaal te evenaren. Er werd bijvoorbeeld aangetoond dat TLR9 verschillende signaalroutes induceert wanneer het wordt gestimuleerd vanaf de apicale of basolaterale kant in kankercellijnen [72] en TLR5 induceerde alleen het NF-KB-responsgen IL-8 wanneer het wordt gestimuleerd vanaf de basale kant [73 ].
Terwijl eerdere studies met antilichaamlabeling tegen TLR's specifieke expressie aan slechts één kant hebben gerapporteerd (besproken in [14, 16]), bevestigde analyse van TLR-reportermuizen met behulp van kleuring van een HA-tag dit niet, maar toonde in plaats daarvan TLR2, 4 en 5 aan. receptoren aan zowel de apicale als de basale zijde van het proximale colon, evenals enkele intracellulaire TLR4 [45]. Deze schijnbare verschillen zijn waarschijnlijk te wijten aan de verschillende technische benaderingen.

Organoïden maken nu direct functioneel testen van zijspecifieke immuunresponsen mogelijk, aangezien de cellulaire polarisatie behouden blijft in organoïden. Onder standaardomstandigheden, wanneer organoïden in een extracellulaire matrix worden gekweekt, is de apicale zijde naar het lumen van de organoïde gericht en de basale zijde naar de extracellulaire matrix [74-76]. Wanneer gekweekt buiten een extracellulaire matrix, kan de polariteit omkeren [77, 78]. Wanneer cellen van organoïden worden gezaaid op standaard celkweekoppervlakken, zoals kweekschalen of transwells, is de apicale zijde naar het lumen van het putje gericht [44, 79-82].

Verschillende onderzoeken gebruikten organoïden om de algemene functie van bepaalde PRR's te testen zonder specifieke verschillen tussen apicale en basale stimulatie aan te pakken. Deze onderzoeken omvatten de stimulus in het medium van de organoïden, die onder standaardomstandigheden de basale zijde van de cel stimuleert. Met behulp van deze techniek werd opwaartse regulatie van NF-KB stroomafwaartse doelgenen geïdentificeerd na basale stimulatie met liganden van TLR4 in de maag, TLR2 en 3 in de dunne darm, en TLR2, 3, 4 en 5 in de dikke darm van muizen [44, 45, 83] en op liganden van TLR2 en 5 in de maag en TLR5 in de dunne darm en dikke darm van de mens [44]. Bovendien induceerde basale stimulatie van murine colonorganoïden met TLR4-agonisten cellulaire differentiatie, vooral naar de uitscheidingslijn [64], terwijl NOD2-agonisten verhoogde overleving van stamcellen induceerden [67, 84], en taurine stimuleerde NLRP6-afhankelijke opregulatie van het ontstekingsmasker stroomafwaarts gericht gen IL-18 [85]. In al deze studies werd apicale stimulatie niet getest.

Slechts enkele onderzoeken hebben de zijspecifieke functies van PRR's behandeld. Het is opmerkelijk dat, in tegenstelling tot de onderzoeken met gepolariseerde kankercellijnen, tot nu toe geen van de onderzoeken met organoïden een zijspecifieke activering van een typisch NF-KB-afhankelijk pro-inflammatoir gen heeft geïdentificeerd. Transwell-monolagen afgeleid van organoïden van menselijke karteldarm brengen vergelijkbare niveaus van het NF-KB-doelgen IL-6 tot expressie wanneer ze worden gestimuleerd vanaf de apicale of basale zijde met liganden van TLR1/2, 3, 4, 5, 7/8 en 9 [82]. Maagorganoïden van muizen reageerden ook op een apicale stimulatie met de TLR4-ligand LPS in verschillende assays, waaronder in transwells en micro-injectie van LPS in het lumen van organoïden [44]. Epitheelcellen van de dunne darm van muizen brachten het NF-KB-doelgen icam1 niet tot expressie als reactie op een reeks liganden, ongeacht of ze waren toegevoegd aan intacte organoïden, waardoor de basale zijde werd gestimuleerd, of toegevoegd aan enkele, gedissocieerde cellen, waardoor alle cellen werden gestimuleerd. zijkanten [55].

Echter, verder kijkend dan de NF-KB-respons, identificeerde een recente studie een zijspecifieke functie van TLR3 en het belang ervan bij virale infectie [82]. Resultaten van experimenten met van humane karteldarmorganoïde afgeleide monolagen toonden aan dat de expressie van de kritieke virusafweergenen type I en type III interferon werd opgereguleerd na basale stimulatie met TLR3-agonist, maar niet na stimulatie met andere TLR-agonisten. Evenzo was bij infectie met een virus de interferonrespons van de organoïden veel sterker bij infectie vanaf de basale zijde in vergelijking met infectie vanaf de apicale zijde. Dit was zowel zichtbaar in van organoïden afgeleide monolagen als in organoïden die met het virus waren geïnjecteerd. De studie identificeerde verder de clathrine-sorterende adapter AP-1B als het molecuul dat verantwoordelijk is voor de gepolariseerde expressie van TLR3. Dienovereenkomstig vertoonden muizen met een tekort aan Ap{11}b verergerde immuunresponsen na virale infectie [82]. Dit bevestigt de gepolariseerde functie van PRR's en benadrukt het belang van dit niveau van regulering bij het verder moduleren van de herkenning en verdediging van pathogenen.

Tot nu toe is er geen "one size fits all" antwoord op de polariteitsvraag, en het oplossen van de locatiespecifieke aard van PRR-signalering blijft een technisch uitdagende taak voor de toekomst.

Tolerantie als reactie op kolonisatie en als standaard ontwikkelingsprogramma

De mechanismen die bijdragen aan de organisatie van epitheliale aangeboren immuniteit zijn nog onduidelijk. Het belangrijkste concept in dit opzicht is het induceren van tolerantie na kolonisatie van de steriele darm tijdens de geboorte, de zogenaamde 'window of opportunity' (besproken in [86–88]). Dit concept veronderstelt een priming-periode van het aangeboren en adaptieve immuunsysteem na de geboorte, die de weg vrijmaakt voor immuunhomeostase en daaropvolgende gastheer-microbiële interacties.

Het neonatale immuunsysteem en de aangeboren immuniteit van het epitheel zijn uniek uitgerust om deze overgang van onvruchtbaarheid naar co-existentie met de microbiota te beheersen. Bij de geboorte is de menselijke neonatale darm volledig volgroeid met darmvlokken en crypten die Paneth-cellen bevatten. De murine neonatale darmepitheellaag is meer onvolgroeid en ondergaat een dramatische verandering die meetbaar is op transcriptoomniveau waarbij verschillende ontwikkelingsstadia worden vergeleken [89] en zichtbaar in de weefselarchitectuur en celdifferentiatie: de crypte-villus-as is nog niet gevormd en celproliferatie is lager, zonder celmigratie of exfoliatie. Het bevat geen volwassen Paneth-cellen; enterocyten produceren echter het cathelicidine-achtige antimicrobiële peptide (CRAMP) [90]. Paneth-cellen verschijnen wanneer crypten zich 2 weken na de geboorte vormen [91]. Op het moment van spenen is het epitheel volledig gevormd met crypten en villi, enterocyten, slijmbekercellen en entero-endocriene cellen; Paneth-cellen hebben de productie van antimicrobiële peptiden overgenomen; en slijmbekercellen hebben de productie van mucinen verhoogd om de slijmlaag te vormen (besproken in [92]).

Deze leeftijdsafhankelijke overgang van het epitheel gaat hand in hand met een geleidelijke afname van TLR5-expressie in het dunne darmepitheel. Tegelijkertijd neemt de expressie van TLR3 toe tijdens de neonatale periode. Andere PRR's, zoals TLR2, 4 en 9, worden op vergelijkbare niveaus tot expressie gebracht bij neonatale en volwassen muizen [45, 93].

De mechanismen die leiden tot de regulatie van PRR-expressie en -functie na de geboorte blijven onduidelijk. Zoals hierboven vermeld, hebben verschillende onderzoeken een bijdrage van de omgeving, met name microbiële kolonisatie, voorgesteld aan de regulatie van PRR-expressie na de geboorte [40, 41] (besproken in [14]). Kiemvrije versus specifieke pathogeenvrije muizen vertoonden echter geen verschillen in TLR-expressie in de dunne darm of de dikke darm, wat aangeeft dat noch opwaartse regulatie van TLR3, noch neerwaartse regulatie van TLR5 in deze vroege periode afhangt van de microbiota [45, 93]. Ook in organoïden was de expressie van veel, maar niet alle, PRR-signaalcomponenten al gedefinieerd in organoïden van weefsels die nooit in contact waren geweest met microbiële producten [44]. Dit geeft aan dat een groot deel van de organisatie van de aangeboren immuunsignaleringsroutes onafhankelijk van contact met de microbiota wordt gedefinieerd en lijkt te worden bepaald door standaard ontwikkelingsprocessen, zoals de hierboven geschetste, die de algemene weefselidentiteit langs het maagdarmkanaal vormen. . Dit sluit een verdere verfijning van de PRR-expressie door omgevingsfactoren tijdens de volwassenheid niet uit.

Het belang van de tijdige regulatie van microbiële interacties in het epitheel wordt duidelijk wanneer het onvolgroeide epitheel voortijdig wordt geconfronteerd met microbiële kolonisatie: te vroeg geboren baby's zijn vatbaar voor de ontwikkeling van necrotiserende enterocolitis (NEC), gekenmerkt door darmnecrose, systemische sepsis en meerdere organen. mislukking. Hoewel de pathogenese als multifactorieel wordt beschouwd, hebben verschillende onderzoeken aangetoond dat deze zich ontwikkelt als reactie op een onbalans tussen pro-inflammatoire signalering en herstelmechanismen in de premature darm (besproken in [94]) en een bijdrage van PRR's is gesuggereerd [41, 65, 95 –97]. Verschillende studies hebben menselijke foetale organoïden gebruikt [24, 98, 99], normale murine organoïden blootgesteld aan bacteriën en hypoxie om NEC te modelleren [100], of organoïden van een murine NEC-model evenals van NEC-patiënten [101]. Toekomstige studies zullen deze gevestigde en nieuwe organoïde modellen gebruiken om de bijdrage van het epitheel in NEC verder te definiëren.

Modellering van epitheelafhankelijke aspecten van IBD met organoïden

Verlies van de integriteit van de darmepitheelbarrière is een bepalend kenmerk van IBD, dwz CD en UC, en lijkt te worden veroorzaakt door een multifactorieel samenspel van genetische predispositie, omgevingsfactoren, veranderingen van de darmmicrobiota en veranderingen van de lokale en systemische immuunrespons. op [27]). De huidige therapieën richten zich voornamelijk op de (afwijkende) immuunresponsen bij IBD, die gepaard gaan met hoge percentages non-responders en bijwerkingen (besproken in [27]). Een beter begrip van de epitheelspecifieke bijdrage aan de pathofysiologie van IBD is vereist om nieuwe therapeutische doelen te identificeren die mogelijk ook rechtstreeks van invloed kunnen zijn op het herstel van de darmepitheelbarrière en dus op de genezing van het slijmvlies.

Om inzicht te krijgen in epitheliale pathologie, hebben verschillende groepen levende biobanken opgericht die bestaan ​​uit organoïden die zijn gegenereerd door individuele patiënten met UC of CD. Hoewel deze benadering voor de hand ligt, hebben tot nu toe slechts enkele onderzoeken resultaten gerapporteerd van organoïden die afkomstig zijn van deze groep patiënten [102-104]. Dit kan worden verklaard door de observatie dat organoïden van patiënten met IBD moeilijker te genereren zijn. Onze eigen ervaring is dat organoïden die zijn gegenereerd door CD-patiënten langzamer groeien tijdens de eerste passages en dat sommige monsters verloren zijn gegaan - wat in verband werd gebracht met een hogere mate van bacteriële besmetting in de culturen [105].

Karakterisering van organoïden afkomstig van patiënten met IBD onthulde een fenotype met verminderde grootte en ontluikende capaciteit, verhoogde snelheid van celdood, luminaal afval en gedeeltelijk omgekeerde polarisatie van epitheelcellen [106]. Globale vergelijking van organoïden van CU- of CD-patiënten en gezonde controles toonde aan dat transcriptionele en methyleringsverschillen die in het darmepitheel werden waargenomen in vitro behouden bleven [102, 103, 107]. Ook suggereerde een eerdere studie van organoïden gegenereerd door patiënten met de ziekte van Crohn permanente veranderingen van darmstamcellen bij IBD. Dit was gebaseerd op de waarneming dat organoïden gegenereerd uit actieve CD-laesies hoge expressieniveaus van darmepitheelstamcelmarkers behielden [108]. Dit werd tot op zekere hoogte bevestigd in een recent onderzoek waarin organoïden van het colon afkomstig van pediatrische IBD-patiënten een langdurig expressiepatroon van antigeenpresenterende genen vertoonden [109].

Door zich te concentreren op veranderingen in de intestinale epitheliale barrièrefunctie, waaronder het verlies van tight junctions en desmosomen, die gewoonlijk worden aangetroffen bij IBD [110], werd aangetoond dat organoïden van CD-patiënten dit fenotype van junctionele veranderingen behouden onder kweekomstandigheden [105]. Dit was met name het geval wanneer organoïden werden gegenereerd op plaatsen met ernstige ontsteking [105]. Een afname van junctionele eiwitten zou ook kunnen worden geïnduceerd in organoïden van gezonde donoren door de toepassing van het pro-inflammatoire cytokine TNF- en/of IFN- [106, 111]. Het vaste patroon van veranderingen van junctionele eiwitten in organoïden van patiënten met IBD werd echter alleen op eiwitniveau waargenomen, maar niet op mRNA-niveau [105].

Deze waarnemingen suggereren dat verschillende veranderingen zijn vastgelegd in organoïden van IBD-patiënten. De observatie dat sommige, maar niet alle, permanente veranderingen alleen zichtbaar zijn op eiwit, maar niet op RNA-niveau, suggereert dat er permanente veranderingen zijn in post-transcriptionele modificaties of eiwitafbraak in organoïden van IBD-patiënten. Dit moet echter nog in detail worden onderzocht.

Wat precies de permanente veranderingen in expressiepatronen van het ontstoken epitheel veroorzaakt, is onduidelijk. Een effect van de microbiota werd lang vermoed; een recente studie heeft echter aangetoond dat het effect van de microbiota op het epitheel na verloop van tijd verloren gaat [112]. De studie vergeleek verschillende muizenfaciliteiten omdat de verschillende samenstellingen van het microbioom van muizenkolonies zijn geïdentificeerd als verstorende factoren in vivo-onderzoeken. Om dit effect te verduidelijken, vergeleek de studie epitheliale isolaten en organoïde culturen van kiemvrije muizen en twee afzonderlijke specifieke pathogeenvrije muizenkolonies met verschillende microbiota. Terwijl het vers geïsoleerde epitheel een afdruk van de microbiota-blootstelling op RNA- en eiwitniveaus vertoonde, ging dit effect verloren na enkele weken kweken van dunne-darmorganoïden [112]. Ook toonde een globale vergelijking van genexpressie van organoïden gegenereerd uit ontstoken of niet-ontstoken gebieden van dezelfde IBD-patiënten aan dat de IBD-organoïden van de ontstoken gebieden de inflammatoire genexpressie al na een paar weken in kweek verloren. De transcriptomen van de organoïden werden vervolgens per patiënt geclusterd; dus bleven de permanente verschillen tussen IBD en gezonde controles bestaan. Het inflammatoire fenotype in de IBD-organoïden zou dan opnieuw kunnen worden geïnduceerd door de toevoeging van een cytokinecocktail [107]. Over het algemeen suggereert dit dat permanente veranderingen die worden waargenomen in organoïden van IBD-patiënten onafhankelijk zijn van contact met microbiota of cytokines.

Dus hoewel het redelijk is om te speculeren dat sommige van de permanente veranderingen in darmepitheelcellen van patiënten met IBD kunnen worden veroorzaakt door veranderingen in aangeboren immuunsignalering, is het bewijs hiervoor momenteel schaars. Bovendien zijn niet alle epitheelveranderingen die worden waargenomen in de ontstoken gebieden in de darmen permanent geconserveerd in het gezuiverde epitheel, wat wijst op belangrijke bijdragen van de lokale omgeving. In de toekomst zouden nieuwe studies met complexere organoïdemodellen, waarin ook immuuncellen, inflammatoire cytokine-stimulatie en co-culturen met micro-organismen zijn opgenomen, moeten helpen om deze hypothese in meer detail te behandelen.

Conclusies, toekomstperspectieven en Outlook

Samenvattend, hoewel veel ziekten in het maagdarmkanaal onvolledig worden begrepen, wijst steeds meer bewijs op een cruciale rol van het gastro-intestinale epitheel in de pathogenese van veel van hen - hoewel de specifieke rol ervan onduidelijk blijft.

De beperkte kennis van de aangeboren immuunfunctie van het gastro-intestinale epitheel wordt toegeschreven aan een gebrek aan geschikte experimentele modellen. Met de implementatie van organoïdetechnologie is een belangrijke stap gezet om dit probleem te verhelpen. Organoïden die uit elke regio van het maagdarmkanaal worden gegenereerd, zullen aanzienlijk bijdragen aan de bestaande kennis. Zoals onthuld door eerdere studies, biedt het genereren van organoïden het cruciale voordeel dat reacties van primaire gastro-intestinale cellen kunnen worden waargenomen in tegenstelling tot getransformeerde cellijnen, die meestal worden gegenereerd uit gastro-intestinale kwaadaardige tumoren. Een van de meest fascinerende kenmerken van organoïden is dat ze specifieke kenmerken behouden van het segment van het maagdarmkanaal waaruit ze zijn gegenereerd als onderdeel van hun celidentiteit tijdens de volwassenheid. Volgens huidige experimentele studies ligt de regionale identiteit vast in de gastro-intestinale stamcellen. In deze context blijft het een probleem om precies te bepalen hoe en wanneer tijdens de ontwikkeling deze intrinsieke programmering plaatsvindt.

Bij het bekijken van specifieke concepten van hoe het epitheel kan reageren op of interageren met de omgeving, heeft organoïde technologie nu verlichting mogelijk gemaakt van de differentiële en segmentspecifieke expressie en functie van PRR's in het gastro-intestinale epitheel. De algehele functionele gevolgen voor de complexe regulatiesystemen in het gehele maagdarmkanaal zijn nog onduidelijk en zullen in de toekomst moeten worden aangepakt. Hiervoor is het ook belangrijk om organoïden samen te kweken met immuuncellen (besproken in [113]), cellen van het enterische zenuwstelsel [114] en luminale factoren zoals bacteriële co-culturen (besproken in [115]) (Fig. 4).

Een ander belangrijk aspect is dat organoïden die zijn gegenereerd uit patiëntweefsel dat is aangetast door GI-ziekten zoals IBD, enkele van de kenmerken behouden die worden gezien in de overeenkomstige weefselspecimens waarvan ze zijn afgeleid. Dit biedt de unieke mogelijkheid om de epitheel- en ziektespecifieke bijdrage aan de pathogenese van gastro-intestinale ziekten verder te ontrafelen - niet alleen die met door ontsteking veroorzaakte veranderingen, maar ook die met veranderingen in kwaadaardige ziekten. Beide kunnen een specifieke bijdrage blijken te zijn van van epitheel afgeleide aangeboren immuniteit. Hiervoor zou het systematisch opzetten van "levende biobanken" een belangrijke stap zijn. Als toekomstvisie zouden dergelijke levende biobanken kunnen worden gekoppeld aan reeds bestaande biobanken, die nu uitsluitend "dode" biomaterialen leveren. Dit zou een nieuwe belangrijke stap betekenen, niet alleen voor onderzoek, maar ook voor het faciliteren van geïndividualiseerde diagnostiek en therapie voor patiënten.

Kader 1. Aangeboren immuniteit en epitheelcellen in het maagdarmkanaal zijn onduidelijk of de waargenomen impact te wijten is aan de aangeboren immuunsignalering in epitheelcellen of professionele immuuncellen.

Om het samenspel van professionele immuuncellen en epitheelcellen te ontwarren, hebben verschillende onderzoeken epitheelspecifieke knock-outs gebruikt, of meer recent epitheelorganoïden. In muismodellen leidt geen van de epitheelspecifieke deleties van PRR's tot spontane ontsteking. Muizen met epitheelspecifieke knock-out van MyD88 zijn echter gevoeliger voor experimentele colitis en vertonen ernstige verstoring van de barrière, verminderde slijmbeker- en Paneth-celreacties [121] en verminderde productie van mucine en antimicrobiële peptiden [121, 122]. Organoïden in de dunne darm veroorzaken geen ontstekingsreactie op verschillende gezuiverde PRR-liganden [55], hoewel dit niet kan worden gegeneraliseerd en afhangt van de soort, locatie en leeftijd van het weefsel waaruit de organoïden worden gegenereerd [44, 45].

De afwezigheid van een spontaan inflammatoir fenotype in epitheelcelspecifieke PRR-knockout-modellen ondersteunt de hypothese dat andere factoren dan een algemene ontstekingsreactie van het epitheel een impact hebben op de epitheliale homeostase. Stimulering met de NOD2-agonist muramyldipeptide (MDP) verhoogde bijvoorbeeld het aantal organoïden dat uit geïsoleerde stamcellen groeide, wat aangeeft dat de aangeboren immuunsignalering de overleving van de stamcellen ondersteunde [67, 84]. Bovendien benadrukken gegevens van muizen het belang van de anti-apoptotische effecten van NF-KB-signalering als reactie op andere stimuli, zoals TNF- [123]. Interessant is dat bij mensen polymorfismen in aangeboren immuungenen, waaronder NOD2 en TLR4, geassocieerd zijn met een verhoogd risico op het ontwikkelen van IBD [124] en blokkering van TNF- is momenteel de meest effectieve behandeling voor IBD bij sommige patiënten (besproken in [125]).

Er ontstaat een beeld waarin een laag niveau van aangeboren immuunstimulatie belangrijk is voor slijmafscheiding, barrière-integriteit en overleving van epitheelcellen. De beschadiging ervan kan de verplaatsing van darmbacteriën van het lumen naar het subepitheliale weefsel mogelijk maken, wat leidt tot ontsteking.

Dankbetuigingen

We danken Ömer Kaya voor de hulp bij de illustraties en Rike Zietlow voor de redactie.

Auteur bijdrage

Idee: SB Eerste concept: SB en Ö.K.; literatuuronderzoek: Ö.K., NS en SB; Eerste ontwerp: Ö.K. Herzien, herschrijven, secties toevoegen: NS, SB Alle auteurs hebben het uiteindelijke manuscript kritisch herzien.

Financiering

Open Access-financiering mogelijk gemaakt en georganiseerd door Projekt DEAL. Dit werk werd ondersteund door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 2157; 3D-weefselmodellen voor het bestuderen van microbiële infecties door menselijke pathogenen, Project 10, tot SB), het interdisciplinair centrum voor klinisch onderzoek (IZKF; www.med.uni-wuerzburg.de/izkf /startseite) in Würzburg (Grant AD-427 aan NS en SB), en de DFG SPP1982 SCHL1962/5-2 aan NS.

Verklaringen

Belangenverstrengeling

De auteurs verklaren geen tegenstrijdige belangen.

Vrije toegang

Dit artikel is gelicenseerd onder een Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie, die het gebruik, delen, aanpassen, distribueren en reproduceren in elk medium of formaat toestaat, zolang je de oorspronkelijke auteur(s) op gepaste wijze vermeldt ) en de bron, geef een link naar de Creative Commons-licentie en geef aan of er wijzigingen zijn aangebracht. De afbeeldingen of ander materiaal van derden in dit artikel zijn opgenomen in de Creative Commons-licentie van het artikel, tenzij anders aangegeven in een kredietlijn bij het materiaal. Als materiaal niet is opgenomen in de Creative Commons-licentie van het artikel en het door u beoogde gebruik niet is toegestaan ​​door wettelijke voorschriften of het toegestane gebruik overschrijdt, moet u rechtstreeks toestemming krijgen van de houder van het auteursrecht.

Referenties

1. Goodwin CS (1984) Microben en darminfecties

2. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB (2010) Darmmicrobiota bij gezondheid en ziekte. Physiol Rev. 90:859-904

3. Simon GL, Gorbach SL (1986) De microflora van de menselijke darm. Dig Dis Sci 31: 147S-162S

4. Bartfeld S, Clevers H (2017) Van stamcellen afgeleide organoïden en hun toepassing voor medisch onderzoek en patiëntenbehandeling. J Molmed: 1–10. https://doi.org/10.1007/s00109-017-1531-7

5. Barker N (2014) Volwassen intestinale stamcellen: kritische aanjagers van epitheliale homeostase en regeneratie. Nat Rev Mol Cell Biol 15:19-33

6. Bartfeld S, Koo BK (2017) Volwassen maagstamcellen en hun niches. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol 6:e261. https://doi.org/10.1002/wdev.261

7. Liwinski T, Zheng D, Elinav E (2020) Het microbioom en cytosolische aangeboren immuunreceptoren. Immunol Openbaring 297:1–18

8. Burgueño JF, Abreu MT (2020) Epitheliale Toll-achtige receptoren en hun rol in darmhomeostase en ziekte. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 17:263-278

9. Christian S, Kanneganti TD (2020) Inflammasomen en de fijne lijn tussen afweer en ziekte. Huidige mening Immunol 62: 39-44

10. Ying L, Ferrero RL (2019) Rol van NOD1- en ALPK1/TIFA-signalering bij aangeboren immuniteit tegen Helicobacter pylori. Infectie pp: 159-177

11. Takeuchi O, Akira S (2010) Patroonherkenningsreceptoren en ontsteking. Cel 140:805-820

12. Peterson LW, Artis D (2014) Intestinale epitheelcellen: regulatoren van barrièrefunctie en immuunhomeostase. Nat Rev Immunol 14:141-153

13. Pott J, Hornef M (2012) Aangeboren immuunsignalering in het darmepitheel bij homeostase en ziekte. EMBO Rep 13: 684-698

14. Abreu MT (2010) Toll-achtige receptorsignalering in het darmepitheel: hoe bacteriële herkenning de darmfunctie vormt. Nat Rev Immunol 10:131–144

15. Zhang K, Hornef MW, Dupont A (2015) Het darmepitheel als bewaker van de integriteit van de darmbarrière. Celmicrobiol 17: 1561-1569

16. Yu S, Gao N (2015) Compartimentering van tolachtige receptoren van darmepitheelcellen voor immuunbewaking. Cell Mol Leven Sci 72: 3343-3353

17. Zhou P, She Y, Dong N, Li P, hij H, Borio A, Wu Q, Lu S, Ding X, Cao Y, Xu Y, Gao W, Dong M, Ding J, Wang DC, Zamyatina A, Shao F (2018) Alfa-kinase 1 is een cytosolische aangeboren immuunreceptor voor bacteriële ADP-heptose. Natuur. 561:122-126

18. Milivojevic M, Dangeard AS, Kasper CA, Tschon T, Emmenlauer M, Pique C, Schnupf P, Guignot J, Arrieumerlou C (2017) ALPK1 reguleert TIFA/TRAF6-afhankelijke aangeboren immuniteit tegen heptose{{5} },7-bisfosfaat van gramnegatieve bacteriën. PLoS Pathhog 13:e1006224. https://doi.org/10.1371/journal.ppat. 1006224

19. Zimmermann S, Pfannkuch L, Al-Zeer MA et al (2017) ALPK1- en TIFA-afhankelijke aangeboren immuunrespons veroorzaakt door het helicobacter pylori type IV secretiesysteem. Celvertegenwoordiger 20:2384–2395

20. Abreu MT, Fukata M, Arditi M (2005) TLR-signalering in de darm bij gezondheid en ziekte. J Immunol 174:4453–4460 174/8/4453 [pii]

For more information:1950477648nn@gamil.com