DC Migration von der Lamina Propria zu den mesenterischen LN
Mesenterische LN enthalten residente CX3CR1+ Makrophagenpopulationen, sowie sowohl residente MHCIIint als auch migrierende MHCIIhi DC Populationen. In der Lymphe des Brustkorbs von Ratten nach einer mesenterialen Lymphadenektomie wurden „verschleierte Zellen“ beschrieben, die eine Population von Zellen umfassen, die aus dem Darm in die MLN wandern, wo sie normalerweise gefangen sind (Liu und MacPherson, 1991, 1993, 1995; MacPherson, 1989; MacPherson et al., 1995; Pugh et al., 1983). Auf ihre intestinale Herkunft deutet die Tatsache hin, dass die Zellen des Brustkorbs von nicht manipulierten Ratten nur sehr wenige DCs (<0,2%) enthielten, verglichen mit Ratten nach Lymphadenektomie (8-10%) (MacPherson et al., 1995). Die wandernden DCs hatten eine kurze Halbwertszeit im Gewebe (in der Größenordnung von 2-3 Tagen), ähnlich wie die meisten anderen DC-Populationen (MacPherson et al., 1995). Diese bahnbrechenden Studien begründeten das Konzept, dass immunstimulierende DCs unter stationären Bedingungen konstitutiv aus dem Darm in die MLNs wandern, und zeigten die Fähigkeit eines Pathogenprodukts, diese Migration zu verstärken. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass CD11c+-Zellen sowohl Epithelzellfragmente (Huang et al., 2000) als auch kommensale Bakterien (Macpherson und Uhr, 2004) in die MLN transportieren, und bei Mäusen, denen CCR7 fehlt, ist die Induktion der oralen Toleranz gestört (Worbs et al., 2006), was die Bedeutung des konstitutiven Antigentransports zu den MLN für die mukosale Immunität und Homöostase belegt.
Die Population der CD11c+-Zellen, die zu den MLN wandern, ist zu einem Bereich aktiver Forschung und Diskussion geworden. CD103+ DCs sowohl in der Dünndarm-LP als auch in den MLNs haben eine überragende Fähigkeit, Homing-Rezeptoren auf T-Zellen zu steuern (Annacker et al., 2005; Johansson-Lindbom et al., 2005) und die De-novo-Induktion von CD4+ Foxp3+ regulatorischen T-Zellen zu fördern (Coombes et al., 2007; Sun et al., 2007), und CD103+ DCs in der MLN sind eine wichtige Zellpopulation, die in der Lage ist, CD4- und CD8-T-Zellen orale Antigene zu präsentieren (Coombes et al., 2007; Jaensson et al., 2008; Schulz et al., 2009; Sun et al., 2007). Darüber hinaus fehlten CD103+ DCs in der MLN bei CCR7-defizienten Mäusen (Johansson-Lindbom et al., 2005), und BrdU-Markierungsexperimente zeigten eine verzögerte Markierung von CD103+ DCs in der MLN (Jaensson et al., 2008), was dafür spricht, dass CD103+ Zellen von der intestinalen LP zur MLN wandern. Anschließend konnten Pabst und Kollegen in eleganten Studien durch direkte Visualisierung von Zellen in mesenterialen Lymphgefäßen und durchflusszytometrische Untersuchungen von Zellen aus der Darmlymphe von Mäusen nachweisen, dass CD103+ DCs, nicht aber CX3CR1-exprimierende Zellen, in die mesenterialen Lymphgefäße des Darms wandern, und zwar sowohl im stationären Zustand als auch nach Verabreichung des TLR 7/8-Agonisten R848, der die Migration von CD103+ DCs aus der Dünndarm-LP in die Lymphe dramatisch erhöhte (Schulz et al., 2009). Es wurde festgestellt, dass CX3CR1+-Zellen stationär sind und mit den Lymphgefäßen assoziiert sind, was auf eine Patrouillenfunktion hindeutet. Andere Studien zeigten, dass CCR7 konstitutiv vorwiegend von CD103+CD11b+ DCs und nicht von CD103-CD11b+ Makrophagen in der Dünndarm-LP exprimiert wird, dass CCR7-defizienten Mäusen selektiv CD103+CD11b+ DCs in der MLN fehlen und dass CD103+CD11b+ DCs die wichtigsten, aber nicht die einzigen Populationen sind, die nach einer oralen Infektion S. typhimurium in der MLN beherbergen (Bogunovic et al., 2009). Diese Studien zeigen das primäre Trafficking der CD103+CD11b+ DC-Population und den relativen Mangel an CX3CR1+ Zellmigration in die MLN im Dauerzustand oder nach einer Infektion mit S. typhimurium.
Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass auch andere Zellen als CD103+ CD11b+ DC-Populationen im Dauerzustand in die MLN migrieren können (Cerovic et al., 2013). Im Dünndarm sind sowohl CD103+CD11b- (die alle CD8+ sind) als auch CD103-CD11b+ und CD103-CD11b- F4/80- DCs vorhanden, wobei CD103- Zellen 15 % der DCs ausmachen und alle ähnliche Mengen an CCR7- und Flt3-mRNA exprimieren und in Gegenwart von exogenem Flt3L expandieren (Cerovic et al., 2014; Persson et al., 2013). Nur CD103-CD11b-Zellen fehlten im Dünndarm von RORγt-defizienten Mäusen, denen es auch an organisiertem lymphatischem Gewebe mangelt, was darauf hindeutet, dass drei Populationen potenziell wandernder DCs in der LP vorhanden sind, während eine in den lyphoiden Follikeln vorhanden ist (Cerovic et al., 2013). Alle vier DC-Populationen wurden auch in der Lymphe des Brustkorbs von adenektomierten Mäusen mit mesenterialer Lymphe gefunden, was für eine aktive Migration aus der LP und den lymphoiden Follikeln spricht (Cerovic et al., 2013). Aus der Lymphe stammende CD103+CD11b+, CD103+CD1lb- (CD8α+) und CD103- DCs konnten die Proliferation von OTII CD4+ und OTI CD8+ T-Zellen antreiben, wenn sie mit OVA-Protein beladen wurden, exprimierten Aldehyddehydrogenase-Aktivität und konnten CCR9 auf OT I CD8 T-Zellen in vitro antreiben, was auf echte DC-Eigenschaften hinweist. Interessanterweise exprimierten nur in der Lymphe geborene CD103-DCs nach der Aktivierung IL-12 und IL-23 und trieben in vitro die Th1- und Th17-Differenzierung voran, was darauf hindeutet, dass diese Population eine einzigartige immunstimulierende Population darstellen könnte (Cerovic et al, 2013).
Die Möglichkeit, dass mehrere DC-Populationen im Dauerzustand in die MLN einwandern können, wurde auch in Studien mit MHCIIhi CD11c+ Zellpopulationen aus der MLN gezeigt, die entweder residente oder wandernde Zellen darstellen, wobei letztere durch eine höhere relative Expression von MHCII und eine geringere Expression von CD11c gekennzeichnet sind. Die so definierte „wandernde“ Population umfasst die vier oben beschriebenen Populationen von DCs, wobei mehr als 80 % der Zellen CD103+ sind, mit gleichen Anteilen von CD103+CD11b+ und CD103+CD11b- Zellen, und wobei CD103-CD11b+ alle bis auf wenige Prozent der verbleibenden Zellen ausmachen (Persson et al., 2013). Obwohl CD103+CD11b+ Zellen sicherlich eine Hauptpopulation von Zellen im Dünndarm darstellen, die eindeutig zum MLN wandern und in der Lage sind, Salmonellen zu tragen, scheint es daher unwahrscheinlich, dass diese Population für alle nachgewiesenen Funktionen von CD103+ Zellen verantwortlich ist, insbesondere für die Induktion von FoxP3 regulatorischen T-Zellen und α4β7 und CCR9 Homing-Rezeptoren auf T-Zellen. Darüber hinaus deuten diese jüngsten Studien darauf hin, dass CD103+CD11b- und CD103- DCs wandernde Populationen sind, die in unmanipulierten Mäusen mit intakten MLNs weiter untersucht werden sollten.
In jüngster Zeit haben Daten auch darauf hingewiesen, dass CX3CR1+ Zellen aus der intestinalen LP unter bestimmten Bedingungen tatsächlich in die MLN wandern können. Während einer durch Dextran-Natriumsulfat (DSS) oder T-Zell-Transfer in RAG-defiziente Wirte induzierten Kolitis akkumulieren proinflammatorische, von Monozyten stammende Zellen im Dickdarm und exprimieren intermediäre Mengen von F4/80 und CX3CR1 (Bain et al., 2013; Rivollier et al., 2012; Waddell et al., 2011; Weber et al., 2011; Zigmond et al., 2012). Nach einer DSS-Kolitis differenzierten sich aus Monozyten stammende CX3CR1int-Entzündungszellen, die Ly6Chi waren, weiter zu CX3CR1int-Ly6Clo-Zellen, die hohe Mengen an Oberflächen-CCR7 exprimieren und in die ableitenden Lymphgefäße einwandern können (Zigmond et al., 2012). Diese Zellen induzierten auch die Proliferation von OTII-Zellen nach oraler OVA-Verabreichung, was darauf hindeutet, dass Monozyten unter den Bedingungen einer akuten Entzündung immunstimulierende CX3CR1int-Zellen hervorbringen können, die in die MLN einwandern können (Zigmond et al., 2012). In separaten Studien brachten CD11c+CX3CR1+-Zellen nach einer Breitspektrum-Antibiotikabehandlung von Mäusen nicht-invasive, nicht-pathogene S. typhimurium über die Darmlymphe in die MLN, ein Prozess, der von CCR7 abhängig war und zu verstärkten Th1- und IgA-Reaktionen in der MLN führte (Diehl et al, 2013).
Unter stationären Bedingungen in unbehandelten Mäusen und nach bestimmten entzündlichen und infektiösen Bedingungen (R848-Exposition und S. typhimurium-Infektion) scheint die überwiegende Mehrheit der aus Monozyten stammenden CX3CR1+-Zellen, bei denen es sich um CX3CR1hi-Makrophagen handelt, in ihrer Fähigkeit eingeschränkt zu sein, in die MLN zu wandern. Dieser sitzende Zustand könnte auf Konditionierungsfaktoren zurückzuführen sein, die kommensale Bakterien induzieren, die, wenn sie durch eine akute Entzündung oder eine durch Antibiotika induzierte Dysbiose verändert werden, zur Differenzierung der rekrutierten Monozyten in CX3CR1int-Zellen führen, die die Fähigkeit haben, zur MLN zu wandern, oder in CX3CR1hi-Zellen, die sich von den ansässigen Makrophagen in ihrer Fähigkeit unterscheiden, zur MLN zu wandern. Darüber hinaus kann eine durch Antibiotika induzierte bakterielle Dysbiose und möglicherweise auch andere Bedingungen die Differenzierung von Monozyten in wandernde CX3CR1hi-Makrophagen beeinflussen oder CX3CR1hi-Makrophagen direkt in Zellen umwandeln, die in der Lage sind, nach der Induktion von CCR7 durch bakterielle Signale in die MLN zu wandern.
Im Gegensatz zu den wandernden Zellen enthält die MLN einen großen Anteil an residenten CD103+ CD11b- DCs und CD103- CX3CR1+ CD11b+ Monozyten/Makrophagen. Die Funktionen dieser residenten Zellen im Vergleich zu den wandernden Zellen aus dem Darm sind unklar.