DC Migration from the Lamina Propria to Mesenteric LNs

Mesenteric LNs bevatten resident CX3CR1+ macrophage populaties, evenals zowel residente MHCIIint als migrerende MHCIIhi DC populaties. “Gesluierde cellen” werden beschreven in de thoracale duct lymfe van ratten na mesenteriale lymfadenectomie, die bestond uit een populatie van cellen die migreerden van de darm naar de MLN waar ze normaal gevangen zitten (Liu en MacPherson, 1991, 1993, 1995; MacPherson, 1989; MacPherson et al., 1995; Pugh et al., 1983). Hun intestinale oorsprong werd aangegeven door het feit dat thoraxkanaalcellen van niet-gemanipuleerde ratten zeer weinig DCs bevatten (<0.2%), in vergelijking met ratten na lymfadenectomie (8-10%) (MacPherson et al., 1995). Migrerende DCs hadden een korte halfwaardetijd in weefsels (in de orde van 2-3 dagen), vergelijkbaar met de meeste andere DC populaties (MacPherson et al., 1995). Deze studies vestigden het concept dat immuunstimulerende DC constitutief migreren van de darm naar de MLNs onder steady-state condities, en toonden de mogelijkheid aan van een pathogeen product om deze migratie te versterken. Bovendien werd aangetoond dat CD11c+ cellen zowel epitheliale celfragmenten (Huang et al., 2000) als commensale bacteriën (Macpherson en Uhr, 2004) naar het MLN brengen, en dat muizen die CCR7 missen een gebrekkige inductie van orale tolerantie hebben (Worbs et al., 2006), 2006), waarmee het belang van constitutief antigeentransport naar de MLNs in mucosale immuniteit en homeostase wordt aangetoond.

De populatie van CD11c+ cellen die naar de MLNs migreren is een gebied van actief onderzoek en debat geworden. CD103+ DCs in zowel de dunne darm LP als de MLNs hebben een superieur vermogen om homing receptoren op T cellen aan te sturen (Annacker et al., 2005; Johansson-Lindbom et al., 2005), en om de de novo inductie van CD4+ Foxp3+ regulatoire T cellen aan te sturen (Coombes et al., 2007; Sun et al., 2007) en CD103+ DCs in de MLN zijn een belangrijke celpopulatie die in staat is orale antigenen te presenteren aan CD4 en CD8 T cellen (Coombes et al., 2007; Jaensson et al., 2008; Schulz et al., 2009; Sun et al., 2007). Bovendien ontbraken CD103+ DCs in het MLN in CCR7-deficiënte muizen (Johansson-Lindbom et al., 2005) en BrdU labeling experimenten toonden vertraagde labeling van CD103+ DCs in het MLN aan (Jaensson et al., 2008), wat beargumenteert dat CD103+ cellen migreren van de intestinale LP naar het MLN. Vervolgens toonden elegante studies van Pabst en collega’s aan door directe visualisatie van cellen in mesenteriale lymfevaten en flowcytometrie van cellen uit muis intestinale lymfe dat CD103+ DCs, maar niet CX3CR1-expresserende cellen, migreren in de darm drainerende mesenteriale LNs onder steady state en na toediening van de TLR 7/8 agonist R848, die de migratie van CD103+ DCs van de dunne darm LP naar de lymfe drastisch deed toenemen (Schulz et al., 2009). CX3CR1+ cellen bleken stationair te zijn en geassocieerd met de lymfevaten, wat wijst op een patrouillerende functie. Andere studies toonden aan dat CCR7 constitutief tot expressie komt, voornamelijk door CD103+CD11b+ DCs en niet door CD103-CD11b+ macrofagen in de dunne darm LP, dat CCR7-deficiënte muizen selectief CD103+CD11b+ DCs missen in het MLN, en dat CD103+CD11b+ DCs de belangrijkste, maar niet de enige, populaties zijn die S. typhimurium herbergen in het MLN na orale infectie (Bogunovic et al., 2009). Deze studies tonen de primaire migratie van de CD103+CD11b+ DC populatie en het relatieve gebrek aan CX3CR1+ celmigratie naar de MLNs in de steady state of na infectie met S. typhimurium.

Recente studies hebben echter aangegeven dat andere cellen dan CD103+ CD11b+ DC populaties kunnen migreren naar de MLN in de steady state (Cerovic et al., 2013). In de dunne darm zijn zowel CD103+CD11b- (die allen CD8+ zijn), als CD103-CD11b+ en CD103-CD11b- F4/80- DCs aanwezig, waarbij CD103- cellen 15% van de DCs uitmaken, en alle tot expressie kwamen in vergelijkbare hoeveelheden CCR7 en Flt3 mRNA en expandeerden in de aanwezigheid van exogeen Flt3L (Cerovic et al., 2014; Persson et al., 2013). Alleen CD103-CD11b- cellen waren afwezig in de dunne darm van RORγt-deficiënte muizen die ook georganiseerde lymfoïde weefsels missen, wat aangeeft dat drie populaties van potentieel migrerende DCs aanwezig zijn in de LP, terwijl er één aanwezig is binnen lyphoïde follikels (Cerovic et al., 2013). Alle vier DC populaties werden ook gevonden in de thoracale duct lymfe van mesenteriale lymfe adenectomized muizen, wat pleit voor actieve migratie vanuit de LP en lymfoïde follikels (Cerovic et al., 2013). Uit de lymfe geboren CD103+CD11b+, CD103+CD1lb- (CD8α+), en CD103- DCs konden de proliferatie van OTII CD4+ en OTI CD8+ T cellen stimuleren wanneer ze geladen werden met OVA proteïne, ze brachten aldehyde dehydrogenase activiteit tot expressie, en ze konden CCR9 op OT I CD8 T cellen in vitro stimuleren, wat wijst op echte DC karakteristieken. Interessant is dat alleen in lymfe geboren CD103- DC’s IL-12 en IL-23 tot expressie brachten na activering, en Th1 en Th17 differentiatie in vitro stimuleerden, wat aangeeft dat deze populatie een unieke immuunstimulerende populatie kan vertegenwoordigen (Cerovic et al., 2013).

De mogelijkheid dat meerdere DC populaties kunnen migreren naar de MLN in de steady state werd ook aangetoond in studies van MHCIIhi CD11c+ celpopulaties van de MLN die ofwel residente ofwel migrerende cellen vertegenwoordigen, de laatste onderscheiden door hogere relatieve expressie van MHCII en lagere expressie van CD11c. De aldus gedefinieerde “migrerende” populatie omvat de vier hierboven beschreven DC-populaties, waarbij meer dan 80% van de cellen CD103+ is, met gelijke percentages CD103+CD11b+ en CD103+CD11b- cellen, en waarbij CD103-CD11b+ op enkele procenten na alle resterende cellen uitmaken (Persson et al., 2013). Hoewel CD103+CD11b+ cellen dus zeker een belangrijke populatie cellen in de dunne darm vertegenwoordigen die duidelijk migreren naar het MLN, en in staat zijn om Salmonella te dragen, lijkt het onwaarschijnlijk dat deze populatie verantwoordelijk is voor alle aangetoonde functies van CD103+ cellen, in het bijzonder de inductie van FoxP3 regulatoire T-cellen, en α4β7 en CCR9 homing receptoren op T-cellen. Bovendien geven deze recente studies aan dat CD103+CD11b- en CD103- DCs migrerende populaties zijn die verdere studie verdienen in niet-gemanipuleerde muizen met intacte MLNs.

Recente gegevens hebben ook aangetoond dat CX3CR1+ cellen van de intestinale LP inderdaad naar het MLN kunnen migreren onder bepaalde omstandigheden. Tijdens colitis geïnduceerd door dextran natriumsulfaat (DSS) of T-celtransfer in RAG-deficiënte gastheren, accumuleren proinflammatoire monocyt-afgeleide cellen in het colon en drukken ze intermediaire niveaus van F4/80 en CX3CR1 uit (Bain et al., 2013; Rivollier et al., 2012; Waddell et al., 2011; Weber et al., 2011; Zigmond et al., 2012). Na DSS colitis differentieerden monocyt-afgeleide CX3CR1int ontstekingscellen die Ly6Chi waren verder in CX3CR1int Ly6Clo cellen die hoge niveaus van oppervlakte CCR7 tot expressie brachten met de capaciteit om te migreren naar de drainerende lymfevaten (Zigmond et al., 2012). Deze cellen induceerden ook de proliferatie van OTII cellen na orale toediening van OVA, wat aangeeft dat onder condities van acute ontsteking, monocyten aanleiding kunnen geven tot immunostimulerende CX3CR1int cellen met de capaciteit om naar het MLN te migreren (Zigmond et al., 2012). Bovendien, in afzonderlijke studies, na breedspectrum antibioticumbehandeling van muizen, brachten CD11c+CX3CR1+ cellen niet-invasieve niet-pathogene S. typhimurium naar het MLN via de intestinale lymfe, een proces dat afhankelijk was van CCR7, en dat resulteerde in versterkte Th1- en IgA-responsen in het MLN (Diehl et al, 2013).

Daarom lijkt de overgrote meerderheid van monocyt-afgeleide CX3CR1+ cellen, die CX3CR1hi residente macrofagen zijn, onder steady-state omstandigheden in onbehandelde muizen, en na bepaalde ontstekings- en infectieuze omstandigheden (R848 blootstelling en S. typhimurium infectie), beperkt te zijn in hun vermogen om naar het MLN te migreren. Deze sedentaire toestand kan het gevolg zijn van conditioneringsfactoren die commensale bacteriën induceren, die, wanneer gewijzigd door acute ontsteking of door antibiotica geïnduceerde dysbiose, leiden tot de differentiatie van gerekruteerde monocyten in CX3CR1int-cellen die het vermogen hebben om naar het MLN te migreren, of in CX3CR1hi cellen die verschillen van residente macrofagen in hun vermogen om naar het MLN te migreren. Bovendien kan bacteriële dysbiose, geïnduceerd door antibiotica, en mogelijk andere omstandigheden, de differentiatie van monocyten in migrerende CX3CR1hi macrofagen beïnvloeden, of kunnen CX3CR1hi residente macrofagen rechtstreeks veranderen in cellen met het vermogen om naar het MLN te migreren na de inductie van CCR7 door bacteriële signalen.

In tegenstelling tot de migrerende cellen bevat het MLN een groot deel van de residente CD103+ CD11b- DC’s en CD103- CX3CR1+ CD11b+ monocyten/macrofagen. De functies van deze residente cellen ten opzichte van migrerende cellen uit de darm zijn niet duidelijk.