DC-migration från Lamina Propria till mesenteriska lymfkörtlar

Mesenteriska lymfkörtlar innehåller residerande CX3CR1+-makrofagpopulationer samt både residerande MHCIIint- och migrerande MHCIIhi DC-populationer. ”Veiled cells” beskrevs i bröstgångslymfan från råttor efter mesenterisk lymfadenektomi, som bestod av en population av celler som migrerar från tarmen till MLN där de normalt fångas upp (Liu och MacPherson, 1991, 1993, 1995; MacPherson, 1989; MacPherson et al., 1995; Pugh et al., 1983). Deras intestinala ursprung indikerades av det faktum att bröstgångsceller från omanipulerade råttor innehöll mycket få DCs (<0,2 %), jämfört med råttor efter lymfadenektomi (8-10 %) (MacPherson et al., 1995). Migrerande DCs hade en kort halveringstid i vävnader (i storleksordningen 2-3 dagar) liknande de flesta andra DC-populationer (MacPherson et al., 1995). Dessa banbrytande studier etablerade konceptet att immunstimulerande DCs konstitutivt migrerar från tarmen till MLNs under stabila förhållanden, och visade på förmågan hos en patogen produkt att förstärka denna migration. Vidare visades CD11c+-celler transportera både epitelcellsfragment (Huang et al., 2000) och kommensala bakterier (Macpherson och Uhr, 2004) till MLN, och möss som saknar CCR7 har en defekt induktion av oral tolerans (Worbs et al, 2006), vilket fastställer betydelsen av konstitutiv antigentransport till MLN för slemhinnans immunitet och homeostas.

Populationen av CD11c+-celler som migrerar till MLN har blivit ett område för aktiv forskning och debatt. CD103+ DCs i både tunntarmens LP och MLNs har en överlägsen förmåga att driva homingreceptorer på T-celler (Annacker et al., 2005; Johansson-Lindbom et al., 2005) och att driva de novo-induktion av CD4+ Foxp3+ regulatoriska T-celler (Coombes et al, 2007; Sun et al., 2007) och CD103+ DC i MLN är en viktig cellpopulation som kan presentera orala antigener för CD4- och CD8-T-celler (Coombes et al., 2007; Jaensson et al., 2008; Schulz et al., 2009; Sun et al., 2007). Dessutom saknades CD103+ DCs i MLN hos CCR7-deficienta möss (Johansson-Lindbom et al., 2005) och BrdU-märkningsexperiment visade fördröjd märkning av CD103+ DCs i MLN (Jaensson et al., 2008), vilket talar för att CD103+ celler migrerar från tarmens LP till MLN. Senare visade eleganta studier av Pabst och medarbetare genom direkt visualisering av celler i mesenteriska lymfkärl och flödescytometri av celler från lymfkärl från tarmen hos mus att CD103+ DCs, men inte CX3CR1-uttryckande celler, migrerar in i tarmen som dränerar mesenteriska LN under steady state och efter administrering av TLR 7/8-agonisten R848, som dramatiskt ökade migrationen av CD103+ DCs från tunntarmens LP till lymfkärlen (Schulz et al., 2009). CX3CR1+-celler befanns vara stationära och associerade med lymfkärlen, vilket tyder på en patrullerande funktion. Andra studier visade att CCR7 uttrycks konstitutivt främst av CD103+CD11b+ DCs och inte CD103-CD11b+ makrofager i tunntarmens LP, att CCR7-deficienta möss selektivt saknar CD103+CD11b+ DCs i MLN och att CD103+CD11b+ DCs är den huvudsakliga, men inte exklusiva, populationen som hyser S. typhimurium i MLN efter oral infektion (Bogunovic et al., 2009). Dessa studier visar den primära trafiken av CD103+CD11b+ DC-populationen och den relativa bristen på migration av CX3CR1+-celler till MLN i steady state eller efter infektion med S. typhimurium.

Nyligen genomförda studier har dock indikerat att andra celler än CD103+ CD11b+ DC-populationer kan migrera till MLN i steady state (Cerovic et al., 2013). I tunntarmen finns CD103+CD11b- (som alla är CD8+) samt CD103-CD11b+ och CD103-CD11b- F4/80- DCs, där CD103-cellerna utgör 15 % av DCs, och alla uttryckte liknande mängder CCR7- och Flt3-mRNA och expanderade i närvaro av exogent Flt3L (Cerovic et al., 2014; Persson et al., 2013). Endast CD103-CD11b-celler saknades i tunntarmen hos RORγt-deficienta möss som också saknar organiserade lymfoida vävnader, vilket tyder på att tre populationer av potentiellt migrerande DCs finns i LP, medan en finns inom lyfoida folliklar (Cerovic et al., 2013). Alla fyra DC-populationer återfanns också i bröstgångslymfen hos adenektomerade möss med mesenterisk lymfkörtel, vilket talar för aktiv migration från LP och lymfoida folliklar (Cerovic et al., 2013). Lymfeborna CD103+CD11b+, CD103+CD1lb- (CD8α+) och CD103- DCs kunde driva proliferation av OTII CD4+ och OTI CD8+ T-celler när de laddades med OVA-protein, uttryckte aldehyddehydrogenasaktivitet och kunde driva CCR9 på OT I CD8 T-celler in vitro, vilket tyder på verkliga DC-egenskaper. Intressant nog var det endast lymfeborna CD103- DC som uttryckte IL-12 och IL-23 efter aktivering och drev Th1- och Th17-differentiering in vitro, vilket tyder på att denna population kan utgöra en unik immunstimulerande population (Cerovic et al, 2013).

Möjligheten att flera DC-populationer kan migrera till MLN i steady state visades också i studier av MHCIIhi CD11c+-cellpopulationer från MLN som representerar antingen bofasta eller migrerande celler, de sistnämnda kännetecknas av högre relativt uttryck av MHCII och lägre uttryck av CD11c. Enligt denna definition omfattar den ”migrerande” populationen de fyra populationer av DC som beskrivs ovan där mer än 80 % av cellerna är CD103+ med lika stora andelar CD103+CD11b+ och CD103+CD11b- celler, och där CD103-CD11b+ utgör alla utom några få procent av de återstående cellerna (Persson et al., 2013). Därför, även om CD103+CD11b+-celler säkert utgör en stor population av celler i tunntarmen som tydligt migrerar till MLN och kan bära Salmonella, verkar det osannolikt att denna population är ansvarig för alla de påvisade funktionerna hos CD103+-celler, särskilt induktionen av FoxP3-regulatoriska T-celler och α4β7- och CCR9-homingreceptorer på T-celler. Dessutom tyder dessa nya studier på att CD103+CD11b- och CD103- DCs är migrerande populationer som förtjänar att studeras ytterligare i omanipulerade möss med intakt MLN.

Nyligen har data också indikerat att CX3CR1+-celler från tarmens LP faktiskt kan migrera till MLN under vissa förhållanden. Under kolit som induceras av dextran natriumsulfat (DSS) eller T-cellöverföring till RAG-defekta värdar ackumuleras proinflammatoriska monocytderiverade celler i tjocktarmen och uttrycker intermediära nivåer av F4/80 och CX3CR1 (Bain et al., 2013; Rivollier et al., 2012; Waddell et al., 2011; Weber et al., 2011; Zigmond et al., 2012). Efter DSS-kolit differentierades monocytderiverade CX3CR1int inflammatoriska celler som var Ly6Chi ytterligare till CX3CR1int Ly6Clo-celler som uttryckte höga nivåer av yt-CCR7 med förmåga att migrera in i de dränerande lymfkärlen (Zigmond et al., 2012). Dessa celler inducerade också proliferation av OTII-celler efter oral administrering av OVA, vilket tyder på att monocyter under förhållanden med akut inflammation kan ge upphov till immunstimulerande CX3CR1int-celler med förmåga att migrera till MLN (Zigmond et al., 2012). Vidare har CD11c+CX3CR1+-celler i separata studier, efter bredspektrumantibiotikabehandling av möss, fört icke-invasiva icke-patogena S. typhimurium till MLN via tarmlymfan, en process som var beroende av CCR7 och som resulterade i ökade Th1- och IgA-svar i MLN (Diehl et al, 2013).

Det verkar därför som om den stora majoriteten av CX3CR1+-celler som härstammar från monocyter, som är CX3CR1hi-resistenta makrofager, under steady-state-förhållanden hos obehandlade möss och efter vissa inflammatoriska och infektiösa förhållanden (R848-exponering och S. typhimurium-infektion), är begränsade i sin förmåga att migrera till MLN. Detta stillasittande tillstånd kan bero på konditionsfaktorer som inducerar kommensala bakterier, som när de förändras av akut inflammation eller efter antibiotikainducerad dysbios leder till differentiering av rekryterade monocyter till CX3CR1int-celler som har förmågan att migrera till MLN, eller till CX3CR1hi-celler som skiljer sig från residenta makrofager i sin förmåga att migrera till MLN. Vidare kan bakteriell dysbios inducerad av antibiotika, och eventuellt andra förhållanden, påverka differentieringen av monocyter till migrerande CX3CR1hi-makrofager, eller förändra CX3CR1hi-resistenta makrofager direkt till celler med förmåga att migrera till MLN efter induktion av CCR7 genom bakteriella signaler.

I motsats till migrerande celler innehåller MLNs en stor andel residenta CD103+ CD11b- DCs och CD103- CX3CR1+ CD11b+ monocyter/makrofager. Funktionerna hos dessa residenta celler i förhållande till migrerande celler från tarmen är oklara.