Commensal Microflora and Pathways to Activation of NK Cells in the Healthy Intestine
Commensale mikroorganismer, som koloniserer både tynd- og tyktarmen, er afgørende for normal tarmfunktion (Artis, 2008; Guarner og Malagelada, 2003). Den enorme byrde af kommensale mikrober udgør imidlertid også en betydelig stimulerende udfordring for det medfødte immunsystem, hvilket kan påvirke NK-cellefunktionen i tarmen. Kommensale bakterier har potentiale til at aktivere iNK som en bystander-effekt af TLR-aktivering på tarmepitelceller eller via modning af intestinale dendritiske celler, som udtager luminale mikrober ved at forlænge cellulære processer gennem krydsningerne mellem epitelcellerne.
Intestinale epitelceller udtrykker Toll-like receptorer (TLR), som kan aktiveres af molekylære mønstre fra associerede kommensale bakterier, hvilket overfører signaler, der resulterer i aktivering af epitelceller (Rakoff-Nahoum et al., 2004). TLR-medieret tarmepitelcelleaktivering fører til produktion af kemokiner, herunder IP-10, som kan fremme migrationen af CXCR3+ NK-celler mod epitelet (Lan et al., 2005). IL-15 produceres også af tarmepitelceller ved interaktion med TLR-ligander (Zhou et al., 2007).
Diverse undergrupper af dendritiske celler befinder sig i tarmens lamina propria hos mennesker, som ved modning producerer faktorer med potentiale til at aktivere NK-celler, herunder IL-12. (Bell et al., 2001; Hart et al., 2004, 2005). Flere undersøgelser har modelleret virkningen af stimulering af NK-celler i humant perifert blod som reaktion på kommensale bakterier. Lactobaciller, som er til stede i den normale indfødte mikroflora i tynd- og tyktarmen, kan transmigrere på tværs af tarmepitelet, men er normalt ikke forbundet med sygdomspatologi. Lactobaciller er potente induktorer af IL-12-produktion af perifere mononukleære blodceller, idet stammevariationen er tydelig i størrelsen af disse reaktioner (Hessle et al., 1999). Lactobacillus paracasei er mere potent i IL-12-induktion end L. rhamnosus og L. plantarum. Modning af humane og murine dendritiske celler i tilstedeværelse af Lactobacilli-stammer øger deres evne til at inducere Th-1- og T-regulatoriske type responser (Fink et al., 2007a,b). L. acidophilus inducerer potent DC-medieret NK-celleaktivering ved at inducere CD69, CD25 og HLA-DR- og NKp44-ekspression og IFN-γ-produktion i autologe NK-celler fra perifert blod i autologt perifert blod. Det er interessant, at andre Lactobacilli- og kommensalstammer er mindre potente induktorer af NK-celleaktivering og nedregulerer L. acidophilus-induceret IFN-γ-produktion (Fink et al., 2007a,b). IL-10-produktion som reaktion på TLR-ligander, herunder E. coli LPS, er kendt for at modvirke IL-12-afhængig NK-celleaktivering (Goodier og Londei, 2000). Stammevariationer i induktionen af IL-10 ved kommensale patogener kunne forklare denne nedregulerende effekt og udgøre en mekanisme til begrænsning af NK-cellernes åbenlyse respons på kommensale patogener (Hessle et al., 2000).
Muramyldipeptid, et gramnegativt og grampositivt bakterieafledt patogenassocieret molekylært mønster (PAMP), genkendes af nukleært oligomeriseringsdomæne 2 (Nod2), der udtrykkes i tarmepitelceller, og for hvilket mRNA findes i både dendritiske celler og monocytter (Athie-Morales et al., 2008). NK-celler i blodet og NK-cellelinjer, der udtrykker nod2, kan aktiveres af muramyldipeptid i tilstedeværelse af interferon-alfa til induktion af CD69-ekspression og i kombination med IL-12 til IFN-γ-produktion (Athie-Morales et al, 2008).
PAMP’er, herunder zymosan, LPS og resiquimod, inducerer produktion af IL-23 fra humane monocytter, som igen aktiverer IL-22 og andre epithelvækstassocierede molekyler fra tonsillære NKp44+NK-22-celler (Cella et al., 2009). Lignende funktioner i tarmen kan integrere den beskyttende kapacitet af kommensale bakterier og regeneration og reparation i tarmepitelet. IL-23 stimulerer tonsillære NKp44+ NK-22-celler og inducerer også IL-10-produktion af epitelcellelinjer, hvilket indikerer en yderligere mekanisme til begrænsning af den åbenlyse aktivering af inflammatoriske reaktioner fra kommensale eller patogene mikrober (Cella et al., 2009). I bakteriefri laboratoriemus er frekvensen af tarmens lamina propria NK1.1int NKp46+ RORγt hi-celler nedsat, og konstitutiv eller IL-23-induceret ekspression af IL-22 mRNA og protein af disse celler er praktisk talt afskaffet (Sanos et al., 2009; Satoh-Takayama et al., 2008). Konstitutivt IL-22 mRNA er også afskaffet i NK1.1int NKp46+CD127+ celler fra RORγt-mangelfulde mus, hvilket indikerer, at kommensale mikrober faktisk bidrager til regenerative veje via en NKp46+RORγt+ celleafhængig mekanisme (Satoh-Takayama et al., 2008). Intestinale NK-celler, især dem, der er placeret i lamina propria i tynd- og tyktarmen, kan derfor udgøre et kritisk led mellem den medfødte genkendelse af kommensale patogener og den rutinemæssige vedligeholdelse af tarmepitelet.
Frembringelsen af skadeassocierede molekylære mønstre (DAMPs), herunder high mobility group box 1, heparinsulfat og hyaluronan, fra skadet eller betændt tarmepitel og tilhørende ekstracellulær matrix under helingsreaktionen på infektion eller fysisk traume kan også påvirke aktiveringen og differentieringen af tarmens NK-celleundergrupper og fortjener yderligere undersøgelse (Lotze et al, 2007).