Kommensale Mikroflora und Wege zur Aktivierung von NK-Zellen im gesunden Darm
Kommensale Mikroorganismen, die sowohl den Dünn- als auch den Dickdarm besiedeln, sind für eine normale Darmfunktion von entscheidender Bedeutung (Artis, 2008; Guarner und Malagelada, 2003). Die enorme Belastung durch kommensale Mikroben stellt jedoch auch eine erhebliche stimulierende Herausforderung für das angeborene Immunsystem dar, was sich auf die Funktion der NK-Zellen im Darm auswirken kann. Kommensale Bakterien haben das Potenzial, iNK als Nebeneffekt der TLR-Aktivierung auf intestinalen Epithelzellen oder über die Reifung intestinaler dendritischer Zellen zu aktivieren, die luminale Mikroben aufnehmen, indem sie zelluläre Prozesse durch die Verbindungsstellen zwischen Epithelzellen verlängern.
Intestinale Epithelzellen exprimieren Toll-like-Rezeptoren (TLR), die durch molekulare Muster von assoziierten kommensalen Bakterien aktiviert werden können und Signale übertragen, die zur Aktivierung von Epithelzellen führen (Rakoff-Nahoum et al., 2004). Die TLR-vermittelte Aktivierung von Darmepithelzellen führt zur Produktion von Chemokinen, einschließlich IP-10, das die Migration von CXCR3+ NK-Zellen zum Epithel fördern kann (Lan et al., 2005). Auch IL-15 wird von Darmepithelzellen bei Interaktion mit TLR-Liganden produziert (Zhou et al., 2007).
In der Lamina propria des Darms befinden sich beim Menschen verschiedene Untergruppen dendritischer Zellen, die nach ihrer Reifung Faktoren produzieren, die NK-Zellen aktivieren können, darunter IL-12. (Bell et al., 2001; Hart et al., 2004, 2005). In mehreren Studien wurden die Auswirkungen der Stimulierung von NK-Zellen im menschlichen peripheren Blut als Reaktion auf kommensale Bakterien modelliert. Laktobazillen, die in der normalen einheimischen Mikroflora des Dünn- und Dickdarms vorkommen, können durch das Darmepithel wandern, werden aber normalerweise nicht mit Krankheitspathologie in Verbindung gebracht. Laktobazillen sind potente Auslöser der IL-12-Produktion durch periphere mononukleäre Blutzellen, wobei sich Stammvariationen im Ausmaß dieser Reaktionen zeigen (Hessle et al., 1999). Lactobacillus paracasei ist bei der IL-12-Induktion stärker als L. rhamnosus und L. plantarum. Die Reifung dendritischer Zellen von Menschen und Mäusen in Gegenwart von Lactobacillus-Stämmen steigert deren Fähigkeit, Th-1- und T-regulatorische Reaktionen zu induzieren (Fink et al., 2007a,b). L. acidophilus induziert eine starke DC-vermittelte NK-Zellaktivierung, indem er die Expression von CD69, CD25, HLA-DR und NKp44 sowie die IFN-γ-Produktion in autologen NK-Zellen aus peripherem Blut induziert. Interessanterweise sind andere Laktobazillen und kommensale Stämme weniger starke Auslöser der NK-Zellaktivierung und regulieren die durch L. acidophilus ausgelöste IFN-γ-Produktion herunter (Fink et al., 2007a,b). Es ist bekannt, dass die IL-10-Produktion als Reaktion auf TLR-Liganden, einschließlich E. coli LPS, die IL-12-abhängige NK-Zellaktivierung ausgleicht (Goodier und Londei, 2000). Stammvariationen bei der Induktion von IL-10 durch kommensale Erreger könnten für diesen herunterregulierenden Effekt verantwortlich sein und einen Mechanismus zur Begrenzung der offenen Reaktionen von NK-Zellen auf kommensale Erreger darstellen (Hessle et al., 2000).
Muramyl-Dipeptid, ein von gramnegativen und grampositiven Bakterien stammendes pathogenassoziiertes molekulares Muster (PAMP), wird von der nuklearen Oligomerisierungsdomäne 2 (Nod2) erkannt, die in Darmepithelzellen exprimiert wird und für die mRNA sowohl in dendritischen Zellen als auch in Monozyten gefunden wird (Athie-Morales et al., 2008). Blut-NK-Zellen und NK-Zelllinien, die nod2 exprimieren, können durch Muramyl-Dipeptid in Gegenwart von Interferon-alpha zur Induktion der CD69-Expression und in Kombination mit IL-12 zur IFN-γ-Produktion aktiviert werden (Athie-Morales et al, (Athie-Morales et al., 2008).
PAMPs wie Zymosan, LPS und Resiquimod induzieren die Produktion von IL-23 aus menschlichen Monozyten, die wiederum IL-22 und andere mit dem Epithelwachstum assoziierte Moleküle aus NKp44+NK-22-Zellen der Mandeln aktivieren (Cella et al., 2009). Ähnliche Funktionen im Darm könnten die schützende Fähigkeit von kommensalen Bakterien sowie die Regeneration und Reparatur des Darmepithels integrieren. IL-23 stimuliert NKp44+ NK-22-Zellen in den Tonsillen und induziert auch die Produktion von IL-10 durch Epithelzelllinien, was auf einen weiteren Mechanismus zur Einschränkung der offenen Aktivierung von Entzündungsreaktionen durch kommensale oder pathogene Mikroben hinweist (Cella et al., 2009). In keimfreien Labormäusen ist die Häufigkeit von NK1.1int NKp46+ RORγt hi Zellen in der Lamina propria des Darms vermindert und die konstitutive oder IL-23-induzierte Expression von IL-22 mRNA und Protein durch diese Zellen ist praktisch aufgehoben (Sanos et al., 2009; Satoh-Takayama et al., 2008). Die konstitutive IL-22-mRNA ist auch in NK1.1int NKp46+CD127+-Zellen von RORγt-defizienten Mäusen aufgehoben, was darauf hindeutet, dass kommensale Mikroben tatsächlich über einen von NKp46+RORγt+-Zellen abhängigen Mechanismus zu den Regenerationswegen beitragen (Satoh-Takayama et al., 2008). Intestinale NK-Zellen, insbesondere die in der Lamina propria des Dünn- und Dickdarms, könnten daher ein wichtiges Bindeglied zwischen der angeborenen Erkennung von kommensalen Erregern und der routinemäßigen Aufrechterhaltung des Darmepithels sein.
Die Freisetzung von schadensassoziierten molekularen Mustern (DAMPs), einschließlich High Mobility Group Box 1, Heparinsulfat und Hyaluronan, aus verletztem oder entzündetem Darmepithel und der damit verbundenen extrazellulären Matrix während der Heilungsreaktion auf eine Infektion oder ein physisches Trauma kann sich auch auf die Aktivierung und Differenzierung von NK-Zelluntergruppen im Darm auswirken und verdient weitere Untersuchungen (Lotze et al., 2007).