Commensal Microflora and Pathways to Activation of NK Cells in the Healthy Intestine
Commensal micro-organismen, die zowel de dunne als de dikke darm koloniseren, zijn van cruciaal belang voor de normale darmfunctie (Artis, 2008; Guarner en Malagelada, 2003). De enorme last van commensale microben vormt echter ook een aanzienlijke stimulerende uitdaging voor het aangeboren immuunsysteem, wat van invloed kan zijn op de NK-celfunctie in de darm. Commensale bacteriën hebben het potentieel om iNK te activeren als omstandereffect van TLR-activering op intestinale epitheelcellen of via de maturatie van intestinale dendritische cellen, die luminale microben bemonsteren door cellulaire processen uit te breiden via de knooppunten tussen epitheelcellen.
Intestinale epitheelcellen brengen Toll-like receptoren (TLR) tot expressie, die kunnen worden geactiveerd door moleculaire patronen van geassocieerde commensale bacteriën, waarbij signalen worden overgebracht die resulteren in de activering van epitheelcellen (Rakoff-Nahoum et al., 2004). TLR-gemedieerde activering van intestinale epitheliale cellen leidt tot de productie van chemokines, waaronder IP-10, die de migratie van CXCR3+ NK cellen naar het epithelium kan bevorderen (Lan et al., 2005). IL-15 wordt ook geproduceerd door intestinale epitheelcellen bij interactie met TLR-liganden (Zhou et al., 2007).
In de darmlamina propria van de mens bevinden zich verschillende dendritische celondergroepen die, na rijping, factoren produceren die NK-cellen kunnen activeren, waaronder IL-12. (Bell et al., 2001; Hart et al., 2004, 2005). Verscheidene studies hebben het effect gemodelleerd van stimulatie van menselijke perifere bloed NK-cellen in reactie op commensale bacteriën. Lactobacillen, die aanwezig zijn in de normale inheemse microflora van de dunne en dikke darm, kunnen transmigreren door het darmepitheel, maar worden normaal niet geassocieerd met ziekte pathologie. Lactobacillen zijn krachtige inductoren van IL-12 productie door perifere bloedmononucleaire cellen, waarbij stamvariatie duidelijk is in de omvang van deze responsen (Hessle et al., 1999). Lactobacillus paracasei is krachtiger in IL-12 inductie dan L. rhamnosus en L. plantarum. Maturatie van menselijke en muriene dendritische cellen in aanwezigheid van Lactobacillen verhoogt hun capaciteit om Th-1 en T-regulerende reacties te induceren (Fink et al., 2007a,b). L. acidophilus induceert krachtige DC-gemedieerde NK cel activatie, induceert CD69, CD25, en HLA-DR en NKp44 expressie en IFN-γ productie in autologe perifere bloed NK cellen. Interessant is dat andere Lactobacillen en commensale stammen minder krachtige induceerders zijn van NK cel activatie en de door L. acidophilus geïnduceerde IFN-γ productie down-reguleren (Fink et al., 2007a,b). Van IL-10 productie in reactie op TLR-liganden, waaronder E. coli LPS, is bekend dat het een tegenwicht vormt voor IL-12 afhankelijke NK cel activering (Goodier en Londei, 2000). Stamvariatie in de inductie van IL-10 door commensale pathogenen zou dit down-regulerende effect kunnen verklaren en een mechanisme kunnen verschaffen voor het beperken van de openlijke reacties van NK cellen op commensale pathogenen (Hessle et al.,
Muramyl dipeptide, een gramnegatief en grampositief van bacteriën afgeleid pathogeen geassocieerd moleculair patroon (PAMP), wordt herkend door het nucleaire oligomerisatiedomein 2 (Nod2) dat tot expressie komt in darmepitheelcellen en waarvoor mRNA wordt gevonden in zowel dendritische cellen als monocyten (Athie-Morales et al., 2008). Bloed NK cellen en NK cellijnen die nod2 tot expressie brengen kunnen worden geactiveerd door muramyl dipeptide in aanwezigheid van interferon-alfa voor de inductie van CD69 expressie en gecombineerd met IL-12 voor IFN-γ productie (Athie-Morales et al,
PAMP’s waaronder zymosan, LPS en resiquimod induceren de productie van IL-23 door menselijke monocyten, die op hun beurt IL-22 en andere epitheliale groeigeassocieerde moleculen van tonsillaire NKp44+NK-22-cellen activeren (Cella et al., 2009). Vergelijkbare functies in de darm kunnen de beschermende capaciteit van commensale bacteriën en regeneratie en herstel in het darmepitheel integreren. IL-23 stimuleert tonsillaire NKp44+ NK-22 cellen en induceert ook IL-10 productie door epitheelcellijnen, wat wijst op een verder mechanisme om de openlijke activatie van ontstekingsreacties door commensale of pathogene microben te beperken (Cella et al., 2009). Bij kiemvrije laboratoriummuizen is de frequentie van intestinale lamina propria NK1.1int NKp46+ RORγt hi cellen verminderd en de constitutieve of IL-23-geïnduceerde expressie van IL-22 mRNA en eiwit door deze cellen is vrijwel opgeheven (Sanos et al., 2009; Satoh-Takayama et al., 2008). Constituerend IL-22 mRNA wordt ook afgeschaft in NK1.1int NKp46+CD127+ cellen van RORγt deficiënte muizen, wat erop wijst dat commensale microben inderdaad bijdragen aan regeneratieve pathways via een NKp46+RORγt+ celafhankelijk mechanisme (Satoh-Takayama et al., 2008). Intestinale NK cellen, in het bijzonder die welke zich bevinden in de lamina propria van de dunne en dikke darm, kunnen daarom een kritieke schakel vormen tussen aangeboren herkenning van commensale pathogenen en het routinematige onderhoud van het darmepitheel.
Het vrijkomen van schade-geassocieerde moleculaire patronen (DAMP’s), waaronder hoge mobiliteitsgroep box 1, heparinesulfaat en hyaluronzuur, uit gewond of ontstoken darmepitheel en de bijbehorende extracellulaire matrix tijdens de genezingsreactie op infectie of fysiek trauma kan ook van invloed zijn op de activering en differentiatie van intestinale NK-celsubgroepen en verdient nader onderzoek (Lotze et al., 2007).