Commensal Microflora and Pathways to Activation of NK Cells in the Healthy Intestine
Commensala mikroorganismer, som koloniserar både tunntarmen och tjocktarmen, är viktiga för normal tarmfunktion (Artis, 2008; Guarner och Malagelada, 2003). Den enorma bördan av kommensala mikrober utgör dock också en betydande stimulerande utmaning för det medfödda immunsystemet, vilket kan påverka NK-cellernas funktion i tarmen. Kommensala bakterier har potential att aktivera iNK som en bipersons effekt av TLR-aktivering på tarmepitelceller eller via mognad av tarmens dendritiska celler, som samplar luminala mikrober genom att förlänga cellulära processer genom korsningarna mellan epitelcellerna.
Tarmens epitelceller uttrycker Toll-like-receptorer (TLR), som kan aktiveras av molekylära mönster från associerade kommensala bakterier och överföra signaler som resulterar i aktivering av epitelceller (Rakoff-Nahoum et al, 2004). TLR-medierad aktivering av tarmepitelceller leder till produktion av kemokiner, inklusive IP-10, som kan främja migrationen av CXCR3+ NK-celler mot epitelet (Lan et al., 2005). IL-15 produceras också av tarmepitelceller vid interaktion med TLR-ligander (Zhou et al., 2007).
Diverse undergrupper av dendritiska celler finns i tarmens lamina propria hos människor som vid mognad producerar faktorer med potential att aktivera NK-celler, inklusive IL-12. (Bell et al., 2001; Hart et al., 2004, 2005). I flera studier har man modellerat effekterna av stimulering av NK-celler i mänskligt perifert blod som svar på kommensala bakterier. Laktobaciller, som finns i den normala inhemska mikrofloran i tunn- och tjocktarmen, kan transmigrera över tarmepitelet, men är normalt inte förknippade med sjukdomspatologi. Laktobaciller är potenta inducerare av IL-12-produktion av mononukleära celler i perifert blod, med stamvariation uppenbar i storleken på dessa reaktioner (Hessle et al., 1999). Lactobacillus paracasei är mer potent i IL-12-induktion än L. rhamnosus och L. plantarum. Mognad av mänskliga och murina dendritiska celler i närvaro av Lactobacillistammar ökar deras förmåga att inducera Th-1- och T-regulatoriska typresponser (Fink et al., 2007a,b). L. acidophilus inducerar potent DC-medierad NK-cellsaktivering och inducerar CD69-, CD25- och HLA-DR- och NKp44-uttryck samt IFN-γ-produktion i autologa NK-celler i perifert blod. Intressant nog är andra laktobaciller och kommensala stammar mindre potenta inducerare av NK-cellsaktivering och nedreglerar L. acidophilus-inducerad IFN-γ-produktion (Fink et al., 2007a,b). IL-10-produktion som svar på TLR-ligander, inklusive E. coli LPS, är känd för att motverka IL-12-beroende NK-cellsaktivering (Goodier och Londei, 2000). Stamvariation i induktionen av IL-10 av kommensala patogener skulle kunna förklara denna nedreglerande effekt och utgöra en mekanism för att begränsa NK-cellernas överdrivna svar på kommensala patogener (Hessle et al, 2000).
Muramyldipeptid, ett patogenassocierat molekylärt mönster (PAMP) som härrör från gramnegativa och grampositiva bakterier, känns igen av nukleär oligomeriseringsdomän 2 (Nod2) som uttrycks i tarmepitelceller och för vilken mRNA finns i både dendritiska celler och monocyter (Athie-Morales et al., 2008). NK-celler i blodet och NK-cellinjer som uttrycker nod2 kan aktiveras av muramyldipeptid i närvaro av interferon-alfa för induktion av CD69-uttryck och i kombination med IL-12 för IFN-γ-produktion (Athie-Morales et al, 2008).
PAMPs inklusive zymosan, LPS och resiquimod inducerar produktion av IL-23 från humana monocyter, som i sin tur aktiverar IL-22 och andra epiteltillväxtassocierade molekyler från tonsillära NKp44+NK-22-celler (Cella et al., 2009). Liknande funktioner i tarmen kan integrera den skyddande förmågan hos kommensala bakterier och regeneration och reparation i tarmepitelet. IL-23 stimulerar tonsillära NKp44+ NK-22-celler och inducerar även IL-10-produktion av epitelcellinjer, vilket tyder på ytterligare en mekanism för att begränsa den överdrivna aktiveringen av inflammatoriska reaktioner av kommensala eller patogena mikrober (Cella et al., 2009). Hos bakteriefria laboratoriemöss minskar frekvensen av NK1.1int NKp46+ RORγt hi-celler i tarmens lamina propria och det konstitutiva eller IL-23-inducerade uttrycket av IL-22 mRNA och protein av dessa celler är praktiskt taget avskaffat (Sanos et al., 2009; Satoh-Takayama et al., 2008). Konstitutivt IL-22 mRNA är också avskaffat i NK1.1int NKp46+CD127+-celler från RORγt-bristfälliga möss, vilket tyder på att kommensala mikrober verkligen bidrar till regenerativa vägar via en NKp46+RORγt+-cellberoende mekanism (Satoh-Takayama et al., 2008). Intestinala NK-celler, särskilt de som finns i lamina propria i tunn- och tjocktarmen, kan därför utgöra en kritisk länk mellan det medfödda erkännandet av kommensala patogener och det rutinmässiga underhållet av tarmepitelet.
Framtagningen av skadeassocierade molekylära mönster (DAMP), inklusive high mobility group box 1, heparinsulfat och hyaluronan, från skadat eller inflammerat tarmepitel och tillhörande extracellulärt matris under läkningssvaret på infektion eller fysiskt trauma kan också påverka aktivering och differentiering av intestinala NK-cellundergrupper och förtjänar att undersökas ytterligare (Lotze et al, 2007).