Jelito to największa powierzchnia ciała, która jest wystawiona na działanie środowiska zewnętrznego. Ogromne ilości rezydujących mikroorganizmów kolonizują ludzkie jelito, tworząc mikrobiotę jelitową (lub mikroflorę). Szacuje się, że składa się on z nawet 100 bilionów komórek drobnoustrojów i stanowi jedno z najgęściej zaludnionych siedlisk bakteryjnych znanych w biologii1-3. W przewodzie pokarmowym bakterie kolonizują niszę jelitową, w której przeżywają i namnażają się4. W zamian mikrobiota wyposaża gospodarza w dodatkowe cechy funkcjonalne, które nie są zakodowane w jego genomie1. Na przykład mikrobiota stymuluje proliferację komórek nabłonka, wytwarza witaminy, których gospodarze nie są w stanie sami wyprodukować, reguluje metabolizm i chroni przed patogenami4-6. Biorąc pod uwagę ten korzystny związek, niektórzy autorzy sugerowali, że ludzie są "superorganizmami" lub "holobiontami", które są mieszanką genów bakteryjnych i ludzkich. Biorąc pod uwagę korzystny wpływ mikrobioty na gospodarza (ludzkiego), jelitowy układ odpornościowy musi tolerować drobnoustroje komensalne, aby umożliwić ich istnienie w świetle, ale także zabijać patogeny, które atakują od strony światła9-11. Jelitowy układ odpornościowy rozwinął mechanizmy rozróżniania nieszkodliwych i potencjalnie szkodliwych mikroorganizmów luminalnych; Mechanizmy te nie są jednak jeszcze dobrze poznane12. Utrzymanie integralności jelit wymaga ściśle regulowanej homeostazy immunologicznej, aby utrzymać równowagę między tolerancją a odpornością13. Brak równowagi w homeostazie immunologicznej przyczynia się do indukcji chorób jelit, takich jak nieswoiste zapalenie jelit (IBD)3,14.
Istnieją dwa główne typy IBD: choroba Leśniowskiego-Crohna (CD) i wrzodziejące zapalenie jelita grubego (UC). Pacjenci z tymi chorobami zwykle cierpią z powodu krwawienia z odbytu, silnej biegunki i bólu brzucha15,16. Pojedyncza przyczyna IBD jest nadal nieznana, ale połączenie czynników genetycznych, wpływów środowiskowych i rozregulowanych odpowiedzi immunologicznych może być kluczowym wydarzeniem dla rozwoju choroby.
Modele zwierzęce dla IBD są używane od ponad 50 lat. W ciągu ostatnich kilku dekad opracowano nowe systemy modelowe IBD w celu przetestowania różnych hipotez dotyczących patogenezy IBD17,18. Najlepiej scharakteryzowanym modelem przewlekłego zapalenia jelita grubego jest model transferu komórek T, który indukuje zakłócenie homeostazy komórek T19,20. Model ten polega na przeniesieniu naiwnych limfocytów T z myszy immunokompetentnych do gospodarzy, którzy nie mają limfocytów T i B (takich jak myszy RAG-/- i SCID)16,21. Rozwój choroby w tym modelu jest monitorowany przez 3-10 tygodni poprzez ocenę obecności biegunki, zmniejszonej aktywności fizycznej i utraty masy ciała. Jest to tak zwany syndrom wyniszczenia16. W porównaniu ze zdrowymi myszami tkanka okrężnicy przeszczepionych gospodarzy jest grubsza, krótsza i cięższa16. Korzystając z modelu transferu limfocytów T, można zrozumieć, w jaki sposób różne populacje limfocytów T mogą przyczyniać się do patogenezy IBD22. Model transferu limfocytów T nie analizuje interakcji między APC a limfocytami T w procesie chorobowym w sposób specyficzny dla antygenu. Wykazano, że interakcja między komórkami szpikowymi a komórkami limfoidalnymi może być odpowiedzialna za rozwój zapalenia jelit23. Chociaż wiele aspektów IBD zostało wyjaśnionych, początkowe zdarzenia, które prowadzą do rozwoju choroby, nadal muszą być jasno zrozumiane.
Wykazano, że w przypadku braku przenoszenia mikrobioty nie można stwierdzić zapalenia jelita grubego24. Ostatnio kilka teorii sugeruje, że IBD może być wynikiem odpowiedzi immunologicznej przeciwko bakteriom komensalnym25. Autorzy zasugerowali również, że bakterie komensalne są niezbędne do wywołania stanu zapalnego w dalszej części jelita26. U zwierząt wolnych od zarazków (GF) jelitowy układ odpornościowy jest na ogół upośledzony27,28, ale kolonizacja tych myszy mieszaniną bakterii wolnych od specyficznych patogenów powoduje rozwój w pełni kompetentnego jelitowego układu odpornościowego29. W związku z tym mikrobiota wydaje się być kluczowym elementem w patogenezie IBD, zarówno jako mechanizm predysponujący do rozwoju zapalenia jelit, jak i chroniący przed jego rozwojem30,31. Obecne teorie sugerują, że IBD jest wynikiem braku równowagi mikrobiologicznej, zwanej dysbiozą, u pacjentów predysponowanych genetycznie32, ale nie jest jeszcze jasne, czy dysbioza jest przyczyną, czy konsekwencją choroby12. Biorąc pod uwagę rolę mikroorganizmów w rozwoju IBD, eksperymenty in vitro wykazały, że limfocyty T CD4 + mogą być aktywowane przez APC pulsowane bakteriami jelitowymi33,34.
Ponadto, wykazano, że antygeny różnych gatunków bakterii komensalnych, takich jak E. coli, Bacteroides, Eubacterium i Proteus, są w stanie aktywować limfocyty T CD4+ 35. Wskazuje to, że prezentacja antygenów bakteryjnych limfocytom T ma znaczenie dla rozwoju IBD. Aby zmniejszyć złożoność wielu antygenów pochodzących z mikroflory w procesie chorobowym, stworzono szczep E. coli, który wytwarza antygen OVA. Transferowe zapalenie jelita grubego wywołano przez wstrzyknięcie limfocytów T specyficznych dla OVA zwierzętom skolonizowanym przez E. coli wykazujące ekspresję OVA.
Ten model opiera się na najnowszych dowodach sugerujących, że CX3CR1+ MP, główny podzbiór komórek w blaszce właściwej okrężnicy (cLP)36, oddziałują z limfocytami T CD4+ podczas transferowego zapalenia jelita grubego37. Posłowie pobierają próbki światła jelita na obecność antygenu cząsteczkowego, takiego jak bakterie, za pomocą dendrytów36, 38,39. Wcześniejsze badania wykazały, że MP mogą również pobierać rozpuszczalne antygeny, takie jak OVA, wprowadzone do światła jelita40,41. Biorąc pod uwagę obfitość CX3CR1 + MP w cLP, możliwe jest, że komórki te mogą pobierać próbki bakterii luminalnych i wchodzić w interakcje z limfocytami T CD4. Obrazowanie konfokalne myszy przeszczepionych z limfocytami T CD4 + specyficznymi dla OVA skolonizowanymi E. coli CFP-OVA pokazuje, że CX3CR1 + MP mają kontakt z limfocytami T CD4 + OT-II podczas rozwoju zapalenia jelita grubego wywołanego antygenem. Model ten umożliwia badanie procesu prezentacji antygenu między jelitowymi APC a limfocytami T specyficznymi tylko dla określonych bakterii wykazujących ekspresję antygenu w świetle jelita.