DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07251-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38570678
تاريخ النشر: 2024-04-03
المؤلف: Yisu Gu وآخرون
الموضوع الرئيسي: وظيفة وتفاعل خلايا المناعة
نظرة عامة
نظام المناعة المعوي بارع في تحقيق التوازن بين التسامح مع الميكروبات المعوية الذاتية ومولدات المستضدات الذاتية بينما يدافع ضد مسببات الأمراض. فهم التفاعلات الخلوية التي تحافظ على هذا التوازن أمر بالغ الأهمية، خاصة في سياق الاضطرابات الالتهابية. تستخدم هذه الدراسة التصوير الحي داخل الجسم، والتسلسل الجيني للحمض النووي الريبي أحادي الخلية الموجه بواسطة تنشيط الضوء، والترانسكريبتوميات المكانية للتحقيق في ديناميات خلايا T التنظيمية (T reg) استجابةً للميكروب الممرض Helicobacter hepaticus (Hh) داخل الأمعاء. تكشف النتائج أن الغشاء المخاطي، بدلاً من التجمعات اللمفاوية، يعمل كميكروبيئة حاسمة لوظيفة خلايا T reg الفعالة (eT reg). بمجرد إنشائها، تظل هذه الخلايا eT reg مستقرة؛ ومع ذلك، فإن الظروف الالتهابية تعطل هذا التقسيم، مما يفضل هيمنة خلايا التغصن CD103+ SIRPα+.
تحدد الأبحاث تفاعلًا تسامحيًا بين البلعميات CD206+ وخلايا eT reg في الغشاء المخاطي، مما يبرز أزواج المستقبلات-الليغاند المحددة التي تتوسط هذا التفاعل. يبرز هذا الآلية المكانية للتسامح أهمية التفاعلات الخلوية المحلية في الحفاظ على التوازن المناعي ويقترح طرقًا محتملة لتطوير علاجات تحفز التسامح. كما تؤكد الدراسة على دور إنتاج IL-10 بواسطة خلايا T reg في الحفاظ على التوازن المناعي خلال عدوى Hh المزمنة، مما يربط الاستجابات المناعية غير التكيفية بحالات مثل التهاب القولون ومرض الأمعاء الالتهابي المبكر. بشكل عام، تعزز هذه الدراسة فهمنا لوظيفة خلايا T reg والمواقع التشريحية الحاسمة لتحفيزها وصيانتها في سياق المناعة المعوية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام سلالات فئران معدلة وراثيًا، بما في ذلك C57BL/6 J (B6)، Foxp3 GFP، Rag1 -/-, CD2 DsRed، Foxp3 CD2 Il10 GFP، Ub PA-GFP، وNur77 GFP، جميعها محفوظة تحت ظروف خالية من مسببات الأمراض المحددة في جامعة أكسفورد. تم الحصول على فئران Lta -/- من مختبرات جاكسون، بينما تم توفير فئران TCR Hh المعدلة وراثيًا بواسطة D. R. Littman. تم تهجين هذه الفئران TCR Hh مع سلالات أخرى لإنشاء مجموعات تجريبية محددة، بما في ذلك TCR Hh CD2 DsRed Il10 GFP وTCR Hh CD2 DsRed Nur77 GFP. كانت جميع الفئران متطابقة في العمر والجنس، تتراوح أعمارها بين 6 إلى 12 أسبوعًا، وتم تعيينها عشوائيًا إلى مجموعات تجريبية، مما يضمن مزيجًا من مجموعات مختلفة داخل كل قفص.
اتبعت الدراسة الإرشادات الأخلاقية كما هو موضح في قانون الإجراءات العلمية في المملكة المتحدة لعام 1986، مع إشراف من مجلس رفاه الحيوان والمراجعة الأخلاقية في جامعة أكسفورد. تم تحديد أحجام العينات بناءً على تجارب سابقة، مع هدف لا يقل عن خمسة فئران لكل مجموعة، مع تضمين أربعة فئران في تجربة الترانسكريبتوميات المكانية لتحقيق توازن بين القوة الإحصائية والتكلفة. على الرغم من أن الدراسات الحيوانية لم تكن معمية، تم إجراء تقييم علم الأمراض النسيجي بواسطة مقيمين مستقلين، كان أحدهما معميًا لضمان الموضوعية في التقييم.
مناقشة
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون الفروق المكانية والظاهرة لخلايا T التنظيمية (خلايا T reg) في البيئة المعوية، مع التركيز بشكل خاص على الفروق بين خلايا T reg المركزية (cT reg) وخلايا T reg الفعالة (eT reg). باستخدام مجهر الفوتون المزدوج والتسلسل الجيني للحمض النووي الريبي أحادي الخلية (NICHE-seq)، يكشفون أن خلايا TCR Hh T، التي يتم تنشيطها في الأنسجة اللمفاوية، تظهر ملفات تعبير جيني مميزة وتوزيعات مكانية عبر مختلف البيئات المعوية. من الجدير بالذكر أن خلايا eT reg تتواجد بكثرة في الغشاء المخاطي (LP) وتتميز بتعبيرها عن جزيئات فعالة مثل IL-10، بينما توجد خلايا cT reg بشكل أساسي في الأعضاء اللمفاوية الثانوية وتعبر عن علامات مثل Tcf7 وCcr7. تحدد الدراسة ثلاث مجموعات فرعية من خلايا T reg، مما يبرز تنوعها الوظيفي ويقترح علاقة تطورية تتأثر بالبيئة الدقيقة المحلية.
يستكشف المؤلفون أيضًا التفاعلات بين خلايا T reg وخلايا تقديم المستضد (APCs) داخل LP والبيئات المرتبطة باللمفاوية (LA)، كاشفين أن مجموعات المايلويد المميزة، بما في ذلك خلايا التغصن CD103 + IL-1β hi وخلايا البلعميات CD206 +، تلعب أدوارًا حاسمة في تعديل وظائف خلايا T reg. يظهرون أن خلايا eT reg في LP تشارك في تفاعلات كبيرة مع خلايا البلعميات CD206 +، مما قد يسهل توصيل السيتوكينات المحلية ويساهم في توازن الأنسجة. في سياق التهاب القولون، تظهر الدراسة أن التقسيم النموذجي لخلايا المناعة يتعطل، مع تحول في موضع بعض أنواع الخلايا، مما يشير إلى أن الظروف الالتهابية يمكن أن تغير ديناميات تفاعلات خلايا T reg وأدوارها الوظيفية في الحفاظ على التوازن المعوي. بشكل عام، تؤكد هذه الأبحاث على أهمية التنظيم المكاني والتفاعلات الخلوية في تشكيل ظواهر ووظائف خلايا T reg داخل البيئة الدقيقة المعوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07251-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38570678
Publication Date: 2024-04-03
Author(s): Yisu Gu et al.
Primary Topic: Immune Cell Function and Interaction
Overview
The intestinal immune system is adept at balancing tolerance to commensal microbiota and self-antigens while defending against pathogens. Understanding the cellular interactions that maintain this homeostasis is crucial, particularly in the context of inflammatory disorders. This study employs in vivo live imaging, photo-activation-guided single-cell RNA sequencing, and spatial transcriptomics to investigate T regulatory (T reg) cell dynamics in response to the pathobiont Helicobacter hepaticus (Hh) within the gut. The findings reveal that the lamina propria, rather than lymphoid aggregates, serves as a critical microniche for effector T reg (eT reg) cell function. Once established, these eT reg cells remain stable; however, inflammatory conditions disrupt this compartmentalization, favoring the dominance of CD103+ SIRPα+ dendritic cells.
The research identifies a tolerogenic interaction between CD206+ macrophages and eT reg cells in the lamina propria, highlighting specific receptor-ligand pairs that mediate this interaction. This spatial mechanism of tolerance underscores the importance of local cellular interactions in maintaining immune homeostasis and suggests potential avenues for developing tolerance-inducing therapies. The study also emphasizes the role of IL-10 production by T reg cells in sustaining immune balance during chronic Hh infection, linking maladaptive immune responses to conditions such as colitis and early-onset inflammatory bowel disease. Overall, this work enhances our understanding of T reg cell function and the anatomical sites critical for their induction and maintenance in the context of intestinal immunity.
Methods
In this study, various genetically modified mouse strains were utilized, including C57BL/6 J (B6), Foxp3 GFP, Rag1 -/-, CD2 DsRed, Foxp3 CD2 Il10 GFP, Ub PA-GFP, and Nur77 GFP mice, all maintained under specific pathogen-free conditions at the University of Oxford. Lta -/- mice were sourced from Jackson Laboratories, while TCR Hh transgenic mice were provided by D. R. Littman. These TCR Hh mice were crossbred with other strains to create specific experimental cohorts, including TCR Hh CD2 DsRed Il10 GFP and TCR Hh CD2 DsRed Nur77 GFP. All mice were age- and sex-matched, ranging from 6 to 12 weeks old, and were randomly assigned to experimental groups, ensuring a mix of different groups within each cage.
The study adhered to ethical guidelines as outlined by the UK Scientific Procedures Act of 1986, with oversight from the University of Oxford’s Animal Welfare and Ethical Review Board. Sample sizes were determined based on previous experiments, aiming for a minimum of five mice per group, with four mice included in the spatial transcriptomics experiment to balance statistical power and cost. While animal studies were not blinded, histopathology scoring was performed by two independent assessors, one of whom was blinded to ensure objectivity in the evaluation.
Discussion
In this study, the authors investigate the spatial and phenotypic distinctions of regulatory T cells (T reg cells) in the intestinal environment, particularly focusing on the differences between central T reg (cT reg) cells and effector T reg (eT reg) cells. Utilizing two-photon microscopy and single-cell RNA sequencing (NICHE-seq), they reveal that TCR Hh T cells, which are activated in the lymphoid tissue, exhibit distinct transcriptional profiles and spatial distributions across various intestinal niches. Notably, eT reg cells are enriched in the lamina propria (LP) and are characterized by the expression of effector molecules such as IL-10, while cT reg cells are predominantly found in secondary lymphoid organs and express markers like Tcf7 and Ccr7. The study identifies three subpopulations of T reg cells, highlighting their functional diversity and suggesting a developmental relationship influenced by the local microenvironment.
The authors further explore the interactions between T reg cells and antigen-presenting cells (APCs) within the LP and lymphoid-associated (LA) niches, revealing that distinct myeloid populations, including IL-1β hi CD103 + dendritic cells and CD206 + macrophages, play crucial roles in modulating T reg cell functions. They demonstrate that eT reg cells in the LP engage in significant interactions with CD206 + macrophages, which may facilitate local cytokine delivery and contribute to tissue homeostasis. In the context of colitis, the study shows that the typical compartmentalization of immune cells is disrupted, with a shift in the localization of certain cell types, indicating that inflammatory conditions can alter the dynamics of T reg cell interactions and their functional roles in maintaining intestinal homeostasis. Overall, this research underscores the importance of spatial organization and cellular interactions in shaping T reg cell phenotypes and functions within the intestinal microenvironment.