Epithelial-immune crosstalk with the skin microbiota in homeostasis and atopic dermatitis - a mini review

Vet Dermatol. 2021 Dec;32(6):533-e147. doi: 10.1111/vde.13007. Epub 2021 Aug 10.

Abstract

The skin is a complex and dynamic ecosystem, wherein epithelial cells, immune cells and the skin microbiota actively interact and maintain barrier integrity and functional immunity. Skin microbes actively tune the functions of the resident immune cells. Dysbiosis - alterations in the resident microbiota - leads to the dysregulation of host immunity. Microbiome analyses in humans and dogs with atopic dermatitis (AD) have shown shifts in microbial diversity, and in particular, an increased proportion of staphylococci. Monogenic diseases that manifest AD-like symptoms provide insights into the pathogenesis of AD and the mechanisms of dysbiosis, from both the epithelial and immunological perspectives. The symbiotic relationships between the host and microbiota must be maintained constitutively. Detailed mechanisms of how host immunity regulates commensal bacteria in the steady state have been reported. The skin harbours multiple tissue-resident immune cells, including both innate and adaptive immune cells. Recent studies have highlighted the fundamental role of innate lymphoid cells (ILCs) in the maintenance of barrier functions and tissue homeostasis. ILCs directly respond to tissue-derived signals and are instrumental in barrier immunity. Epithelial cells produce alarmins such as thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and interleukins (IL)-33 and IL-25, all of which activate group 2 ILCs (ILC2s), which produce type 2 cytokines, such as IL-5 and IL-13, boosting type 2 immune reactions. Dysregulation of the epithelial-ILC crosstalk results in allergic inflammation. This review highlights our understanding of the active interactions between the host epithelial and immune cells, and microbiota, providing a foundation for novel therapeutic strategies for inflammatory skin diseases.

La peau est un écosystème complexe et dynamique, tandis que les cellules épithéliales, les cellules immunitaires et le microbiote cutané interagissent activement et maintiennent l’intégrité de la barrière et de l’immunité. Les microbes cutanés règlent activement les fonctions des cellules immunitaires résidentes. La dysbiose - altérations du microbiote résident - mène à la dérégulation de l’immunité de l’hôte. Les analyses du microbiome chez l’homme et le chien avec dermatite atopique (AD) ont montré les shifts de diversité microbienne, et en particulier, une augmentation de la proportion de staphylocoques. Les maladies monogéniques qui manifestent des symptômes AD-like fournissent des données sur la pathogénie de AD et des mécanismes de dysbiose, à la fois de perspectives épithéliales et immunologiques. Les relations symbiotiques entre l’hôte et le microbiote doit être maintenu constitutivement. Les mécanismes détaillés de comment l’immunité de l’hôte régule les bactéries commensales dans l’état ont été décrits. La peau possède différentes cellules immunitaires résidents comprenant à la fois des cellules des systèmes immunitaires inné et adaptatif. Des études récente ont montré le rôle fondamental des cellules lymphoïdes innées (ILCs) dans le maintien des fonctions barrières et homéostasie tissulaire. Les ILCs répondent directement aux signaux dérivés des tissus et sont instrumentaux dans l’immunité de barrière. Les cellules épithéliales produisent des alamines tels que TSLP (thymic stromal lymphopoietin) et interleukines (IL)-33 et IL-25, toutes activant les ILCs du groupe 2 (ILC2s), produisent des cytokines de type 2 telles que IL-5 et IL-13, boostant l’immunité de type 2. La dérégulation des résultats de epithelial-ILC résulte en une inflammation allergique. Cette revue insiste sur nos connaissances sur les interactions actives entre les cellules immunitaires et épithéliales de l’hôte et le microbiote, fournissant une base pour de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les maladies cutanés inflammatoires.

La piel es un ecosistema complejo y dinámico, en el que las células epiteliales, las células inmunitarias y la microbiota cutánea interactúan activamente y mantienen la integridad de la barrera y la inmunidad funcional. Los microbios de la piel sintonizan activamente las funciones de las células inmunitarias residentes. La disbiosis (alteraciones en la microbiota residente) conduce a la disregulación de la inmunidad del huésped. Los análisis de microbiomas en humanos y perros con dermatitis atópica (AD) han mostrado cambios en la diversidad microbiana y, en particular, una mayor proporción de estafilococos. Las enfermedades monogénicas que manifiestan síntomas similares a la AD proporcionan información sobre la patogénesis de la AD y los mecanismos de la disbiosis, tanto desde la perspectiva epitelial como inmunológica. Las relaciones simbióticas entre el huésped y la microbiota deben mantenerse de manera constitutiva. Mecanismos detallados de cómo la inmunidad del huésped regula las bacterias comensales en el estado normal han sido descritos. La piel alberga múltiples células inmunitarias residentes en los tejidos, incluidas células inmunitarias tanto innatas como adaptativas. Estudios recientes han destacado el papel fundamental de las células linfoides innatas (ILCs) en el mantenimiento de las funciones de barrera y la homeostasis tisular. Las ILCs responden directamente a señales derivadas de tejidos y son fundamentales en la inmunidad de barrera. Las células epiteliales producen alarminas como la linfopoyetina del estroma tímico (TSLP) y las interleuquinas (IL) -33 e IL-25, todas las cuales activan las ILCs del grupo 2 (ILC2s), que producen citocqunas de tipo 2, como IL-5 e IL-13, estimulando las reacciones inmunes de tipo 2. La disregulación de la interacción epitelio-ILCs da como resultado una inflamación alérgica. Esta revisión destaca nuestra comprensión de las interacciones activas entre las células epiteliales e inmunes del huésped y la microbiota, proporcionando una base para nuevas estrategias terapéuticas en enfermedades inflamatorias de la piel.

Die Haut ist ein komplexes und dynamisches Ökosystem, bei dem Epithelzellen, Immunzellen und die Mikrobiota der Haut aktiv interagieren und eine Integrität der Hautbarriere und eine funktionelle Immunität aufrechterhalten. Die Mikroben der Haut regulieren aktiv die Funktionen der bestehenden Immunzellen. Eine Dysbiose - Veränderungen im bestehenden Mikrobiom - führt zur Dysregulierung der Wirtsimmunität. Die Analyse der Mikrobiome von Menschen und Hunden mit atopischer Dermatitis (AD) haben Veränderungen in der Diversität der Mikrobiome gezeigt, vor allem eine Zunahme der Proportion der Staphylokokken. Monogenetische Erkrankungen, die sich mit AD-ähnlichen Symptomen manifestieren, geben Einblick in die Pathogenese der AD und die Mechanismen der Dysbiose, sowohl aus der Perspektive der Epithelien wie auch aus immunologischer Perspektive. Diese symbiotischen Beziehungen zwischen Wirt und Mikrobiom müssen kontinuierlich aufrechterhalten werden. Es wurden detaillierte Mechanismen beschrieben, wie die Wirtsimmunität die kommensalen Bakterien in der Ruhephase reguliert. Die Haut beherbergt multiple Immunzellen, sowohl angeborene wie auch erworbene, die sich im Gewebe aufhalten. Jüngste Studien haben die grundlegende Rolle von angeborenen lymphoiden Zellen (ILCs) bei der Aufrechterhaltung der Barrierefunktionen und der Gewebshomöostase beleuchtet. ILCs antworten direkt auf Signale aus dem Gewebe und sind instrumental für die Immunität der Barriere. Epithelzellen produzieren Alarmine, wie das Thymic Stromal Lymphopoietin (TSLP) und Interleukine (IL) 33 und IL-25, von denen alle ILCs der Gruppe 2 (ILC2s) aktivieren, die Typ 2 Zytokine, wie IL-5 und IL-13 produzieren und dadurch Typ 2 Immunreaktionen boosten. Eine Dysregulierung von Epithel-ILC Crosstalk resultiert in einer allergischen Entzündung. Diese Review unterstreicht unser Verständnis der aktiven Interaktionen zwischen den Epithel- und Immunzellen des Wirts, und des Mikrobioms, was eine Grundlage für neue therapeutische Strategien für entzündliche Hauterkrankungen darstellt.

皮膚は複雑でダイナミックな生態系であり、上皮細胞、免疫細胞、皮膚微生物群が活発に相互作用し、バリアの完全性および機能的な免疫を維持している。皮膚微生物は、常在免疫細胞の機能を積極的に調整している。常在微生物叢の変化であるディスバイオシスは、宿主の免疫の調節不全を引き起こす。アトピー性皮膚炎 (AD) のヒトとイヌのマイクロバイオーム解析では、微生物の多様性が変化し、特にブドウ球菌の割合が増加していることが示されている。ADに類似した症状を示す単原性疾患は、上皮および免疫の両面から、ADの病態と微生物異常のメカニズムを解明する上で重要な役割を果たしている。宿主および微生物叢の共生関係は、恒常的に維持されなければならない。宿主の免疫力が常在菌を制御する詳細なメカニズムが報告されている。 定常状態で宿主の免疫が常在菌を制御する詳細なメカニズムが報告されている。皮膚には、自然免疫細胞および適応免疫細胞の両方を含む複数の組織常在免疫細胞が存在する。最近の研究では、自然リンパ系細胞 (ILC) がバリア機能や組織の恒常性維持に重要な役割を果たしていることが注目されている。ILCは、組織由来のシグナルに直接反応し、バリアー免疫に重要な役割を果たしている。上皮細胞は、胸腺間質性リンパ球新生因子 (TSLP) やインターロイキン (IL)-33、IL-25などのアラメリンを産生し、これらのアラメリンはグループ2 ILC(ILC2) を活性化し、IL-5やIL-13などのタイプ2サイトカインを産生し、タイプ2免疫反応を促進する。上皮-ILC間のクロストークが阻害されると、アレルギー性の炎症が生じる。本総説では、宿主の上皮細胞と免疫細胞の間の活発な相互作用についての我々の理解を強調する。 本総説では、宿主の上皮細胞、免疫細胞、および微生物叢の間の活発な相互作用についての理解を明らかにし、炎症性皮膚疾患の新しい治療戦略の基盤を提供する。.

皮肤是一个复杂而动态的生态系统, 其中上皮细胞、免疫细胞和皮肤微生物组主动相互作用, 维持屏障完整性和功能性免疫。皮肤微生物主动调节固有免疫细胞的功能。微生态失调--常驻微生物组的改变--导致宿主免疫失调。特应性皮炎(AD)病人和患犬的微生物组分析显示微生物多样性发生变化, 尤其是葡萄球菌比例增加。表现AD样症状的单基因疾病从上皮和免疫学角度提供了对AD发病机制和微生态失调机制的见解。宿主和微生物群之间的共生关系必须维持其结构性。宿主免疫如何在稳态下调节共生细菌的详细机制已有报道。皮肤中含有多种组织驻留的免疫细胞, 包括先天和适应性免疫细胞。最近的研究强调了先天淋巴样细胞(ILCs)在维持屏障功能和组织稳态中的基本作用。ILCs直接对组织来源的信号作出反应, 在屏障免疫中起作用。上皮细胞产生危险信号, 如胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)和白介素(IL)-33和IL-25, 所有这些均可激活第2组ILCs(ILC2s), 从而产生2型细胞因子, 如IL-5和IL-13, 增强2型免疫反应。上皮-ILC串扰失调导致过敏性炎症。这篇综述强调了我们对宿主上皮和免疫细胞、微生物组之间主动相互作用的理解, 为炎性皮肤病的新型治疗策略提供了基础。.

A pele é um ecossistema complexo e dinâmico, em que as células epiteliais, as células imunológicas e a microbiota cutânea interagem ativamente e mantêm a integridade da barreira e a imunidade funcional. Os microrganismos da pele ajustam ativamente as funções das células imunes residentes. Disbiose - alterações na microbiota residente - leva à desregulação da imunidade do hospedeiro. As análises de microbioma em humanos e cães com dermatite atópica (DA) demonstraram mudanças na diversidade microbiana e, em particular, um aumento na proporção de estafilococos. Doenças monogênicas que manifestam sintomas semelhantes aos da DA fornecem informações sobre a patogênese da DA e os mecanismos da disbiose, tanto sob o ponto de vista epitelial quanto imunológico. As relações simbióticas entre o hospedeiro e a microbiota devem ser mantidas constitutivamente. Mecanismos detalhados de como a imunidade do hospedeiro regula as bactérias comensais no estado estacionário foram relatados. A pele abriga várias células imunes residentes no tecido, incluindo células imunes inatas e adaptativas. Estudos recentes têm destacado o papel fundamental das células linfoides inatas (ILCs) na manutenção das funções de barreira e homeostase tecidual. Os ILCs respondem diretamente aos sinais derivados de tecidos e são fundamentais para a imunidade de barreira. As células epiteliais produzem alarminas, como linfopoietina estromal tímica (TSLP) e interleucinas (IL) -33 e IL-25, todas ativando ILCs do grupo 2 (ILC2s), que produzem citocinas tipo 2, como IL-5 e IL-13, estimulando as reações imunológicas do tipo 2. A desregulação da comunicação epitelial-ILC resulta em inflamação alérgica. Esta revisão destaca nossa compreensão das interações ativas entre as células epiteliais e imunológicas do hospedeiro e microbiota, fornecendo uma base para novas estratégias terapêuticas para doenças inflamatórias da pele.

Publication types

  • Review

MeSH terms

  • Animals
  • Cytokines
  • Dermatitis, Atopic* / veterinary
  • Dog Diseases*
  • Dogs
  • Homeostasis
  • Immunity, Innate
  • Lymphocytes
  • Microbiota*
  • Skin

Substances

  • Cytokines