The intestinal immune system has an ability to distinguish between the microbiota and pathogenic bacteria, and then activate pro-inflammatory pathways against pathogens for host defense while remaining unresponsive to the microbiota and dietary antigens. In the intestine, abnormal activation of innate immunity causes development of several inflammatory disorders such as inflammatory bowel diseases (IBD). Thus, activity of innate immunity is finely regulated in the intestine. To date, multiple innate immune cells have been shown to maintain gut homeostasis by preventing inadequate adaptive immune responses in the murine intestine. Additionally, several innate immune subsets, which promote Th1 and Th17 responses and are implicated in the pathogenesis of IBD, have recently been identified in the human intestinal mucosa. The demonstration of both murine and human intestinal innate immune subsets contributing to regulation of adaptive immunity emphasizes the conserved innate immune functions across species and might promote development of the intestinal innate immunity-based clinical therapy.
Matricellular proteins are integral non-structural components of the extracellular matrix. They serve as essential modulators of immunometabolism and tissue homeostasis, playing critical roles in physiological and pathological conditions. These extracellular matrix proteins including thrombospondins, osteopontin, tenascins, the secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC) family, the Cyr61, CTGF, NOV (CCN) family, and fibulins have multi-faceted functions in regulating immune cell functions, metabolic pathways, and tissue homeostasis. They are involved in immune-metabolic regulation and influence processes such as insulin signaling, adipogenesis, lipid metabolism, and immune cell function, playing significant roles in metabolic disorders such as obesity and diabetes. Furthermore, their modulation of tissue homeostasis processes including cellular adhesion, differentiation, migration, repair, and regeneration is instrumental for maintaining tissue integrity and function. The importance of these proteins in maintaining physiological equilibrium is underscored by the fact that alterations in their expression or function often coincide with disease manifestation. This review contributes to our growing understanding of these proteins, their mechanisms, and their potential therapeutic applications.
The intestine represents the largest and most elaborate immune system organ, in which dynamic and reciprocal interplay among numerous immune and epithelial cells, commensal microbiota, and external antigens contributes to establishing both homeostatic and pathologic conditions. The mechanisms that sustain gut homeostasis are pivotal in maintaining gut health in the harsh environment of the gut lumen. Intestinal epithelial cells are critical players in creating the mucosal platform for interplay between host immune cells and luminal stress inducers. Thus, knowledge of the epithelial interface between immune cells and the luminal environment is a prerequisite for a better understanding of gut homeostasis and pathophysiologies such as inflammation. In this review, we explore the importance of the epithelium in limiting or promoting gut inflammation (e.g., inflammatory bowel disease). We also introduce recent findings on how small RNAs such as microRNAs orchestrate pathophysiologic gene regulation.
Background: Gintonin-enriched fraction (GEF) is a new non-saponin component glycolipoprotein isolated from ginseng root. This study examined the effect of GEF on age-related sarcopenia in old C57BL/6J mice. Methods: Young (3-6 months) and old (20-24 months) C57BL/6J mice received oral GEF (50 mg/kg/day or 150 mg/kg/day) daily for 5 weeks. During the oral administration period, body weight and grip strength were measured weekly. After sacrifice, muscles from the hindlimb were excised and used for hematoxylin and eosin staining and western blotting to determine the effects of GEF on sarcopenia. The thymus was photographed to compare size, and flow cytometry was performed to examine the effect of GEF on immune homeostasis in the thymus and spleen. Blood samples were collected, and the concentrations of pro-inflammatory cytokines and IGF-1 were measured. Results: GEF caused a significant increase in muscle strength, mass, and fiber size in old mice. GEF restored age-related disruption of immune homeostasis by maintaining T cell compartments and regulating inflammatory biomarkers. Thus, GEF reduced common low-grade chronic inflammatory parameters, which are the main cause of muscle loss. Conclusion: GEF maintained immune homeostasis and inhibited markers of chronic inflammation, resulting in anti-sarcopenia effects in aged C57BL/6J mice. Thus, GEF is a potential therapeutic agent that slows sarcopenia in the elderly.
Da Yoon, Yu;Sang-Hyon, Oh;In Sung, Kim;Gwang Il, Kim;Jeong A, Kim;Yang Soo, Moon;Jae Cheol, Jang;Sang Suk, Lee;Jong Hyun, Jung;Jun, Park;Kwang Keun, Cho
Journal of Animal Science and Technology
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v.64
no.6
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pp.1184-1198
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2022
In this study, Rubus coreanus (R. coreanus) byproducts with high polyphenol content were fermented with R. coreanus-derived lactic acid bacteria (Lactobacillus plantarum GBL 16 and 17). Then the effect of R. coreanus-derived lactic acid bacteria fermented feed (RC-LAB fermented feed) with probiotics (Bacillus subtills, Aspergillus oryzae, Yeast) as a feed additive for pigs on the composition of intestinal microbes and the regulation of intestinal immune homeostasis was investigated. Seventy-two finishing Berkshire pigs were randomly allotted to four different treatment groups and 18 replicates. RC-LAB fermented feed with probiotics increased the genera Lactobacillus, Streptococcus, Mitsuokella, Prevotella, Bacteroides spp., Roseburia spp., and Faecalibacterium prausnitzii, which are beneficial bacteria of the digestive tract of pigs. Also, RC-LAB fermented feed with probiotics decreased the genera Clostridium, Terrisporobacter, Romboutsia, Kandleria, Megasphaera and Escherichia, which are harmful bacteria. In particular, the relative abundance of the genera Lactobacillus and Streptococcus increased by an average of 8.51% and 4.68% in the treatment groups and the classes Clostridia and genera Escherichia decreased by an average of 27.05% and 2.85% in the treatment groups. In mesenteric lymph nodes (MLN) and spleens, the mRNA expression of transcription factors and cytokines in Th1 and Treg cells increased and the mRNA expression of Th2 and Th17 transcription factors and cytokines decreased, indicating a regulatory effect on intestinal immune homeostasis. RC-LAB fermented feed regulates gut immune homeostasis by influencing the composition of beneficial and detrimental microorganisms in the gut and regulating the balance of Th1/Th2 and Th17/Treg cells.
Background: The non-saponin fraction (NSF) of Korean Red Ginseng is a powder in which saponin is eliminated from red ginseng concentrate by fractionation. In this study, we examined the effect of NSF on age-associated sarcopenia in old mice. Methods: NSF (50 or 200 mg/kg/day) was administered orally daily to young (3-6-month-old) and old (20-24-month-old) C57BL/6 J mice for 6 weeks. Body weight and grip strength were assessed once a week during the oral administration period. The gastrocnemius and quadriceps muscle were excised, and the muscle fiber size was compared through hematoxylin and eosin staining. In addition, the effect of NSF on sarcopenia and inflammation/oxidative stress-related factors in hindlimb muscles was investigated by western blotting. Flow cytometry analysis was conducted to investigate the effect of NSF on immune homeostasis. Blood samples were collected by cardiac puncture, and the serum levels of insulin-like growth factor 1, pro-inflammatory cytokines, and glutathione were evaluated. Results: NSF significantly alleviated muscle strength, mass, and also fiber size in old mice. Age-associated impairment of immune homeostasis was recovered by NSF through retaining CD11b+F4/80+ macrophages and regulating inflammatory biomarkers. NSF also decreased the age-induced expression of oxidative stress factors. Taken together, NSF showed the effect of improving sarcopenia by inhibiting low-grade chronic inflammatory/oxidative stress factors. Conclusion: NSF exhibited anti-sarcopenia effects by regulating chronic inflammation and oxidative stress in old mice. Thus, we suggest that NSF is a promising restorative agent that can be used to improve sarcopenia in the elderly as well as maintain immune homeostasis.
Neutrophils, the most abundant innate immune cells, play essential roles in the innate immune system. As key innate immune cells, neutrophils detect intrusion of pathogens and initiate immune cascades with their functions; swarming (arresting), cytokine production, degranulation, phagocytosis, and projection of neutrophil extracellular trap. Because of their short lifespan and consumption during immune response, neutrophils need to be generated consistently, and generation of newborn neutrophils (granulopoiesis) should fulfill the environmental/systemic demands for training in cases of infection. Accumulating evidence suggests that neutrophils also play important roles in the regulation of adaptive immunity. Neutrophil-mediated immune responses end with apoptosis of the cells, and proper phagocytosis of the apoptotic body (efferocytosis) is crucial for initial and post resolution by producing tolerogenic innate/adaptive immune cells. However, inflammatory cues can impair these cascades, resulting in systemic immune activation; necrotic/pyroptotic neutrophil bodies can aggravate the excessive inflammation, increasing inflammatory macrophage and dendritic cell activation and subsequent TH1/TH17 responses contributing to the regulation of the pathogenesis of autoimmune disease. In this review, we briefly introduce recent studies of neutrophil function as players of immune response.
Kim, Min Young;Lee, Ji Eun;Kim, Lark Kyun;Kim, TaeSoo
BMB Reports
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v.52
no.2
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pp.127-132
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2019
Cells must fine-tune their gene expression programs for optimal cellular activities in their natural growth conditions. Transcriptional memory, a unique transcriptional response, plays a pivotal role in faster reactivation of genes upon environmental changes, and is facilitated if genes were previously in an active state. Hyper-activation of gene expression by transcriptional memory is critical for cellular differentiation, development, and adaptation. TREM (Transcriptional REpression Memory), a distinct type of transcriptional memory, promoting hyper-repression of unnecessary genes, upon environmental changes has been recently reported. These two transcriptional responses may optimize specific gene expression patterns, in rapidly changing environments. Emerging evidence suggests that they are also critical for immune responses. In addition to memory B and T cells, innate immune cells are transcriptionally hyperactivated by restimulation, with the same or different pathogens known as trained immunity. In this review, we briefly summarize recent progress in chromatin-based regulation of transcriptional memory, and its potential role in immune responses.
Although research on the osteal signaling pathway has progressed, understanding of gut microbial-dependent signaling pathways for metabolic and immune bone homeostasis remains elusive. In recent years, the study of gut microbiota has shed light on our understanding of bone homeostasis. Here, we review microbiota-mediated gut-bone crosstalk via bone morphogenetic protein/SMADs, Wnt and OPG/receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand signaling pathways in direct (translocation) and indirect (metabolite) manners. The mechanisms underlying gut microbiota involvement in these signaling pathways are relevant in immune responses, secretion of hormones, fate of osteoblasts and osteoclasts and absorption of calcium. Collectively, we propose a signaling network for maintaining a dynamic homeostasis between the skeletal system and the gut ecosystem. Additionally, the role of gut microbial improvement by dietary intervention in osteal signaling pathways has also been elucidated. This review provides unique resources from the gut microbial perspective for the discovery of new strategies for further improving treatment of bone diseases by increasing the abundance of targeted gut microbiota.
Intestinal microorganisms interact with various immune cells and are involved in gut homeostasis and immune regulation. Although many studies have discussed the roles of the microorganisms themselves, interest in the effector function of their metabolites is increasing. The metabolic processes of these molecules provide important clues to the existence and function of gut microbes. The interrelationship between metabolites and T lymphocytes in particular plays a significant role in adaptive immune functions. Our current review focuses on 3 groups of metabolites: short-chain fatty acids, bile acids metabolites, and polyamines. We collated the findings of several studies on the transformation and production of these metabolites by gut microbes and explained their immunological roles. Specifically, we summarized the reports on changes in mucosal immune homeostasis represented by the Tregs and Th17 cells balance. The relationship between specific metabolites and diseases was also analyzed through latest studies. Thus, this review highlights microbial metabolites as the hidden treasure having potential diagnostic markers and therapeutic targets through a comprehensive understanding of the gut-immune interaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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