Gut reaction: How immunity ramps up against incoming threats
A new study has revealed how the gut's protective mechanisms ramp up significantly with food intake, and at times of the day when mealtimes are anticipated based on regular eating habits.
Researchers from the Walter and Eliza Hall Institute found, in laboratory models, that eating sets off a hormonal 'chain reaction' in the gut.
Eating causes a hormone called VIP to kickstart the activity of immune cells in response to potentially incoming pathogens or 'bad' bacteria. The researchers also found that immunity increased at anticipated mealtimes indicating that maintaining regular eating patterns could be more important than previously thought.
With the rise in conditions associated with chronic inflammation in the gut, such as irritable bowel and Crohn's disease, a better understanding of the early protective mechanisms governing gut health could help researchers to develop prevention strategies against unwanted inflammation and disease.
The research, led by Professor Gabrielle Belz and Dr Cyril Seillet from the Walter and Eliza Hall Institute, was published in the journal Nature Immunology.
At a glance
Eating activates immune cells in the gut that protect against pathogens and preserve gut health.
Immunity in the gut also ramps up at regular mealtimes in anticipation of eating and a potentially increased risk of infection.
Understanding the complex interactions between eating, gut health and inflammation could aid in the development of prevention and treatment strategies for chronic inflammatory diseases.
Armed against invaders
So how does it work?
When food is consumed nerves in the intestine produce a hormone called vasoactive intestinal peptide (VIP) to 'switch on' a protective response in the gut.
Professor Belz said the team showed, for the first time, that food-induced activation of VIP in preclinical models was vital for a subset of immune cells called ILC3s to mount a protective response in the gut.
"Food intake 'switches on' VIP, which plays a critical role in alerting the gut's army of ILC3 immune cells. In response, ILC3s secrete interleukin-22 (IL-22), which swings into protective action to defend against pathogens and maintain tissue integrity.
"We also showed that a deficiency in VIP limits the production of IL-22, which in turn negatively impacts the immune system's ability to prevent unwanted inflammation," she said.
The researchers used advanced imaging techniques to identify the 'players' integral to protective immunity in the gut. Using a new imaging technique that makes tissue translucent, the researchers were able to capture high-resolution, 3D images of how VIP and ILC3 immune cells interact to protect the gut. Results showed their close proximity which confirmed their interdependence.
Regular meals key to gut health
The researchers also showed that 'circadian clock' genes could enable the gut to ramp up immunity in anticipation of regular mealtimes.
Dr Seillet said baseline gut immunity fluctuated throughout the day, based on circadian rhythms and an anticipatory response to regular eating patterns.
"We saw that gut immunity not only spikes with food intake. It also rises and falls due to inbuilt cellular machinery regulated by the circadian clock gene Bmal1, which appears to activate immune cells when eating is likely," Dr Seillet said.
"While more work needs to be done to better understand this anticipatory mechanism, the results are very interesting and could help to explain why disruptions to circadian rhythms and regular eating patterns could increase chronic inflammation in the gut."
Protective effect
Dr Seillet said a detailed knowledge about mechanisms for gut protection and tissue repair could be useful for preventing against early-stage gut inflammation, before full-blown disease occurred.
"The next steps of our research include gaining a molecular understanding of what properties of food are responsible for kickstarting the process of protective immunity," he said.
"For example, are there certain diets that drive a more protective response than others?"
The study was supported by the Victorian Government and the Australian National Health and Medical Research Council.
Cyril Seillet, Kylie Luong, Julie Tellier, Nicolas Jacquelot, Rui Dong Shen, Peter Hickey, Verena C. Wimmer, Lachlan Whitehead, Kelly Rogers, Gordon K. Smyth, Alexandra L. Garnham, Matthew E. Ritchie, Gabrielle T. Belz. The neuropeptide VIP confers anticipatory mucosal immunity by regulating ILC3 activity. Nature Immunology, 2019; 21 (2): 168 DOI: 10.1038/s41590-019-0567-y 

De door de computer vertaalde Engelse tekst (let op: gelet op de vaak technische inhoud van een artikel kunnen bij het vertalen wellicht vreemde en soms niet helemaal juiste woorden en/of zinnen gevormd worden)

Onderbuikreactie: hoe de immuniteit toeneemt tegen inkomende bedreigingen
Een nieuwe studie heeft onthuld hoe de beschermende mechanismen van de darm aanzienlijk toenemen bij voedselinname en op momenten van de dag dat maaltijden worden verwacht op basis van regelmatige eetgewoonten.
Onderzoekers van het Walter en Eliza Hall Institute ontdekten in laboratoriummodellen dat eten een hormonale 'kettingreactie' in de darmen veroorzaakt.
Eten zorgt ervoor dat een hormoon genaamd VIP de activiteit van immuuncellen op gang brengt als reactie op mogelijk inkomende pathogenen of 'slechte' bacteriën. De onderzoekers ontdekten ook dat de immuniteit tijdens verwachte maaltijden toenam, wat erop wijst dat het handhaven van regelmatige eetpatronen belangrijker kan zijn dan eerder werd gedacht.
Met de toename van aandoeningen die verband houden met chronische ontstekingen in de darmen, zoals prikkelbare darm en de ziekte van Crohn, zou een beter begrip van de vroege beschermende mechanismen die de darmgezondheid beheersen, onderzoekers kunnen helpen bij het ontwikkelen van preventiestrategieën tegen ongewenste ontsteking en ziekte.
Het onderzoek, geleid door professor Gabrielle Belz en dr. Cyril Seillet van het Walter and Eliza Hall Institute, werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Immunology.
In een oogopslag
Eten activeert immuuncellen in de darm die beschermen tegen ziekteverwekkers en de darmgezondheid behouden.
De immuniteit in de darmen neemt ook toe bij regelmatige maaltijden in afwachting van eten en een mogelijk verhoogd risico op infectie.
Het begrijpen van de complexe interacties tussen eten, darmgezondheid en ontsteking kan helpen bij het ontwikkelen van preventie- en behandelstrategieën voor chronische ontstekingsziekten.
Gewapend tegen indringers
Dus hoe werkt het?
Wanneer voedsel wordt geconsumeerd, produceren zenuwen in de darm een hormoon dat vasoactieve darmpeptide (VIP) wordt genoemd om een beschermende reactie in de darmen te 'inschakelen'.
Professor Belz zei dat het team voor het eerst liet zien dat door voedsel veroorzaakte activering van VIP in preklinische modellen van vitaal belang was voor een subset van immuuncellen, ILC3's genaamd, om een beschermende respons in de darmen op te bouwen.
'Voedselinname' schakelt 'VIP in, dat een cruciale rol speelt bij het waarschuwen van het leger van ILC3-immuuncellen van de darm. Als reactie scheiden ILC3's interleukine-22 (IL-22) af, die in beschermende actie verandert om zich te verdedigen tegen pathogenen en weefsel te behouden integriteit.
"We hebben ook aangetoond dat een tekort aan VIP de productie van IL-22 beperkt, wat op zijn beurt een negatieve invloed heeft op het vermogen van het immuunsysteem om ongewenste ontstekingen te voorkomen," zei ze.
De onderzoekers gebruikten geavanceerde beeldvormende technieken om de 'spelers' te identificeren die een rol spelen bij de beschermende immuniteit in de darmen. Met behulp van een nieuwe beeldvormende techniek die weefsel doorschijnend maakt, konden de onderzoekers 3D-beelden met hoge resolutie vastleggen van hoe VIP- en ILC3-immuuncellen samenwerken om de darmen te beschermen. De resultaten toonden hun nabijheid, wat hun onderlinge afhankelijkheid bevestigde.
Regelmatige maaltijden zijn essentieel voor de darmgezondheid
De onderzoekers toonden ook aan dat 'circadiane klok'-genen de darmen in staat zouden kunnen stellen de immuniteit op te voeren in afwachting van regelmatige maaltijden.
Dr.Seillet zei dat de basisimmuniteit van de darmen gedurende de dag fluctueerde, gebaseerd op circadiane ritmes en een anticiperende reactie op regelmatige eetpatronen.
"We zagen dat de darmimmuniteit niet alleen stijgt met de voedselinname. Het stijgt en daalt ook als gevolg van ingebouwde cellulaire machines die worden gereguleerd door het circadiane klokgen Bmal1, dat immuuncellen lijkt te activeren tijdens het eten, is waarschijnlijk", zei Dr Seillet.
"Hoewel er meer werk moet worden verzet om dit anticipatiemechanisme beter te begrijpen, zijn de resultaten zeer interessant en zouden kunnen helpen verklaren waarom verstoringen van het circadiane ritme en regelmatige eetpatronen chronische ontstekingen in de darmen kunnen vergroten."
Beschermend effect
Dr Seillet zei dat een gedetailleerde kennis van mechanismen voor darmbescherming en weefselherstel nuttig zou kunnen zijn om vroegtijdige darmontsteking te voorkomen, voordat er een volledige ziekte optrad.
"De volgende stappen van ons onderzoek omvatten het verkrijgen van een moleculair begrip van welke eigenschappen van voedsel verantwoordelijk zijn voor het op gang brengen van het proces van beschermende immuniteit," zei hij.
'Zijn er bijvoorbeeld bepaalde diëten die meer beschermend reageren dan andere?'
De studie werd ondersteund door de Victoriaanse regering en de Australian National Health and Medical Research Council.
Cyril Seillet, Kylie Luong, Julie Tellier, Nicolas Jacquelot, Rui Dong Shen, Peter Hickey, Verena C. Wimmer, Lachlan Whitehead, Kelly Rogers, Gordon K. Smyth, Alexandra L. Garnham, Matthew E. Ritchie, Gabrielle T. Belz. Het VIP van neuropeptide verleent anticiperende mucosale immuniteit door ILC3-activiteit te reguleren. Nature Immunology, 2019; 21 (2): 168 DOI: 10.1038 / s41590-019-0567-y