Interactie tussen mucosale immuniteit en de melkklier bij mens, zeug en koe

Transcriptie

1 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar Interactie tussen mucosale immuniteit en de melkklier bij mens, zeug en koe door Sophie BRANDTS Promotor: Prof. dr. C. Delesalle Co- promotor: X. Boulougouris Literatuurstudie in het kader van de Masterproef 2016 Sophie Brandts

2

3 Universiteit Gent, haar werknemers of studenten bieden geen enkele garantie met betrekking tot de juistheid of volledigheid van de gegevens vervat in deze masterproef, noch dat de inhoud van deze masterproef geen inbreuk uitmaakt op of aanleiding kan geven tot inbreuken op de rechten van derden. Universiteit Gent, haar werknemers of studenten aanvaarden geen aansprakelijkheid of verantwoordelijkheid voor enig gebruik dat door iemand anders wordt gemaakt van de inhoud van de masterproef, noch voor enig vertrouwen dat wordt gesteld in een advies of informatie vervat in de masterproef.

4 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar Interactie tussen mucosale immuniteit en de melkklier bij mens, zeug en koe door Sophie BRANDTS Promotor: Prof. dr. C. Delesalle Co- promotor: X. Boulougouris Literatuurstudie in het kader van de Masterproef 2016 Sophie Brandts

5 VOORWOORD Immunologie is een vakgebied waarin ik altijd al in ben geïnteresseerd. Daarom ben ik ook zeer enthousiast dat ik de kans heb gekregen om dit onderwerp uit te werken. Graag zou ik mijn promotor professor Delesalle, mijn co-promotor mevrouw Boulougouris en mevrouw Boshuizen willen bedanken voor het begeleiden van mijn literatuurstudie in het kader van de masterproef. Daarnaast wil ik Sam Ide bedanken voor zijn steun tijdens het schrijven en zijn kritische bemerkingen. Tot slot zou ik ook graag Fer Brandts bedanken, waarmee ik altijd mijn visies kan bediscussiëren en die mij vertrouwen in mijn keuzes geeft.

6 INHOUDSOPGAVE VOORWOORD INHOUDSOPGAVE SAMENVATTING... 1 DEFINITIELIJST... 2 INLEIDING... 5 LITERATUURSTUDIE Verdediging van de mucosa Secretoire immuniteit Celbiologie van de effector componenten Versterking van de epitheelbarrière Mucosaal immuunweefsel Interactie melkklier en mucosale immuniteit Overdracht van maternale immuniteit Verschillende placenta types en hun doorlaatbaarheid voor antistoffen Samenstelling van colostrum en melk bij mens, zeug en koe Hoe komen antistoffen in de melk: darm-melkklierverbinding Darm-melkklierverbinding bij mens Darm-melkklierverbinding zeug Darm- melkklierverbinding bij rund? BESPREKING BIBLIOGRAFIE... 24

7 SAMENVATTING De mucosale immuniteit beschermt mucosa oppervlakten zoals in de luchtwegen en in het spijsverteringstelsel. Dagelijks vormt het de eerstelijns verdediging tegen allerhande lichaamsvreemd materiaal. Het doel van de mucosale immuniteit is balanceren tussen niet reageren op commensale bacteriën en voedingsantigenen (tolerantie) en aan de ander kant wel reageren op darm pathogenen en toxines en zo een immuunreactie ontwikkelen. Mens en dier bouwen immuniteit op ter hoogte van de mucosa die specifiek is voor de omgeving. Een moeder(dier) kan deze immuniteit in de vorm van antistoffen transplacentaal of via colostrum en melk doorgegeven aan haar nakomelingen zodat ze tegen ziektekiemen worden beschermd. De humane placenta is permeabel voor immunoglobulines in tegenstelling tot de placenta van zowel zeug als koe welke impermeabel zijn. Bij zowel varken als rund worden nakomelingen geboren zonder immunoglobulines in hun bloed en is het dus van levensbelang dat zij antistoffen binnenkrijgen via colostrum en later via melk. Bij mensen vormt immunoglobuline A (IgA) het dominerende antistof in de melk. De belangrijkste antistof bij zeugen in het colostrum is immunoglobuline G (IgG) en IgA in de melk. Runderen hebben zowel in colostrum als melk immunoglobuline G isotype 1 (IgG1) als dominerend isotype. De melkklier vormt bij mens en zeug onderdeel van de commensale mucosale immuniteit. Bij sommige diersoorten bestaat er een immunologische communicatie tussen de darm en de melkklier waardoor de antistofsamenstelling van de melk dat van het spijsverteringstelsel weerspiegelt. Bij koeien bestaat deze darm-melkklier verbinding niet. Bij mens en zeug migreren intestinale IgA+ B cellen naar de melkklier door interactie van het α 4 β 7 integrine op de B cel met het mucosaal adressine cel adhesie molecuul-1 (MAdCAM-1) op de endotheelcellen. Vervolgens verplaatsen de B cellen zich chemotactisch richting het chemokine ligand 28 (CCL28) op het melkklierepitheel. Dit is mogelijk omdat B cellen in het bezit zijn van een chemokine receptor 10 (CCR10). Secretoir IgA (siga) komt vervolgens in de melk met behulp van een polymerische immunoglobuline receptor (pigr) op het melkklierepitheel. Bij koeien is de precieze rekrutering van immunoglobuline producerende cellen nog niet goed gekend. Wel is zeker dat de neonatale Fc receptor (FcRn) een belangrijk rol speelt in de uitscheiding van IgG1 in de melkklier. Key words: colostrum, darm-melkklierverbinding, immunoglobulines, mucosale immuniteit, polymerische immunoglobuline receptor 1

8 DEFINITIELIJST Afkorting Naam Definitie AID Activatie-geïnduceerde cytadine deaminase Een enzym dat wordt opgereguleerd door geactiveerde B cellen en een vereiste is voor de class switch recombinatie. CCL28 Chemokine ligand 28 Een chemokine wat de chemotaxis van cellen die in het bezit zijn van CCR10 reguleert. CCR10 Chemokine receptor 10 Cellen met deze receptor bewegen zich door interactie met CCL28 chemotactisch voort. CD40L CD40 ligand Een costimulatie proteïne op antigeen presenterende cellen die noodzakelijk zijn voor hun activatie. CD103+ CD103+ dendritische cel Dendritische cel die de ontwikkeling van FoxP3+ regulatoire T cellen induceert. ciga IgA bezittende cellen B cellen die in het bezit zijn van IgA. CX3CR1 CX3 chemokine receptor 1 ERE Oestrogeen respons element Macrofagen met deze receptor induceren CD103+ cellen met behulp van IL-10. Dit gen wordt terug gevonden in de promotor van MAdCAM-1. Op die manier wordt de expressie van MAdCAM-1 hormonaal gereguleerd door oestrogenen. FcRn neonatale Fc receptor Deze receptor staat in voor het transcellulair transport van IgG. FoxR3+ FoxR3+ regulatoire T cel GALT Darm geassocieerd lymfoïd weefsel Remmen ontstekingsreacties, waardoor tolerantie in de darm behouden blijft. Dit is een onderdeel van MALT ter hoogte van de darmen. IgA Immunoglobuline A Antistof type A geproduceerd door plasmacellen. IgG Immunoglobuline G Antistof type G geproduceerd door plasmacellen. IgG1 Immunoglobuline G isotype 1 IgG2 Immunoglobuline G isotype 2 Isotype 1 van IgG wat bij koeien het dominerende isotype anstistoffen in de melk is. Isotype 2 van IgG bij koeien. IgM Immunoglobuline M Antistof type M geproduceerd door plasmacellen. IL-6 Interleukine 6 Cytokine betrokken bij de ontstekingsreacties. IL-10 Interleukine 10 Cytokine betrokken bij de ontstekingsreacties. IPP Ileum Peyerse platen Peyerse platen onderdeel van GALT gelegen in het ileum. 2

9 J keten Joining chain Dit polypeptide verbindt immunoglobulines tot polymeren. Hierdoor vormt IgA dimeer en IgM pentameer. JPP Jejunale Peyerse platen Peyerse platen onderdeel van GALT gelegen in het jejunum. M cellen Microfold cellen Gespecialiseerde intestinale epitheelcellen waarlangs antigenen binnendringen in het intestinale immuunsysteem. MALT Mucosaal geassocieerd lymfoïd weefsel Submucosaal lymfoïd weefsel dat bescherming biedt ter hoogte van de mucosale oppervlakten. MAdCAM-1 Mucosaal vasculair adressine cel adhesie molecuul 1 Een vasculair adressine ter hoogte van de melkklier waar IgA+ B cellen transloceren. NALT Nasofarynx geassocieerd weefsel lymfoïd Dit is een onderdeel van MALT ter hoogte van de bovenstel luchtwegen. PAMP s pigr Pathogeen geassocieerde membraan proteïnes Polymerische immunoglobuline receptor Proteïnes die specifiek zijn voor pathogenen en waaraan ze worden herkent met behulp van een PRR. Deze transmembrane receptor bindt polymerische antistoffen zoals het dimeer IgA en het pentameer IgM. Het staat in voor het extern transport van immunoglobulines. PNAd Perifere lymfeknoop adressine Een vasculair adressine waaraan B cellen kunnen binden ter hoogte van perifere lymfeknopen. PP Peyerse platen Secundair lymfoïd weefsel en onderdeel van het GALT. PRR Pattern recognition receptor Deze receptor onderscheidt lichaamsvreemd van lichaamseigen door het herkennen van PAMPs. SC Secretoir component Een glycoproteïne wat door de pigr wordt ingebouwd in IgA en IgM waardoor secretoire immunoglobulines ontstaan. Het secretoir component kan ook vrij voorkomen. siga Secretoir IgA Dimeer immunoglobuline A waar het secretoir component is ingebouwd. sigm Secretoir IgM Pentameer immunoglobuline M waar het secretoir component is ingebouwd. 3

10 TGE Overdraagbaar gastroenteritis virus Intestinaal virale aandoening bij varkens. TGF-β Transformerende groeifactor β Een cytokine dat zorgt voor de verschuiving van IgM+ B cellen naar IgA+ B cellen en differentiatie van antigeen specifieke IgA+ plasmacellen. TLR Toll like receptor Deze receptor is onderdeel van de PRR familie. Het komt voor op intestinale epitheelcellen en dendritische cellen. VCAM-1 Vasculair cel adhesie molecuul-1 Een eiwit waaraan cellen kunnen binden. α 4 β 1 Integrine Dit integrine bevindt zich op een B cel en stelt het in staat om aan VCAM-1 te binden. α 4 β 7 Integrine Dit integrine bevindt zich op een B cel en stelt het in staat om aan MAdCAM-1 te binden. 4

11 INLEIDING Epitheel beschermt een organisme tegen binnendringende pathogenen. De drie belangrijkste epitheliale oppervlakten zijn: de huid, het mucosale oppervlak van het spijsverteringstelsel en dat van de luchtwegen (Abbas et al., 2007). Dagelijks ontstaan de meeste infecties door het binnendringen van pathogenen doorheen de mucosa (Iwasaki, 2007). Om infecties te voorkomen moet de mucosa van de darmen en luchtwegen dus worden beschermd (Bourges et al., 2008). Het spijsverteringstelsel wordt slechts bedekt door een enkele laag epitheelcellen. Ze vormen een fysieke barrière die het microbiële lumen van de darm scheidt van het aseptische interstitium (Mantis & Bry, 2008). De mucosale oppervlakten worden beschermd met behulp van mucosale immuniteit door samenwerking van aangeboren en verworven immuniteit (Bourges et al., 2008). De belangrijkste humorale componenten van deze eerstelijns verdediging zijn het secretoir immunoglobuline A (siga) en het secretoir immunoglobuline M (sigm) (Brandtzaeg, 2010). De antistoffen zijn specifiek voor de omgevingspathogenen en kunnen door een moederdier worden doorgegeven aan haar nakomeling. Bij de geboorte hebben neonaten namelijk een volledig ontwikkeld immuunsysteem, maar is dat nog niet in staat om een immuunrespons te genereren (Tizard, 1982). Voordat de pasgeborene dit wel kan moet het dus worden beschermd met behulp van maternale antistoffen (Niewiesk, 2014). Hoe de omgevingspecifieke antistoffen van een moederdier bij haar nakomelingen terecht komen wordt uitgelegd in deze literatuurstudie. Er wordt hierbij dieper ingegaan op een mogelijke interactie tussen mucosale immuniteit en de melkklier. Daarnaast is er een vergelijkende studie gedaan in de werking en het bestaan van de darm-melkklierverbinding bij mens, zeug en koe. 5

12 LITERATUURSTUDIE 1. Verdediging van de mucosa Vanaf de geboorte worden mucosa oppervlakten blootgesteld aan allerlei micro-organismen, intestinale pathogenen, toxines, commensale bacteriën en voedselallergenen. Om zich hier tegen te weren wordt er door een organisme continu een balans opgemaakt. Het gaat hier om een evenwicht tussen tolerantie (niet reageren) en actie (wel reageren) van het immuunsysteem (Worbs et al., 2006). Want naast schadelijke pathogenen zijn sommige bacteriën juist heel voordelig voor een organisme. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de commensale bacteriën die een belangrijke taak hebben bij verteren van voedsel en daarmee in symbiose zijn met hun gastheer (Leser & Mølbak, 2009). Twee functies van de mucosale immuniteit dragen bij aan het behouden van dit evenwicht. Aan de ene kant is er de anti-infectieuze werking, waarbij siga en sigm optreden als belangrijkste humorale componenten (Brandtzaeg, 2010). Zij verhinderen dat micro-organismen in de gastheer kunnen koloniseren of binnendringen. Daartegenover staat de tweede functie, die instaat voor de tolerantie. Het heeft als belangrijkste werking het niet reageren, zodat er geen overdreven immuunreactie ontstaat tegen onschadelijk substanties zoals voedselallergenen en commensale bacteriën (Brandtzaeg, 2002). Het vermogen om goed- en kwaadaardige pathogenen van elkaar te kunnen onderscheiden (Peterson & Artis, 2014), is de sleutel om mucosale immuniteit goed te laten functioneren. Allereerst vormen de epitheelcellen van de luchtwegen en de darmen een fysische barrière. Hierdoor wordt de interne omgeving van de gastheer afgescheiden van de externe omgeving van het lumen (Neutra et al., 2001). Ze vormen een continue rij cellen die nauw met elkaar in verbinding staan door tight-junctions. Pathogenen kunnen enkel naar binnen dringen op plaatsen waar het epitheel beschadigd is, langs gespecialiseerde microfold cellen (M cellen) (Neutra et al., 2001) of met behulp van de uitlopers van de dendritische cellen (Rescigno et al., 2001). Daarnaast bestaat mucosale immuniteit uit een samenwerking tussen aangeboren en verworven immuniteit (Brandtzaeg, 2003a). Juist de aangeboren immuniteit is goed in staat te differentiëren tussen pathogenen en niet-pathogenen door het herkennen van pathogeen geassocieerde membraanproteïnes (PAMPs). Volgens Medzhitov & Janeway Jr (2000a) worden PAMPs alleen geproduceerd door microben en zijn ze essentieel voor hun overleving. Bovendien bezitten grote groepen micro-organismen dezelfde PAMPs en representeert het de moleculaire handtekening van een pathogeen klasse (Medzhitov & Janeway Jr, 2000a). Om deze PAMPs te herkennen maakt het aangeboren immuunsysteem gebruik van pattern recognition receptors (PRR). De meest gekende PRR familie is de Toll-like receptor (TLR) (Medzhitov 6

13 & Janeway Jr, 2000b). Deze receptoren komen voor op onder andere epitheelcellen (Caria et al., 2000) van het spijsverteringstelsel maar ook op dendritische cellen (Muzio et al., 2000). Volgens Rimoldi et al. (2005) tonen meerdere onderzoeken aan dat de samenwerking tussen epitheelcellen en dendritische cellen grote invloed heeft op de mucosale homeostase. De dendritische cellen liggen in de lamina propria en kunnen met hun lange uitlopers tussen de epitheelcellen tot in het lumen van het spijsverteringsstelsel komen. De uitlopers zijn in staat om van invasieve pathogenen en niet invasieve commensale bacteriën een monster te nemen. Dendritische cellen worden vervolgens geactiveerd door het herkennen van PAMPs met hun TLR. Hierdoor evolueert de dendritische cel naar een antigeen-presenterende cel en is ze in staat om aangeboren en verworven immuunreactie te initiëren. De tolererende functie van het mucosale immuunsysteem is nu nog niet waterdicht, want de pathogenen en commensale bacteriën hebben bijna alle TLR target moleculen met elkaar gemeen (Rimoldi et al., 2005; Mucida et al., 2009). Recente studies hebben aangetoond dat er verschillende dendritische cel populaties bestaan in het spijsverteringstelsel met elk afzonderlijke functies (Scott et al., 2011). Een speciale rol in tolerantie is weggelegd voor de CD103+ dendritische cel (CD103+). Zij zijn in staat om ontwikkeling van FoxP3+ regulatoire T cellen te induceren (Mucida et al., 2009). Regulatoire T cellen remmen ontstekingsreacties in de darmen, waardoor tolerantie behouden blijft (Jang et al., 2013). In tegenstelling tot wat hierboven staat hebben CD103+ cellen geen lange uitlopers die tot in het lumen van de darm komen (Scott et al., 2011). Deze taak wordt in plaats daarvan uitgevoerd door CX3CR1 macrofagen (Schulz et al., 2009; Bogunovic et al., 2009). Jang et al. (2013) toonden aan dat CX3CR1 macrofagen met behulp van interleukine 10 (IL-10) de CD103+ cellen induceren en op die manier dus ook de regulatoire T cellen (Figuur 1). Het verkrijgen van tolerogene eigenschappen voor CD103+ is nog niet goed gekend, maar gebeurt waarschijnlijk lokaal door conditionering van precursor dendritische cellen nadat ze zijn gearriveerd in de mucosa (Scott et al., 2011). 7

14 Figuur 1 Tolerantie tegenover commensale bacterie met behulp van dendritische cellen (bewerkt van Scott et al., 2011). CX3CR1 macrofagen gaan een interactie aan met commensale bacteriën uit het darmlumen. De macrofagen induceren met behulp van IL-10 de CD103+ dendritische cellen. Zij induceren op hun beurt weer FoxP3+ regulatoire T cellen, waardoor een ontstekingsreactie wordt geremd. 8

15 2. Secretoire immuniteit Secretoire immuniteit probeert een ontstekingsreactie ter hoogte van de mucosa te voorkomen. In eerste instantie door immuun exclusie, een niet inflammatoire vorm van oppervlakte verdediging uitgevoerd door immunoglobuline M (IgM) en immunoglobuline A (IgA). Vervolgens zullen IgA en IgM in de epitheelcel instaan voor de neutralisatie van onder andere virussen en wordt daardoor cytolyse voorkomen. Wanneer de antigenen toch door het epitheel heen dringen treden lokale en systemische B en T cellen als laatste verdediging op (Brandtzaeg et al., 1999b). Mucosale immuunreacties worden voornamelijk uitgelokt in mucosa geassocieerde lymfoïde weefsels (MALT) en de lacterende melkklier is een onderdeel van het mucosale immuunsysteem (Brandtzaeg, 2010) Celbiologie van de effector componenten Epitheelcellen moeten om zich te kunnen verdedigen immunoglobulines uitscheiden. Secretoire antistoffen, vooral IgA zijn in staat te reageren op doelwit antigenen en micro-organismen in de externe omgeving voordat ze bij het epitheel aankomen (Neutra & Kraehenbuhl, 1992a). De beste effector component van de mucosale oppervlakten is dus secretoir IgA (Brandtzaeg, 1995). Daarnaast dragen IgM in samenwerking met lokaal geproduceerd of uit serum afkomstig immunoglobuline G (IgG) bij aan de oppervlakte bescherming (Brandtzaeg et al., 1991) B cellen afkomstig uit MALT produceren siga als effector molecuul. SIgA is opgebouwd uit een aantal componenten; (1) IgA, (2) J keten en (3) een secretoir component (SC). IgA is zoals alle immunoglobulines opgebouwd uit een lichte keten (λ en κ) en een zware keten (Neutra & Kraehenbuhl, 1992b). Een J keten is een polypeptide (15kD) wat wordt geproduceerd door membraan plasmacellen van alle immunoglobulines. Maar enkel bij IgA en IgM kan een J keten covalent binden (Brandtzaeg et al., 1979). Twee IgA moleculen kunnen op die manier een dimeer vormen. Figuur 2 secretoir IgA (Uit Neutra & Kraehenbuhl, 1992b) Secretoir IgA bestaat uit twee IgA monomeren, een J keten en een secretoir component. Aan de basale zijde van het epitheel bevindt zich een polymerische immunoglobuline receptor (pigr), een glycoproteine (100 kd) die ook wel het secretoir component wordt genoemd. Het is een transmembrane receptor die instaat voor het externe transport van immunoglobulines (Brandtzaeg, 1995). Juist een J keten is goed in staat te binden aan dit type receptor, waardoor transcytose van lokaal geproduceerde IgA dimeren mogelijk is (Johansen et al., 2001) (Figuur 3). Aan de luminale zijde van het epitheel komt siga vrij door het afknippen van de pigr met protease (Vidarsson & Horton, 2013). Een deel van de receptor blijft achter op het epitheel, maar het extracellulaire deel (80 kd) kan worden 9

16 verwerkt in het IgA complex (Brandtzaeg, 2010). Zo ontstaat siga wat in het mucosale lumen wordt vrijgesteld. Het secretoire component beschermt de antistoffen tegen proteolyse en verhogen de stabiliteit van IgA (Lindh, 1975). IgM kan ook worden uitgescheiden door het mucosaal epitheel. Hoewel IgM ook een J keten bevat vormen deze antistoffen een pentameer, in tegenstelling tot IgA. Uitscheiding van sigm naar de luminale zijde van het epitheel gebeurt net als siga met een pigr (Johansen et al., 2001). Figuur 3 Transepitheliaal transport van de effectormoleculen van het mucosale immuunsysteem (uit Brandtzaeg et al., 1999b) Versterking van de epitheelbarrière De secretoire immuniteit is in staat de epitheelbarrière op drie niveaus te versterken. Er bestaat een eerstelijns verdediging die pathogenen fysiek blokkeert, ook wel immuun exclusie genoemd. Immuun exclusie is een niet-inflammatoire adaptieve bescherming van het mucosa oppervlak (Brandtzaeg, 2003b; Brandtzaeg, 2010), waardoor minder activatie van de systemische immuniteit nodig is (Brandtzaeg, 2009). Dit wordt voornamelijk uitgevoerd door grote hoeveelheden siga met een lage affiniteit voor pigr en in mindere mate door IgM. Het uitsluitend effect van de antistoffen wordt verbeterd door het ingebouwde SC, die ze voorziet van mucofiele eigenschappen (Brandtzaeg & Johansen, 2007). In de mucuslaag van de mucosale oppervlakten binden siga s zich aan pathogenen (McGhee & Mestecky, 1990). Hierdoor is koloniseren van de pathogenen niet meer mogelijk en zijn ze niet in staat de epitheelcellen te penetreren (Neutra & Kraehenbuhl, 1992b). De mucosale oppervlakten worden vervolgens vrijgemaakt van de SIgA-pathogeen complexen. Ter hoogte van het spijsverteringsstelsel gebeurt dit door de peristaltische beweging van de darmen en in de luchtwegen met behulp van cillair transport (Neutra & Kraehenbuhl, 1992b). In humane secreties, inclusief de moedermelk, wordt de immuun exclusie door grote hoeveelheden van lage affiniteit polyreactieve siga antistoffen verbeterd (Brandtzaeg, 2003a).In de secretoire epitheelcellen kunnen pathogenen zoals virussen (rotavirus en influenzavirus) binnendringen. Om schade aan de cel te voorkomen zullen IgA en IgM met behulp van receptor gemedieerd transport 10

17 door de cel migreren en de antigenen binden. Virussen worden zo geneutraliseerd en pathogenen teruggevoerd naar het lumen (Brandtzaeg et al., 1999b; Brandtzaeg & Johansen, 2007). Wanneer antigenen penetreren in de subepitheliale stroma of lamina propria, heeft immuun exclusie gefaald. In dit geval is de eliminatie afhankelijk van systemische en lokaal geproduceerde antistoffen, T cellen en aangeboren pro-inflammatoire verdedigingsmechanismen. Het doel van secretoire immuniteit is dus mucosale inflammatie en immunopathologie te voorkomen (Brandtzaeg et al.,1999b) Mucosaal immuunweefsel Het mucosale immuunsysteem bestaat uit twee compartimenten. Een inductie zijde waar B en T cellen worden gestimuleerd door antigenen van het mucosa oppervlak. Daarnaast een effector zijde waar de effector cellen differentiëren, activeren en onder andere antistoffen als siga produceren (Figuur 4) (Brandtzaeg et al., 2008). De inductie zijde bestaat uit MALT en lokale en regionale drainerende lymfeknopen, terwijl de effector zijde uit verschillende histologische compartimenten bestaat waaronder lamina propria van verscheidene mucosae, stroma van exocriene klieren en oppervlakte epitheel (Brandtzaeg & Pabst, 2004). Afhankelijk van de anatomische locatie kan MALT worden onderverdeeld en heeft het een specifieke naam. De distributie en samenstelling van deze lymfoïde structuren verschilt enorm tussen de species. Darm geassocieerd lymfoïd weefsel (GALT) is het grootste en best gedefinieerde onderdeel van MALT (Brandtzaeg et al., 2008). Bij runderen is GALT opgebouwd uit stukjes lymfoïd weefsel in de vorm van Peyerse platen van het jejunum (JPP), Peyerse platen van het ileum (IPP), lymfoïd weefsel in het colon naast de ileocecale klep, een deel ter hoogte van de proximale lus van het ascenderende colon, in het rectum langs de anale ring en geïsoleerde lymfe follikels in dunne en dikke darm. Bij varkens bestaat GALT uit JPP, IPP in de dunne darmen en geïsoleerde lymfe follikels in de dikke darmen (Liebler-Tenorio & Bapst, 2006). Humaan is GALT opgebouwd uit Peyerse platen (PP) die voornamelijk terug te vinden zijn in het ileum en geïsoleerde follikels in de dikke darm (Brandtzaeg & Pabst, 2004). Daarnaast bestaat er ook nog NALT (nasopharynx geassocieerd lymfoïd weefsel) wat ook een groot onderdeel is van MALT (Brandtzaeg & Pabst, 2004). De lymfoïde weefsels van de Waldeyerse ring zijn bij mensen en landbouwhuisdieren goed ontwikkeld. Ze beschermen de verbindingen tussen neus, mond en oor met de farynx (Liebler-Tenorio & Bapst, 2006). MALT is een gespecialiseerd immuunweefsel waar geen afferente aanvoer van pathogenen via bloedof lymfevaten is (Brandtzaeg & Pabst, 2004). In plaats daarvan komen de exogene stimuli direct van het mucosale oppervlak. Tussen de epitheelcellen bevinden zich gespecialiseerde epitheliale M 11

18 cellen, die met behulp van actief transcellulair transport lichaamsvreemd materiaal van het lumen naar de intra-epitheliale lymfoïde weefsels en subepitheliaal georganiseerd lymfoïd weefsel transporteert (Neutra et al., 1996). In MALT activeren antigenen B cel responsen waardoor er secretoire antistoffen worden geproduceerd die specifiek zijn voor dat pathogeen. De antistof producerende plasmacellen zorgen voor lokale bescherming, maar kunnen ook worden gedistribueerd naar allerlei andere secretoire weefsels zoals de melkklier (Brandtzaeg, 2003a). De precursoren van IgA plasmacellen transloceren in de melkklier en rijpen daar tot een plasmacel die IgA dimeren uitscheidt (Roux et al., 1977; De Buysscher & Dubois, 1978). Op die manier is de melkklier dus onderdeel van de secretoire immuniteit (Salmon, 2002). Hoe de homing van de plasmacellen precies verloopt wordt verderop gedetailleerder uitgelegd. Maternale B cellen in de melkklier scheiden antistoffen uit die specifiek zijn voor haar omgevingspathogenen (Brandtzaeg, 2003a). De route die wordt afgelegd door de antistof producerende B cellen afkomstig van GALT wordt de darm-melkklier verbinding genoemd. Indien de antistof producerende B cellen afkomstig zijn van NALT spreekt men van een respiratoiremelkklierverbinding (van de Perre, 2003). Figuur 4 Werkingsmechanisme in het mucosale immuunweefsel. (Uit Brandtzaeg et al., 1999b) Aan de ene kant van de afbeelding ziet men de inductiezijde van MALT. Hier dringen antigenen binnen door gespecialiseerde M cellen en gaan een interactie aan met B en T cellen, waardoor een specifieke immuunreactie ontstaat. Aan de effectorzijde ziet men de secretie van de effector moleculen zoals IgA en IgM die specifiek zijn voor het pathogeen. 12

19 3. Interactie melkklier en mucosale immuniteit 3.1. Overdracht van maternale immuniteit Pasgeboren dieren moeten om te overleven microbiële invasies onderdrukken. Gedomesticeerde dieren worden geboren met een volledig ontwikkeld adaptief immuunsysteem, maar dit functioneert tijdens de eerste weken nog niet hetzelfde als een volwassen systeem. Pasgeboren zoogdieren zijn daarom in die eerste levensweken gevoelig voor infecties en hebben hulp nodig bij hun bescherming (Tizard, 1982). Tijdens de rijping van hun eigen immuunsysteem worden neonaten daarom tijdelijk beschermd door overdracht van maternale antistoffen van moeder op kind (Niewiesk, 2014). Deze passieve overdracht is essentieel voor de overleving (Tizard, 1982). Dierensoorten hebben verschillende strategieën om maternale immuniteit over te dragen. Ze kunnen worden opgedeeld in drie klassen: (1) diersoorten, zoals mensen en konijnen, waarbij de overdracht van immunoglobulines naar de foetus voornamelijk via de placenta gaat; (2) diersoorten waar de nakomelingen worden geboren met agammaglobulinemie en de overdracht van immunoglobulines plaatsvindt via de mammaire secreties, zoals bij paarden, varkens, runderen en geiten; en (3) diersoorten waarbij immunoglobulines worden overgedragen via zowel de placenta als de mammaire secreties, zoals bij honden, muizen en ratten. De verschillen in overdracht van maternale immuniteit hebben consequenties voor zowel de immunoglobuline samenstelling in colostrum en melk als voor het belang van het colostrum (Butler et al., 2005) Verschillende placenta types en hun doorlaatbaarheid voor antistoffen Er is dus een verschil in overdracht van maternale immuniteit tussen mens, zeug en koe. Bij mensen gaat de overdracht voornamelijk via de placenta, terwijl bij zeug en koe de mammaire secreties juist van belang zijn. Een belangrijke oorzaak hiervoor is het verschil in placenta type bij deze diersoorten. De placenta is een tijdelijk orgaan, dat enkel aanwezig is tijdens de dracht. De functies zijn bescherming, voeding, respiratie en endocriene controle (King, 1993). Daarnaast is het van groot immunologisch belang voor de overdacht van antistoffen. Het is opgebouwd uit een foetaal deel en een maternaal deel. In figuur 5 kan men zien dat de foetale zijde van de placenta altijd is opgebouwd uit drie cellagen: (1) foetale bloedcellen, (2) endotheelcellen van de foetale bloedvaten en (3) chorioncellen (PrabhuDas et al., 2015). Hoewel er variatie in de samenstelling en het aantal trofoblastcellen kan zijn, vormen ze altijd de meest buitenste laag van het foetale component van de placenta (Enders & Blankenship, 1999). Als men naar opbouw van de maternale placenta kijkt zijn er duidelijke verschillen waar te nemen. Wanneer baarmoederweefsel tegenover de trofoblastcellen nog intact is, spreekt men van een epitheliochoriale placenta (Enders & Blankenship, 1999). Dit is ook te zien in figuur 5a waar de barrière tussen het maternale bloed en het chorion van de foetus wordt gevormd door: (1) maternale 13

20 bloedcellen, (2) endotheelcellen van de maternale bloedvaten en (3) baarmoeder epitheel (PrabhuDas et al., 2015). Een epitheliochoriale placenta heeft als voordeel dat de foetale en maternale componenten van elkaar gescheiden zijn. Nadelig aan dit placentatype is dat de passage erdoorheen bemoeilijkt wordt en passieve immuniteit naar de nakomelingen dus wordt doorgegeven via colostrum (Enders & Carter, 2004). In een hemochoriale placenta hebben de maternale bloedvaten direct contact met de trofoblastcellen (Enders & Blankenship, 1999). Dit is ook te zien in figuur 5c. Hierdoor is het mogelijk dat maternaal IgG transplacentaal wordt overgedragen naar de foetus. Volgens Enders & Carter (2004) dragen trofoblastcellen bij aan dit transport en Firan et al. (2001) toonden aan dat de neonatale Fc receptor (FcRn) hierbij van essentieel belang is. Figuur 5 Verschillende placentatypes bij mens, zeug en koe (Prabhudas et al., 2015). Foetale placenta bestaande uit foetaal bloed, foetaal endotheelcellen en chorioncellen (a, b, c). Maternale placenta in figuur a bestaat uit maternaal epitheel (blauw), endotheel en maternaal bloed. Figuur b uit endotheelcellen en maternaal bloed. Figuur c direct contact maternaal bloed met chorion Samenstelling van colostrum en melk bij mens, zeug en koe De samenstelling van immunoglobulines in colostrum en melk verschillen bij mens, zeug en koe. Bij baby s wordt de mucosa beschermd door transplacentaal overgedragen IgG. Maar na twee maanden is zo goed als al het maternale IgG bij een kind gekataboliseerd (Brandtzaeg, 2010). Dus wordt daarnaast de mucosa beschermt door siga (Cerini & Aldrovandi, 2013), het belangrijkste component in moedermelk (Hanson 1998). Borstvoeding is daarom van belang om de mucosa van een jong kind te beschermen (Brandtzaeg et al., 1999a; Brandtzaeg, 2010). Biggen worden geboren met agammaglobinemie. Tot de eerste melkopname zijn er geen IgA en IgM in het biggenserum aanwezig. Ze worden beschermd door overdracht van maternale immuniteit van 14

21 de zeugen via colostrum en melk. De immunoglobulines IgM, IgA en IgG in serum en colostrum van zeugen kan namelijk worden opgenomen door neonatale biggen. Porter (1969) bewees dit al door die immunoglobulines terug te vinden in het serum van neonatale biggen. De immunoglobulinesamenstelling van zeugen colostrum verandert in de loop van de tijd. In de eerste week van de lactatie zal IgG het voornaamste immunoglobuline zijn. Vervolgens neemt de hoeveelheid IgG af en neemt IgA toe. IgM is zelfs in nog mindere mate aanwezig. In de melk bij varkens is IgA het dominerende immunoglobuline, net als bij mensen. Waarschijnlijk zorgt IgA voor bescherming van de melkklier, maar ook voor voldoende immuniteit ter hoogte van de darmen van een big tot het eigen secretoire immuunsysteem ontwikkeld is (Bourne & Curtis, 1971). De samenstelling en het isotype van colostrum en melk bij runderen verschillen enorm van die van varken en mens. Bij runderen vormt immunoglobuline G isotype 1 (IgG1) het dominerende immunoglobuline in zowel melk als colostrum. Toch bevatten de mammaire secreties een klein beetje IgA, maar is dat vooral in nasale en bronchiale secreties, tranen en speeksel aanwezig (Butler, 1998). Dit suggereert dat de mucosale bescherming bij polygastrische dieren voornamelijk wordt voorzien door IgG1 en bij monogastrische dieren deze bescherming wordt voorzien door IgA (Salmon, 1999) Hoe komen antistoffen in de melk: darm-melkklierverbinding Naïeve B en T cellen worden in secundaire lymfoïde weefsels blootgesteld aan antigenen. Daar differentiëren ze in geheugen en effector cellen en migreren naar extra-lymfoïde weefsels zoals de melkklier (Butcher & Picker, 1996). De specifieke homing van geheugen en effector cellen is mogelijk door de adhesiemoleculen op de migrerende lymfocyt en specifieke receptoren op de endotheelcellen van de verschillende weefsels (Kehrli & Harp, 2001). De darm-melkklierverbinding verschilt bij mens, zeug en koe in type adhesiemoleculen en receptor. Bovendien verschilt het ook per species of deze verbinding wel bestaat Darm-melkklierverbinding bij mens Antigenen dringen via M cellen binnen in het intestinale immuunweefsel en binden daar aan lokale IgM+ B cellen. Deze cellen kunnen op verschillende manieren worden geactiveerd: (1) T cel afhankelijke activatie, door het CD40 ligand (CD40L) dat aanwezig is op de T cel, (2) T cel onafhankelijke activatie door antigeen presentatie van een lamina propria dendritische cel, of (3) door polyclonale stimuli (Fagarasan & Honjo, 2003). Bij geactiveerde B cellen vindt opregulatie van activatie-geïnduceerde cytadine deaminase (AID) plaats, wat een vereiste is voor class switch recombinatie. Lamina propria stroma cellen scheiden factoren uit zoals interleukine 6 (IL-6), IL-10 en transformerende groeifactor β (TGF-β) en zorgen zo voor een verschuiving van de IgM+ B cellen naar IgA+ B cellen en differentiatie van antigeen specifieke IgA+ plasmacellen (Fagarasan & Honjo, 2003). 15

22 IgA+ B cellen migreren via het bloed van de darmen naar de melkklier (Goldman, 2007). Maar voordat de antistoffen in de melk terechtkomen moeten de B cellen nog door een aantal barrières. Figuur 6 Overdracht, homing en rekrutering van intestinale B cellen (Bewerking van Salmon et al., 2009). Intestinale IgA+ B cellen homen aan MAdCAM-1 met behulp van α 4 β 7 integrine. Daarna migreren ze met behulp van het chemotactische CCL28 en hun CCR10 richting melkklier. Daar evolueren de B cellen in IgA producerende plasmablasten. IgA dimeren kunnen vervolgens door middel van pigr transcellulair migreren door het melkklierepitheel en op die manier worden uitgescheiden als siga in de melk. B cellen met het α 4 β 1 +zijn in staat om te binden aan VCAM-1. Vervolgens zijn ook deze cellen in staat naar de melkklier te migreren, indien ze in het bezit zijn van CRR10. De antistof producerende cellen binden op specifieke receptoren ter hoogte van het epitheel en bereiken op die manier de juiste bestemming. Dit is mogelijk omdat de meeste IgA plasmablasten het α 4 β 7 integrine bezitten (Farstad et al., 1995), wat kan binden aan de endotheelcellen ter hoogte van de melkklier waarin zich mucosaal adressine celadhesie molecuul-1 (MAdCAM-1) bevindt (Erle et al., 1994). Eenmaal gebonden aan de endotheelcellen, reizen de antistof producerende cellen verder naar het melkklierepitheel. Tijdens de lactatie neemt de expressie van het mucosale epitheel chemokine CCL28 toe. Het reguleert de accumulatie van IgA antistof producerende cellen in de lacterende melkklier. CCL28 is namelijk in staat om IgA+ B cellen chemotactisch aan te trekken, omdat die in bezit zijn van de chemokine receptor 10 (CRR10) (Wilson & Butcher, 2004). Gedurende de lactatie produceren de plasmacellen IgA dimeren die specifiek zijn voor de intestinale pathogenen van de moeder. Het dimeer bindt aan de pigr aan de basolaterale zijde van het melkklierepitheel en net als in darmen wordt het door trancystose naar de apicale zijde van het epitheel getransporteerd. Daar wordt het dimeer-receptor complex afgeknipt en op die manier wordt siga vrijgesteld in de melk (Goldman, 2007). Translocatie van IgA lijkt gelimiteerd door de productie van pigr omdat overexpressie van deze receptor leidt tot verdubbeling van de IgA concentratie in de melk (De Groot et al., 2000). Er lijkt dus een verbinding te bestaan tussen darm en melkklier bij de mens. 16

23 Naast immunoglobulines wordt ook vrij SC terug gevonden in de melk. Dit komt omdat er een continu pigr transport is, ongeacht of er sprake is van piga binding. De onbezette receptoren kunnen worden afgeknipt en zo komt vrij SC in humane moeder melk (Brandtzaeg, 2003a) Darm-melkklierverbinding zeug Zeugen geven hun maternale immuniteit door via colostrum en melk. In het colostrum domineert in eerste instantie IgG en vervolgens pas IgA. In de melk is IgA het dominerende antistof, zoals hierboven werd uitgelegd. Dus in tegenstelling tot mensen moeten niet enkel de IgA antistoffen in de melkklier terecht komen, maar ook IgG. Uit onderzoek van Schnulle & Hurley (2003) blijkt dat tijdens de colostrogenese FcRn aanwezig zijn in de melkklier van een zeug. Deze receptor zou verantwoordelijk kunnen zijn voor het transport van IgG uit het serum van de zeug naar de melkklier. Maar daar tegenover wordt gesteld dat de FcRn zou kunnen instaan voor recycling van IgG in de melkklier (Cianga et al., 1999). Er is dus meer onderzoek nodig om te bevestigen dat FcRn op de melkklier verantwoordelijk is voor het transport van IgG in het colostrum (Schnulle & Hurley, 2003). De IgA antistoffen die teruggevonden worden in melk zijn het resultaat van de darmmelkklierverbinding bij zeugen. Dit is gebleken uit verschillende onderzoeken waarin de zeug werd geïmmuniseerd met darm specifieke pathogenen zoals Escherichia coli (Evans et al., 1980) en het overdraagbare gastro-enteritis virus (TGE) (Bohl et al., 1972). De antistoffen hiertegen konden worden teruggevonden in de melk van de zeug en zo worden overgedragen aan haar nakomelingen. Aan het einde van de dracht nemen de IgA bezittende B cellen (ciga+ B cellen) in de melkklier van de zeug toe. De melk bevat B cellen die zowel enkel als dubbel positief kunnen zijn voor α 4 β 7 en α 4 β 1 integrines. Maar het merendeel van cellen bezit helemaal geen van deze integrines. Bourges denkt dat een mogelijke verklaring hiervoor de downregulatie van de intergrines kan zijn, nadat de cellen eerder al succesvol in het weefsel gemigreerd zijn (Bourges et al., 2008). Homing van IgA+ B cellen die specifiek zijn voor darm pathogenen lijkt bij zeugen op verschillende manieren plaats te vinden. Allereest met behulp van het vasculaire cel adhesie molecuul (VCAM-1), wat een interactie kan aangaan met van de α 4 β 1 IgA+ B cellen (Tanneau et al., 1999). VCAM-1 wordt terug gevonden op de kleine bloedvaten van de melkklier van de zeug gedurende de lactatie. Tijdens de drachtperiode is er geen expressie van dit adhesie molecuul. Hiervoor is nog geen verklaring gevonden, maar men denkt dat de expressie eventueel hormonaal gereguleerd zou kunnen zijn (Bourges et al., 2008). Ten tweede kunnen de α 4 β 7 integrine bezittende cellen, net als bij mensen, binden aan MAdCAM-1 van de endotheelcellen om bij de melkklier terecht te kunnen komen (Salmon et al., 2009). Aan het einde van de dracht en de vroege lactatie wordt MAdCAM-1 teruggevonden in de melkklier bij zeugen (Bourges et al., 2008). Dus in tegenstelling tot VCAM-1 is MAdCAM-1 al aanwezig gedurende de 17

24 dracht. Dit komt omdat de expressie van MAdCAM- 1 hormonaal gereguleerd wordt door oestrogenen (Tanneau et al., 1999). MAdCAM-1 is namelijk in het bezit van een oestrogeen respons element (ERE) in zijn promotor (Sampaio et al., 1995), een gen wat teruggevonden wordt bij zowel mensen, muizen als varkens (Bourges et al., 2008). Volgens Tanneau et al. (1999) neemt het aantal IgA+ plasmablasten tijdens de lactatie toe, maar is er geen evenredige toename van MAdCAM-1. Voor de rekrutering van de antistof producerende cellen zouden dus bijkomende factoren nodig zijn. Salmon et al. (2009) concludeerden op basis van het onderzoek van Wilson & Butcher (2004) dat deze functie wordt uitgevoerd door de opregulatie van het chemotactische CCL28. De rekrutering zou dus eventueel bij mens en zeug gebeuren op dezelfde manier. Een belangrijk kanttekening echter is dat deze conclusie gebaseerd is op een onderzoek dat uitgevoerd is op muizen. Wilson & Butcher (2004) onderzochten het belang van CCL28 voor de rekrutering van IgA door de muizen te behandelen met anti-ccl28 antistoffen. Dit resulteerde in afwezigheid van IgA in de melk van de muizen. Het lijkt dus voorbarig om op basis hiervan te concluderen dat de route voor IgA+ B cellen bij mens en zeug exact hetzelfde is. Maar Bourges et al., (2008) toonden aan de CCL28 expressie parallel toeneemt met het aantal ciga B cellen in de melkklier. Bovendien toonden Berri et al. (2008) aan dat IgA+ plasmablasten met CCR10 naar de melkklier van een zeug migreren met behulp van CCL28. Mens en zeug gebruiken dus allebei CCL28 om CCR10 bezittende IgA+ B cellen aan te trekken. Tot slot evolueren de B cellen in plasmacellen die IgA produceren. Net als bij mensen wordt IgA bij zeugen in de melk uitgescheiden met behulp van de poly-ig receptor. In tegenstelling tot mensen en koeien echter is bij zeugen zo goed als geen SC aanwezig in de melk (Butler et al., 2006) Darm- melkklierverbinding bij rund? In tegenstelling tot mens en zeug hebben koeien een heel ander isotype immunoglobuline in hun colostrum en melk. In de mammaire secreties domineert IgG1, terwijl IgA maar in zeer lage hoeveelheid aanwezig is (Butler, 1998). Uit de studie van Hodgkinson et al. (2007) blijkt dat in tegenstelling tot andere species, runderen niet dezelfde vasculaire adressines bezitten in de melkklier om lymfocyten aan te trekken. MAdCAM-1 wordt niet terug gevonden in de melkklier van een koe, want de melkklier van de koe fungeert niet als een mucosaal weefsel (Hodgkinson et al., 2007). Net als bij de zeugen zijn er bij koeien een aantal onderzoeken gedaan naar de verbinding van het intestinale immuunsysteem en de melkklier. Volgens Kehrli & Harp (2001) is hieruit gebleken dat na vaccinatie met intestinale pathogenen, geen antistoffen hiertegen werden teruggevonden in de melk. Dus runderen hebben geen darm-melkklierverbinding en de melkklier behoort niet tot het commensale mucosale immuunsysteem zoals dat wel is bij monogastrische dieren (Kehrli & Harp, 2001). VCAM-1 kan wel worden terug gevonden in de grote venules van de melkklier van een koe, maar zou niet betrokken zijn in de rekrutering van lymfocyten (Hodgkinson et al., 2007). Daarnaast kleurde VCAM-1 ook aan op de epitheelcellen of capillairen van de melkklieralveolen. Maar de hoeveelheid 18

25 VCAM-1 die aanwezig is hangt af van fysiologisch stadium van de melkklier (Hodgkinson et al., 2007). Volgens Liebler-Tenorio et al. (2002) is er een hogere hoeveelheid van dit eiwit aanwezig in het colostrumweefsel. Dit kan wijzen op de betrokkenheid van VCAM-1 in de actieve migratie van cellen in het colostrum. In de supramammaire lymfeknopen werd zowel perifere lymfeknoop adressine (PNAd) als VCAM-1 expressie werd terug gevonden. VCAM-1 zou dus eventueel een rol spelen met de rekrutering van lymfocyten in de supramammaire lymfeknopen (Hodgkinson et al., 2007). Hoe de rekrutering van de lymfocyten bij het rund precies gaat is dus nog niet zo goed gekend. Wel is er bekend dat FcRn een belangrijke rol zou kunnen spelen in de overdracht van IgG1 in de melkklier bij een rund. De FcRn kan worden terug gevonden in de epitheelcellen van de melkklier, maar het distributiepatroon voor en na de partus verschilt enorm. Dit zou volgens Mayer et al. (2002) suggereren dat deze receptor een belangrijke rol speelt bij het transport van IgG tijdens de colostrogenese. IgG wordt in de endotheelcellen opgenomen door endocytose. In het endosoom zal IgG binden aan de FcRn, vanwaar twee routes mogelijk zijn. Aan de ene kant kan IgG worden getransporteerd naar de interstitiële ruimte met behulp van transcytose. Aan de andere kant kan IgG terug keren naar het bloed. Wanneer de concentratie van IgG te hoog is, zijn er onvoldoende FcRn om op te binden. IgG wordt vervolgens gedegradeerd in een lysozoom (Lobo et al., 2004). Dit is ook te zien in figuur 7. FcRn speelt dus een rol in het bewaren van de homeostase van IgG en expressie van FcRn lijkt de limiterende factor voor de overleving en levensduur van IgG (Cervenak & Kacskovics, 2009). Lu et al. (2007) probeerden dit te bevestigen door gebruik te maken van transgene muizen met overexpressie voor de bovine FcRn in hun melkklieren. Omdat zowel in het serum als in de melk van de muizen de IgG concentraties toenemen, kan er worden geconcludeerd dat bovine FcRn overexpressie in de muizenmelkklier bijdraagt aan de bescherming van IgG en verlenging van hun levensduur. Maar toen de muizen werden ingespoten met bovine IgG (bigg) werd er helemaal geen verhoging van de bigg melkconcentratie terug gevonden, zoals men zou verwachten. Dit bevestigd dat bigg terug opgenomen wordt in het bloed (Lu et al., 2007). De retentie van IgG hangt af van de subklasse IgG. Bovine IgG1 bindt slechter aan de bovine FcRn, waardoor het makkelijker in het colostrum terecht komt. Immunoglobuline G isotype 2 (IgG2) bindt beter aan de receptor en wordt op die manier efficiënter terug in de circulatie opgenomen. Het transport van IgG van het serum naar de melk met behulp van een FcRn is dus omgekeerd evenredig met de affiniteit van IgG met een FcRn (Cianga et al., 1999). Toch is de IgG subklasse ratio in het serum van een neonaat ongeveer gelijk aan dat van het maternale serum. Maar het moleculaire mechanisme wat hierbij betrokken is moet nog worden onderzocht (Cianga et al., 1999). Hetzelfde geldt voor het selectieve transport van bovine IgG1. Het is nog altijd moeilijk te begrijpen hoe dit precies zit en er moet meer onderzoek naar worden gedaan (Cianga et al., 1999). 19

26 Figuur 7 Verschillende routes voor IgG (Uit Cervenak & Kacskovics, 2009) IgG uit het plasma wordt opgenomen door endocytose. In het endosoom bindt IgG op een FcRn en wordt transcellulair getransporteerd naar interstitium of terug opgenomen in de bloedbaan. IgG degradeert in een lysozoom indien de hoeveelheid IgG te hoog is. 20

27 BESPREKING In deze literatuurstudie is besproken hoe omgevingspecifieke mucosale antistoffen van een moederdier bij haar nakomelingen terecht komen. Ook is er gefocust op overeenkomsten en verschillen tussen mens, zeug en koe over het bestaan van de interactie tussen de intestinale mucosale immuniteit en de melkklier en of dit invloed heeft op de samenstelling van de antistoffen in de melk. Een moederdier is in staat haar nakomelingen te beschermen door overdracht van maternale immuniteit. Dit kan transplacentaal door overdracht van IgG, zoals gebeurt bij mensen. Maar ook via colostrum en melk, die van levensbelang zijn voor pasgeboren biggen en kalven. Het dominerende immunoglobuline in humane melk is IgA. Bij zeugen domineert IgG in het colostrum, maar vervolgens IgA in de melk. IgG1 is het dominerend immunoglobuline in zowel colostrum als melk bij koeien. De antistof samenstelling van moedermelk weerspiegelt de specifieke antistofproductie tegen omgevingspathogenen van het moederdier. De mucosale immuniteit is opgedeeld in enerzijds een effector functie (siga en sigm) en een tolererende functie. Bij dit laatste spelen dendritische cellen een belangrijke rol. Zij zijn namelijk in staat om door inductie van regulatoire T cellen een immuunreactie tegen commensale bacteriën te temperen. Volgens Thum et al. (2012) blijkt dat wanneer de dendritische cellen eenmaal bacteriën opgenomen hebben ze niet enkel meer gebonden zijn aan het mucosale weefsel van de darm. Op die manier verspreiden bacteriën zich via bloed- en lymfecirculatie naar andere weefsels zoals de melkklier. Bacteriën komen in de melk terecht en dus ook bij de nakomelingen. Dit zou kunnen zorgen voor de eerste aanpassing van de foetale darmen aan een externe leefomgeving. Het zou interessant kunnen zijn om meer onderzoek te doen naar de rol van maternale dendritische cellen in de orale tolerantie bij neonaten. Scott et al. (2011) stelden al dat tolerogene eigenschappen van CD103+ dendritische cellen waarschijnlijk verkregen worden door conditionering van de precursor cellen. Als men de precieze werking van de conditionering zou kunnen achterhalen is het misschien mogelijk de tolerogene eigenschappen van de dendritische cellen aan te passen en eventueel te verbeteren. Eventueel zijn dus dendritische cellen een goed aangrijpingspunt om de orale tolerantie bij kinderen te verbeteren om zo bijvoorbeeld voedselallergieën te voorkomen. Als men de interactie tussen mucosale immuniteit en de melkklier bij mens, zeug en koe met elkaar vergelijkt, kan men concluderen dat er een aantal verschillen zijn. Bij zowel mens als zeug lijkt er een duidelijke verbinding te zijn tussen de mucosale immuniteit van de darm en de melkklier. Humane IgM B cellen veranderen in IgA B cellen ter hoogte van de darmen en reizen vervolgens richting andere mucosale weefsels. De IgA+ B cellen transloceren met behulp van α 4 β 7 integrine en MAdCAM-1 ter hoogte van de melkklier. CRR10 bezittende cellen migreren door CCL28 naar het melkklierepitheel. Vervolgens komt siga in de melk terecht door pigr. Toch kan er een kanttekening bij deze route worden gemaakt. De door Goldman (2007) geconcludeerde 21