The pathogenesis of asthma reflects, in part, the activity of T cell cytokines. Murine models support participation of interleukin-4 (IL-4) and the IL-4 receptor in asthma. Selective neutralization of IL-13, a cytokine related to IL-4 that also binds to the α chain of the IL-4 receptor, ameliorated the asthma phenotype, including airway hyperresponsiveness, eosinophil recruitment, and mucus overproduction. Administration of either IL-13 or IL-4 conferred an asthma-like phenotype to nonimmunized T cell–deficient mice by an IL-4 receptor α chain–dependent pathway. This pathway may underlie the genetic associations of asthma with both the human 5q31 locus and the IL-4 receptor.

Regulation of adipose tissue macrophages by eosinophils reveals an unexpected role for eosinophils in metabolic homeostasis.

Type 2 immunity is a stereotyped host response to allergens and parasitic helminths that is sustained in large part by the cytokines IL-4 and IL-13. Recent advances have called attention to the contributions by innate cells in initiating adaptive immunity, including a novel lineage-negative population of cells that secretes IL-13 and IL-5 in response to the epithelial cytokines IL-25 and IL-33. Here, we use IL-4 and IL-13 reporter mice to track lineage-negative innate cells that arise during type 2 immunity or in response to IL-25 and IL-33 in vivo. Unexpectedly, lineage-negative IL-25 (and IL-33) responsive cells are widely distributed in tissues of the mouse and are particularly prevalent in mesenteric lymph nodes, spleen, and liver. These cells expand robustly in response to exogenous IL-25 or IL-33 and after infection with the helminth Nippostrongylus brasiliensis , and they are the major innate IL-13–expressing cells under these conditions. Activation of these cells using IL-25 is sufficient for worm clearance, even in the absence of adaptive immunity. Widely dispersed innate type 2 helper cells, which we designate Ih2 cells, play an integral role in type 2 immune responses.

Parasitic helminths and allergens induce a type 2 immune response leading to profound changes in tissue physiology, including hyperplasia of mucus-secreting goblet cells and smooth muscle hypercontractility. This response, known as 'weep and sweep', requires interleukin (IL)-13 production by tissue-resident group 2 innate lymphoid cells (ILC2s) and recruited type 2 helper T cells (TH2 cells). Experiments in mice and humans have demonstrated requirements for the epithelial cytokines IL-33, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-25 in the activation of ILC2s, but the sources and regulation of these signals remain poorly defined. In the small intestine, the epithelium consists of at least five distinct cellular lineages, including the tuft cell, whose function is unclear. Here we show that tuft cells constitutively express IL-25 to sustain ILC2 homeostasis in the resting lamina propria in mice. After helminth infection, tuft-cell-derived IL-25 further activates ILC2s to secrete IL-13, which acts on epithelial crypt progenitors to promote differentiation of tuft and goblet cells, leading to increased frequencies of both. Tuft cells, ILC2s and epithelial progenitors therefore comprise a response circuit that mediates epithelial remodelling associated with type 2 immunity in the small intestine, and perhaps at other mucosal barriers populated by these cells.

All homeotherms use thermogenesis to maintain their core body temperature, ensuring that cellular functions and physiological processes can continue in cold environments. In the prevailing model of thermogenesis, when the hypothalamus senses cold temperatures it triggers sympathetic discharge, resulting in the release of noradrenaline in brown adipose tissue and white adipose tissue. Acting via the β(3)-adrenergic receptors, noradrenaline induces lipolysis in white adipocytes, whereas it stimulates the expression of thermogenic genes, such as PPAR-γ coactivator 1a (Ppargc1a), uncoupling protein 1 (Ucp1) and acyl-CoA synthetase long-chain family member 1 (Acsl1), in brown adipocytes. However, the precise nature of all the cell types involved in this efferent loop is not well established. Here we report in mice an unexpected requirement for the interleukin-4 (IL-4)-stimulated program of alternative macrophage activation in adaptive thermogenesis. Exposure to cold temperature rapidly promoted alternative activation of adipose tissue macrophages, which secrete catecholamines to induce thermogenic gene expression in brown adipose tissue and lipolysis in white adipose tissue. Absence of alternatively activated macrophages impaired metabolic adaptations to cold, whereas administration of IL-4 increased thermogenic gene expression, fatty acid mobilization and energy expenditure, all in a macrophage-dependent manner. Thus, we have discovered a role for alternatively activated macrophages in the orchestration of an important mammalian stress response, the response to cold.

Eosinophil recruitment to the lung and intestine is regulated by type-2-innate-lymphoid-cell-derived IL-5 and IL-13; IL-5 is shown to be induced by the neuropeptide vasoactive intestinal peptide, which is known to coordinate pancreatic secretion with smooth muscle relaxation in response to feeding. Interleukin-5 (IL-5) is required for bone marrow eosinophil production, whereas IL-13 induces chemoattractant proteins known as eotaxins that recruit eosinophils into inflamed tissue. Richard Locksley and colleagues use a mouse strain that permits fate mapping and deletion of IL-5-producing cells to demonstrate that eosinophil recruitment to the lung and intestine is regulated by type 2 innate lymphoid cell-derived IL-5 and IL-13. IL-5 is induced by vasoactive intestinal peptide, which is known to coordinate pancreatic secretion with smooth muscle relaxation in response to feeding. These findings link eosinophils to basal circadian oscillations through long-lived type 2 innate lymphoid cell activation. Eosinophils are specialized myeloid cells associated with allergy and helminth infections. Blood eosinophils demonstrate circadian cycling, as described over 80 years ago1, and are abundant in the healthy gastrointestinal tract. Although a cytokine, interleukin (IL)-5, and chemokines such as eotaxins mediate eosinophil development and survival2, and tissue recruitment3, respectively, the processes underlying the basal regulation of these signals remain unknown. Here we show that serum IL-5 levels are maintained by long-lived type 2 innate lymphoid cells (ILC2) resident in peripheral tissues. ILC2 cells secrete IL-5 constitutively and are induced to co-express IL-13 during type 2 inflammation, resulting in localized eotaxin production and eosinophil accumulation. In the small intestine where eosinophils and eotaxin are constitutive4, ILC2 cells co-express IL-5 and IL-13; this co-expression is enhanced after caloric intake. The circadian synchronizer vasoactive intestinal peptide also stimulates ILC2 cells through the VPAC2 receptor to release IL-5, linking eosinophil levels with metabolic cycling. Tissue ILC2 cells regulate basal eosinophilopoiesis and tissue eosinophil accumulation through constitutive and stimulated cytokine expression, and this dissociated regulation can be tuned by nutrient intake and central circadian rhythms.

Eosinophils in visceral adipose tissue (VAT) have been implicated in metabolic homeostasis and the maintenance of alternatively activated macrophages (AAMs). The absence of eosinophils can lead to adiposity and systemic insulin resistance in experimental animals, but what maintains eosinophils in adipose tissue is unknown. We show that interleukin-5 (IL-5) deficiency profoundly impairs VAT eosinophil accumulation and results in increased adiposity and insulin resistance when animals are placed on a high-fat diet. Innate lymphoid type 2 cells (ILC2s) are resident in VAT and are the major source of IL-5 and IL-13, which promote the accumulation of eosinophils and AAM. Deletion of ILC2s causes significant reductions in VAT eosinophils and AAMs, and also impairs the expansion of VAT eosinophils after infection with Nippostrongylus brasiliensis, an intestinal parasite associated with increased adipose ILC2 cytokine production and enhanced insulin sensitivity. Further, IL-33, a cytokine previously shown to promote cytokine production by ILC2s, leads to rapid ILC2-dependent increases in VAT eosinophils and AAMs. Thus, ILC2s are resident in VAT and promote eosinophils and AAM implicated in metabolic homeostasis, and this axis is enhanced during Th2-associated immune stimulation.

Long-range regulatory elements are difficult to discover experimentally; however, they tend to be conserved among mammals, suggesting that cross-species sequence comparisons should identify them. To search for regulatory sequences, we examined about 1 megabase of orthologous human and mouse sequences for conserved noncoding elements with greater than or equal to 70% identity over at least 100 base pairs. Ninety noncoding sequences meeting these criteria were discovered, and the analysis of 15 of these elements found that about 70% were conserved across mammals. Characterization of the largest element in yeast artificial chromosome transgenic mice revealed it to be a coordinate regulator of three genes, interleukin-4 , interleukin-13 , and interleukin-5 , spread over 120 kilobases.