A gut bacterial containment system Trillions of bacteria selectively inhabit our guts, but how do our bodies keep them contained? Spadoni et al. describe a “gut-vascular barrier” that prevents intestinal microbes from accessing the liver and the bloodstream in mice (see the Perspective by Bouziat and Jabri). Studies with human samples and in mice revealed that the cell biology of the gut-vascular barrier shares similarities with the blood-brain barrier of the central nervous system. Pathogenic bacteria such as Salmonella typhimurium could penetrate the gut-vascular barrier in mice, gaining access to the liver and bloodstream, in a manner dependent on the Salmonella pathogenicity island 2–type III secretion system. Science , this issue p. 830 ; see also p. 742

Crohn's disease–related inflammation is characterized by reduced activity of the immunosuppressive cytokine transforming growth factor β1 (TGF-β1) due to high levels of SMAD7, an inhibitor of TGF-β1 signaling. Preclinical studies and a phase 1 study have shown that an oral SMAD7 antisense oligonucleotide, mongersen, targets ileal and colonic SMAD7.

Objective:

 In mice, a subpopulation of gut dendritic cells (DCs) expressing CD103 drives the development of regulatory T (T_reg) cells. Further, it was recently described that the cross-talk between human intestinal epithelial cells (IECs) and DCs helps in maintaining gut immune homeostasis via the induction of non-inflammatory DCs. In this study, an analysis was carried out to determine whether IECs could promote the differentiation of CD103⁺ tolerogenic DCs, and the function of primary CD103⁺ DCs isolated from human mesenteric lymph nodes (MLNs) was evaluated. 

Methods:

 Monocyte-derived DCs (MoDCs) and circulating CD1c⁺ DCs were conditioned or not with supernatants from Caco-2 cells or IECs isolated from healthy donors or donors with Crohn’s disease and analysed for their ability to induce T_reg cell differentiation. In some cases, transforming growth factor β (TGFβ), retinoic acid (RA) or thymic stromal lymphopoietin (TSLP) were neutralised before conditioning. CD103⁺ and CD103⁻ DCs were sorted by fluorescence-activated cell sorting (FACS) from MLNs and used in T_reg cell differentiation experiments. 

Results:

 It was found that human IECs promoted the differentiation of tolerogenic DCs able to drive the development of adaptive Foxp3⁺ T_reg cells. This control was lost in patients with Crohn’s disease and paralleled a reduced expression of tolerogenic factors by primary IECs. MoDCs differentiated with RA or IEC supernatant upregulated the expression of CD103. Consistently, human primary CD103⁺ DCs isolated from MLNs were endowed with the ability to drive T_reg cell differentiation. This subset of DCs expressed CCR7 and probably represents a lamina propria-derived migratory population. 

Conclusions:

 A population of tolerogenic CD103⁺ DCs was identified in the human gut that probably differentiate in response to IEC-derived factors and drive T_reg cell development.

The efficacy and safety of risankizumab as compared with ustekinumab in patients with Crohn's disease are unknown.

Mucosal enrichment of the Adherent-Invasive E. coli (AIEC) pathotype and the expansion of pathogenic IFNγ-producing Th17 (pTh17) cells have been linked to Crohn's Disease (CD) pathogenesis. However, the molecular pathways underlying the AIEC-dependent pTh17 cell transdifferentiation in CD patients remain elusive. To this aim, we created and functionally screened a transposon AIEC mutant library of 10.058 mutants to identify the virulence determinants directly implicated in triggering IL-23 production and pTh17 cell generation. pTh17 cell transdifferentiation was assessed in functional assays by co-culturing AIEC-infected human dendritic cells (DCs) with autologous conventional Th17 (cTh17) cells isolated from blood of Healthy Donors (HD) or CD patients. AIEC triggered IL-23 hypersecretion and transdifferentiation of cTh17 into pTh17 cells selectively through the interaction with CD-derived DCs. Moreover, the chronic release of IL-23 by AIEC-colonized DCs required a continuous IL-23 neutralization to significantly reduce the AIEC-dependent pTh17 cell differentiation. The multi-step screenings of the AIEC mutant's library revealed that deletion of ybaT or rfaP efficiently hinder the IL-23 hypersecretion and hampered the AIEC-dependent skewing of protective cTh17 into pathogenic IFNγ-producing pTh17 cells. Overall, our findings indicate that ybaT (inner membrane transport protein) and rfaP (LPS-core heptose kinase) represent novel and attractive candidate targets to prevent chronic intestinal inflammation in CD.

Abstract iNKT cells account for a relevant fraction of effector T-cells in the intestine. Although iNKT cells are cytotoxic lymphocytes, their role in colorectal cancer (CRC) remains controversial. From the analysis of colonic LPMCs of human and murine CRC specimens we report that tumor-infiltrating iNKT cells are characterized by an IL17/GM-CSF pro-tumorigenic phenotype, while maintaining cytotoxic properties in the adjacent non-tumoral tissue. Exposure of iNKT cells to the tumor-associated pathobiont Fusobacterium nucleatum blunted their cytotoxic capability and enhanced iNKT cell-mediated neutrophils chemotaxis, which upregulated PMN-MDSC gene signatures and functions. Importantly, in vivo stimulation of iNKT cells with αGalCer restored their anti-tumorigenic functions. Survival analyses demonstrated that human CRC co-infiltration by iNKT cells and tumor-associated neutrophils correlates with negative outcomes. Our results reveal a functional plasticity of human intestinal iNKT cells with pro- and anti-tumorigenic activities in CRC, suggesting an iNKT pivotal role in shaping the cancer developmental trajectory.

The interaction between the gut microbiota and invariant Natural Killer T (iNKT) cells plays a pivotal role in colorectal cancer (CRC). Porphyromonas gingivalis is a keystone oral pathogen associated with CRC. The oral pathobiont Fusobacterium nucleatum influences the anti-tumour functions of CRC-infiltrating iNKT cells. However, the impact of other oral bacteria, like P. gingivalis, on their activation status remains unexplored. In this study, we demonstrate that mucosa-associated P. gingivalis induces a protumour phenotype in iNKT cells, subsequently influencing the composition of mononuclear-phagocyte cells within the tumour microenvironment in CRC. Mechanistically, in vivo and in vitro experiments show that P. gingivalis reduces the cytotoxic functions of iNKT cells, hampering the iNKT cell lytic machinery though increased expression of chitinase 3-like-1 protein (CHI3L1). Neutralization of CHI3L1 effectively restores iNKT cell cytotoxic functions suggesting a therapeutic potential to reactivate iNKT cell-mediated antitumour immunity. In conclusion, our data demonstrate how P. gingivalis accelerates CRC progression by inducing iNKT cells to upregulate CHI3L1, thus impairing iNKT cell cytotoxicity and promoting host tumour immune evasion.

Colorectal cancer (CRC) is a multifaceted disease whose development and progression varies depending on tumor location, age of patients, infiltration of immune cells within cancer lesions, and the tumor microenvironment. These pathophysiological characteristics are additionally influenced by sex-related differences. The gut microbiome plays a pivotal role in the initiation and progression of CRC, and shapes anti-tumor immune responses but how the responsiveness of the immune system to the intestinal microbiota may contribute to the sexual dimorphism of CRC is largely unknown. Here, we studied survival, tumor-infiltrating immune cell populations and tumor-associated microbiome of a cohort of n=184 male and female CRC patients and functionally tested the immune system-microbiome interactions in in vivo and in vitro models of the disease. High-dimensional single-cell flow cytometry showed that female patients are enriched by tumor-infiltrating iNKT cells but depleted by cytotoxic T lymphocytes. The enrichment of oral pathobionts and a reduction of beta-glucuronidase activity are distinctive traits characterizing the gut microbiome of women affected by CRC. Functional assays using a collection of human primary iNKT cell lines demonstrated that the gut microbiota of female patients functionally impairs iNKT cell anti-tumor functions interfering with the granzyme-perforin cytotoxic pathway. These results highlight a sex-dependent functional relationship between the gut microbiome, estrogen metabolism, and the decline of cytotoxic T cell responses, contributing to the sexual dimorphism observed in CRC patients with relevant implications for precision medicine and the design of targeted therapeutic approaches addressing sex bias in cancer.