Foxp3+ regulatory T (T reg) cells play a key role in controlling immune pathological re actions. Many develop their regulatory activity in the thymus, but there is also evidence for development of Foxp3+ T reg cells from naive precursors in the periphery. Recent studies have shown that transforming growth factor (TGF)-β can promote T reg cell development in culture, but little is known about the cellular and molecular mechanisms that mediate this pathway under more physiological conditions. Here, we show that after antigen activation in the intestine, naive T cells acquire expression of Foxp3. Moreover, we identify a population of CD103+ mesenteric lymph node dendritic cells (DCs) that induce the devel opment of Foxp3+ T reg cells. Importantly, promotion of T reg cell responses by CD103+ DCs is dependent on TGF-β and the dietary metabolite, retinoic acid (RA). These results newly identify RA as a cofactor in T reg cell generation, providing a mechanism via which functionally specialized gut-associated lymphoid tissue DCs can extend the repertoire of T reg cells focused on the intestine.

The Microbiota Makes for Good Therapy The gut microbiota has been implicated in the development of some cancers, such as colorectal cancer, but—given the important role our intestinal habitants play in metabolism—they may also modulate the efficacy of certain cancer therapeutics. Iida et al. (p. 967 ) evaluated the impact of the microbiota on the efficacy of an immunotherapy [CpG (the cytosine, guanosine, phosphodiester link) oligonucleotides] and oxaliplatin, a platinum compound used as a chemotherapeutic. Both therapies were reduced in efficacy in tumor-bearing mice that lacked microbiota, with the microbiota important for activating the innate immune response against the tumors. Viaud et al. (p. 971 ) found a similar effect of the microbiota on tumor-bearing mice treated with cyclophosphamide, but in this case it appeared that the microbiota promoted an adaptive immune response against the tumors.

To maintain immune homeostasis, the intestinal immune system has evolved redundant regulatory strategies. In this regard, the gut is home to a large number of regulatory T (T reg) cells, including the Foxp3+ T reg cell. Therefore, we hypothesized that the gut environment preferentially supports extrathymic T reg cell development. We show that peripheral conversion of CD4+ T cells to T reg cells occurs primarily in gut-associated lymphoid tissue (GALT) after oral exposure to antigen and in a lymphopenic environment. Dendritic cells (DCs) purified from the lamina propria (Lp; LpDCs) of the small intestine were found to promote a high level of T reg cell conversion relative to lymphoid organ–derived DCs. This enhanced conversion by LpDCs was dependent on TGF-β and retinoic acid (RA), which is a vitamin A metabolite highly expressed in GALT. Together, these data demonstrate that the intestinal immune system has evolved a self-contained strategy to promote T reg cell neoconversion.

T-helper 17 (TH17) cells are a subset of T-helper cells that produce interleukin (IL)-17 and are critical for host immunity. IL-6 and transforming growth factor-β (TGF-β) had been thought of as the principal inducers of TH17 differentiation, but this work provides further support for an alternative TGF-β-independent pathway of TH17 cell differentiation in mice. TH17 cells can be generated in the absence of TGF-β signalling by using IL-23 in combination with IL-6 and IL-1β. The resulting TH17 cells express not only RORγ-t, but also T-bet, and are more pathogenic than TH17 cells generated in the presence of TGF-β. These TH17 cells, generated independently of TGF-β, could be potential targets for the treatment of autoimmune disease. CD4+ T cells that selectively produce interleukin (IL)-17 (TH17 cells) are essential for host defence and autoimmunity. It has been thought that IL-6 and transforming growth factor (TGF)-β1 are the factors responsible for initiating the specification of TH17 cells. Here, however, it is shown that TH17 differentiation can occur in the absence of TGF-β signalling. IL-6, IL-23 and IL-1β effectively induced IL-17 production in naive precursors. These data reveal an alternative mode for TH17 differentiation and the importance of IL-23. CD4+ T-helper cells that selectively produce interleukin (IL)-17 (TH17), are critical for host defence and autoimmunity1,2,3,4. Although crucial for TH17 cells in vivo5,6, IL-23 has been thought to be incapable of driving initial differentiation. Rather, IL-6 and transforming growth factor (TGF)-β1 have been proposed to be the factors responsible for initiating specification7,8,9,10. Here we show that TH17 differentiation can occur in the absence of TGF-β signalling. Neither IL-6 nor IL-23 alone efficiently generated TH17 cells; however, these cytokines in combination with IL-1β effectively induced IL-17 production in naive precursors, independently of TGF-β. Epigenetic modification of the Il17a, Il17f and Rorc promoters proceeded without TGF-β1, allowing the generation of cells that co-expressed RORγt (encoded by Rorc) and T-bet. T-bet+RORγt+ TH17 cells are generated in vivo during experimental allergic encephalomyelitis, and adoptively transferred TH17 cells generated with IL-23 without TGF-β1 were pathogenic in this disease model. These data indicate an alternative mode for TH17 differentiation. Consistent with genetic data linking IL23R with autoimmunity, our findings re-emphasize the importance of IL-23 and therefore may have therapeutic implications.

Abstract Helios, a member of the Ikaros transcription factor family, is preferentially expressed at the mRNA level by regulatory T cells (Treg cells). We evaluated Helios protein expression using a newly generated mAb and demonstrated that it is expressed in all thymocytes at the double negative 2 stage of thymic development. Although Helios was expressed by 100% of CD4+CD8−Foxp3+ thymocytes, its expression in peripheral lymphoid tissues was restricted to a subpopulation (∼70%) of Foxp3+ T cells in mice and humans. Neither mouse nor human naive T cells induced to express Foxp3 in vitro by TCR stimulation in the presence of TGF-β expressed Helios. Ag-specific Foxp3+ T cells induced in vivo by Ag feeding also failed to express Helios. Collectively, these results demonstrate that Helios is potentially a specific marker of thymic-derived Treg cells and raises the possibility that a significant percentage of Foxp3+ Treg cells are generated extrathymically.

Skin Specifics Much of the recent attention paid to the trillions of bacteria that colonize our bodies has been given to the bacteria that reside in the gut. Naik et al. (p. 1115 , published online 26 July) report that colonization of the skin with commensal bacteria is important for tuning effector T cell responses in the skin and for protective immunity against cutaneous infection with the parasite Leishmania major in mice. In contrast, selective depletion of the gut microbiota, which plays an important role in modulating immune responses in the gut, had no impact on T cell responses in the skin.

Anti-programmed cell death protein 1 (PD-1) therapy provides long-term clinical benefits to patients with advanced melanoma. The composition of the gut microbiota correlates with anti-PD-1 efficacy in preclinical models and cancer patients. To investigate whether resistance to anti-PD-1 can be overcome by changing the gut microbiota, this clinical trial evaluated the safety and efficacy of responder-derived fecal microbiota transplantation (FMT) together with anti-PD-1 in patients with PD-1-refractory melanoma. This combination was well tolerated, provided clinical benefit in 6 of 15 patients, and induced rapid and durable microbiota perturbation. Responders exhibited increased abundance of taxa that were previously shown to be associated with response to anti-PD-1, increased CD8+ T cell activation, and decreased frequency of interleukin-8-expressing myeloid cells. Responders had distinct proteomic and metabolomic signatures, and transkingdom network analyses confirmed that the gut microbiome regulated these changes. Collectively, our findings show that FMT and anti-PD-1 changed the gut microbiome and reprogrammed the tumor microenvironment to overcome resistance to anti-PD-1 in a subset of PD-1 advanced melanoma.

The alarmin interleukin-33 is constitutively expressed at barrier sites and released in response to tissue damage; here, the IL-33 receptor ST2 is shown to be preferentially expressed on colonic regulatory T cells, where it promotes regulatory T-cell function and adaptation to the inflammatory tissue environment. Interleukin-33 (IL-33) is an 'alarmin', constitutively expressed at barrier sites and released in response to tissue damage where it recruits components of the repair response. This study in two mouse models of colitis shows that the IL-33 receptor ST2 is preferentially expressed on colonic regulatory T cells, where it promotes regulatory T-cell function and adaptation to the inflammatory tissue environment. IL-33 is negatively regulated by the pro-inflammatory cytokine IL-23, suggesting that the balance between IL-33 and IL-23 could be an important controller of intestinal immune responses. FOXP3+ regulatory T cells (Treg cells) are abundant in the intestine, where they prevent dysregulated inflammatory responses to self and environmental stimuli. It is now appreciated that Treg cells acquire tissue-specific adaptations that facilitate their survival and function1; however, key host factors controlling the Treg response in the intestine are poorly understood. The interleukin (IL)-1 family member IL-33 is constitutively expressed in epithelial cells at barrier sites2, where it functions as an endogenous danger signal, or alarmin, in response to tissue damage3. Recent studies in humans have described high levels of IL-33 in inflamed lesions of inflammatory bowel disease patients4,5,6,7, suggesting a role for this cytokine in disease pathogenesis. In the intestine, both protective and pathological roles for IL-33 have been described in murine models of acute colitis8,9,10,11, but its contribution to chronic inflammation remains ill defined. Here we show in mice that the IL-33 receptor ST2 is preferentially expressed on colonic Treg cells, where it promotes Treg function and adaptation to the inflammatory environment. IL-33 signalling in T cells stimulates Treg responses in several ways. First, it enhances transforming growth factor (TGF)-β1-mediated differentiation of Treg cells and, second, it provides a necessary signal for Treg-cell accumulation and maintenance in inflamed tissues. Strikingly, IL-23, a key pro-inflammatory cytokine in the pathogenesis of inflammatory bowel disease, restrained Treg responses through inhibition of IL-33 responsiveness. These results demonstrate a hitherto unrecognized link between an endogenous mediator of tissue damage and a major anti-inflammatory pathway, and suggest that the balance between IL-33 and IL-23 may be a key controller of intestinal immune responses.

Gut Immune Tolerance With the constant assault of food antigens and its billions of resident microbes, the gut is an important site of immune tolerance. By studying specific intestinal immune cell populations in genetically modified mice, Mortha et al. ( 10.1126/science.1249288 , published online 13 March; see the Perspective by Aychek and Jung ) found that gut macrophages produce the cytokine interleukin-1 (IL-1) in response to signals derived from the microbiota. IL-1 acts on type 3 innate lymphoid cells in the intestine, which then produce the cytokine, colony-stimulating factor 2 (Csf2). Csf-2, in turn, induces myeloid cells (including dendritic cells and macrophages) to produce regulatory factors like retinoic acid and interleukin-10, which support the conversion and expansion of regulatory T cells, a population of cells known to be critical for maintaining immune tolerance in the gut.