Dendritic cells (DCs) and macrophages are critical to innate and adaptive immunity to the intestinal bacterial microbiota. Here, we identify a myeloid-derived mucosal DC in mice, which populates the entire lamina propria of the small intestine. Lamina propria DCs were found to depend on the chemokine receptor CX 3 CR1 to form transepithelial dendrites, which enable the cells to directly sample luminal antigens. CX 3 CR1 was also found to control the clearance of entero-invasive pathogens by DCs. Thus, CX 3 CR1-dependent processes, which control host interactions of specialized DCs with commensal and pathogenic bacteria, may regulate immunological tolerance and inflammation.

Epithelial cancers are believed to originate from transformation of tissue stem cells. However, bone marrow–derived cells (BMDCs), which are frequently recruited to sites of tissue injury and inflammation, might also represent a potential source of malignancy. We show that although acute injury, acute inflammation, or transient parietal cell loss within the stomach do not lead to BMDC recruitment, chronic infection of C57BL/6 mice with Helicobacter , a known carcinogen, induces repopulation of the stomach with BMDCs. Subsequently, these cells progress through metaplasia and dysplasia to intraepithelial cancer. These findings suggest that epithelial cancers can originate from marrow-derived sources and thus have broad implications for the multistep model of cancer progression.

Polymorphisms of interleukin-1β (IL-1β) are associated with an increased risk of solid malignancies. Here, we show that stomach-specific expression of human IL-1β in transgenic mice leads to spontaneous gastric inflammation and cancer that correlate with early recruitment of myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) to the stomach. IL-1β activates MDSCs in vitro and in vivo through an IL-1RI/NF-κB pathway. IL-1β transgenic mice deficient in T and B lymphocytes develop gastric dysplasia accompanied by a marked increase in MDSCs in the stomach. Antagonism of IL-1 receptor signaling inhibits the development of gastric preneoplasia and suppresses MDSC mobilization. These results demonstrate that pathologic elevation of a single proinflammatory cytokine may be sufficient to induce neoplasia and provide a direct link between IL-1β, MDSCs, and carcinogenesis.

Summary

 Lung cancer is closely associated with chronic inflammation, but the causes of inflammation and the specific immune mediators have not been fully elucidated. The lung is a mucosal tissue colonized by a diverse bacterial community, and pulmonary infections commonly present in lung cancer patients are linked to clinical outcomes. Here, we provide evidence that local microbiota provoke inflammation associated with lung adenocarcinoma by activating lung-resident γδ T cells. Germ-free or antibiotic-treated mice were significantly protected from lung cancer development induced by Kras mutation and p53 loss. Mechanistically, commensal bacteria stimulated Myd88-dependent IL-1β and IL-23 production from myeloid cells, inducing proliferation and activation of Vγ6⁺Vδ1⁺ γδ T cells that produced IL-17 and other effector molecules to promote inflammation and tumor cell proliferation. Our findings clearly link local microbiota-immune crosstalk to lung tumor development and thereby define key cellular and molecular mediators that may serve as effective targets in lung cancer intervention.

There is an urgent need to determine whether oversulfated chondroitin sulfate (OSCS), a compound contaminating heparin supplies worldwide, is the cause of the severe anaphylactoid reactions that have occurred after intravenous heparin administration in the United States and Germany.Heparin procured from the Food and Drug Administration, consisting of suspect lots of heparin associated with the clinical events as well as control lots of heparin, were screened in a blinded fashion both for the presence of OSCS and for any biologic activity that could potentially link the contaminant to the observed clinical adverse events. In vitro assays for the activation of the contact system and the complement cascade were performed. In addition, the ability of OSCS to recapitulate key clinical manifestations in vivo was tested in swine.The OSCS found in contaminated lots of unfractionated heparin, as well as a synthetically generated OSCS reference standard, directly activated the kinin-kallikrein pathway in human plasma, which can lead to the generation of bradykinin, a potent vasoactive mediator. In addition, OSCS induced generation of C3a and C5a, potent anaphylatoxins derived from complement proteins. Activation of these two pathways was unexpectedly linked and dependent on fluid-phase activation of factor XII. Screening of plasma samples from various species indicated that swine and humans are sensitive to the effects of OSCS in a similar manner. OSCS-containing heparin and synthetically derived OSCS induced hypotension associated with kallikrein activation when administered by intravenous infusion in swine.Our results provide a scientific rationale for a potential biologic link between the presence of OSCS in suspect lots of heparin and the observed clinical adverse events. An assay to assess the amidolytic activity of kallikrein can supplement analytic tests to protect the heparin supply chain by screening for OSCS and other highly sulfated polysaccharide contaminants of heparin that can activate the contact system.

Hypergastrinemia occurs frequently in association with acid suppression and Helicobacter infection, but its role in the progression to gastric atrophy and gastric cancer has not been well defined.The effects of hypergastrinemia, and possible synergy with Helicobacter felis infection, were investigated in insulin-gastrin (INS-GAS) transgenic mice.INS-GAS mice initially showed mild hypergastrinemia, increased maximal gastric acid secretion, and increased parietal cell number but later progressed to decreased parietal cell number and hypochlorhydria. Development of gastric atrophy was associated with increased expression of growth factors, heparin-binding epidermal growth factor and transforming growth factor alpha. At 20 months of age, INS-GAS mice showed no evidence of increased enterochromaffin-like cell number, but instead exhibited gastric metaplasia, dysplasia, carcinoma in situ, and gastric cancer with vascular invasion. Invasive gastric carcinoma was observed in 6 of 8 INS-GAS mice that were >20 months old. Helicobacter felis infection of INS-GAS mice led to accelerated (< or = 8 mo) development of intramucosal carcinoma (85%), with submucosal invasion (54%) and intravascular invasion (46%; P < or = 0.05).These findings support the unexpected conclusion that chronic hypergastrinemia in mice can synergize with Helicobacter infection and contribute to eventual parietal cell loss and progression to gastric cancer.

The stem cells that maintain and repair the postnatal skeleton remain undefined. One model suggests that perisinusoidal mesenchymal stem cells (MSCs) give rise to osteoblasts, chondrocytes, marrow stromal cells, and adipocytes, although the existence of these cells has not been proven through fate-mapping experiments. We demonstrate here that expression of the bone morphogenetic protein (BMP) antagonist gremlin 1 defines a population of osteochondroreticular (OCR) stem cells in the bone marrow. OCR stem cells self-renew and generate osteoblasts, chondrocytes, and reticular marrow stromal cells, but not adipocytes. OCR stem cells are concentrated within the metaphysis of long bones not in the perisinusoidal space and are needed for bone development, bone remodeling, and fracture repair. Grem1 expression also identifies intestinal reticular stem cells (iRSCs) that are cells of origin for the periepithelial intestinal mesenchymal sheath. Grem1 expression identifies distinct connective tissue stem cells in both the bone (OCR stem cells) and the intestine (iRSCs).

Chronic inflammation increases cancer risk. While it is clear that cell signaling elicited by inflammatory cytokines promotes tumor development, the impact of DNA damage production resulting from inflammation-associated reactive oxygen and nitrogen species (RONS) on tumor development has not been directly tested. RONS induce DNA damage that can be recognized by alkyladenine DNA glycosylase (Aag) to initiate base excision repair. Using a mouse model of episodic inflammatory bowel disease by repeated administration of dextran sulfate sodium in the drinking water, we show that Aag-mediated DNA repair prevents colonic epithelial damage and reduces the severity of dextran sulfate sodium-induced colon tumorigenesis. Importantly, DNA base lesions expected to be induced by RONS and recognized by Aag accumulated to higher levels in Aag-deficient animals following stimulation of colonic inflammation. Finally, as a test of the generality of this effect we show that Aag-deficient animals display more severe gastric lesions that are precursors of gastric cancer after chronic infection with Helicobacter pylori. These data demonstrate that the repair of DNA lesions formed by RONS during chronic inflammation is important for protection against colon carcinogenesis.

Cancer of the gallbladder is the number one cause of cancer mortality in Chilean women. Incidence rates for this tumor vary widely on a worldwide basis, being approximately 30 times higher in high-risk than in low-risk populations, suggesting that environmental factors such as infectious microorganisms, carcinogens, and nutrition play a role in its pathogenesis. Because several Helicobacter sp. colonize the livers of animals and induce hepatitis, the aim of this study was to determine whether Helicobacter infection was associated with cholecystitis in humans.Bile or resected gallbladder tissue from 46 Chileans with chronic cholecystitis undergoing cholecystectomy were cultured for Helicobacter sp. and subjected to polymerase chain reaction (PCR) analysis using Helicobacter-specific 16S ribosomal RNA primers.Recovery of Helicobacter sp. from frozen specimens was unsuccessful. However, by PCR analysis, 13 of 23 bile samples and 9 of 23 gallbladder tissues were positive for Helicobacter. Eight of the Helicobacter-specific PCR amplicons were sequenced and subjected to phylogenetic analysis. Five sequences represented strains of H. bilis, two strains of "Flexispira rappini" (ATCC 49317), and one strain of H. pullorum.These data support an association of bile-resistant Helicobacter sp. with gallbladder disease. Further studies are needed to ascertain whether similar Helicobacter sp. play a causative role in the development of gallbladder cancer.