The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is a transcription factor best known for mediating the toxicity of aromatic hydrocarbons such as dioxin: its activation leads to the production of detoxification enzymes. AHR has been intensely studied in relation to toxicology and cancer research, but no mechanistic connection to the immune system was known. Now two groups report a role for AHR in maintaining the balance between two T-lymphocyte populations — the Treg and TH17 cells — that are part of the immune regulation system dealing with tolerance of self-antigens and pathogen clearance. Both groups also show that AHR affects the severity of experimental autoimmune encephalitis, a mouse model of multiple sclerosis. This work raises the possibility that stimulation of AHR by environmental factors could be involved in the development of autoimmune disease, and point to AHR as a possible drug target for immunomodulation. Activation of the aryl hydrocarbon receptor with the ligand FICZ regulates IL-22 expression in TH17 cells. The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is a ligand-dependent transcription factor best known for mediating the toxicity of dioxin1. Environmental factors are believed to contribute to the increased prevalence of autoimmune diseases, many of which are due to the activity of TH17 T cells, a new helper T-cell subset characterized by the production of the cytokine IL-17. Here we show that in the CD4+ T-cell lineage of mice AHR expression is restricted to the TH17 cell subset and its ligation results in the production of the TH17 cytokine interleukin (IL)-22. AHR is also expressed in human TH17 cells. Activation of AHR by a high-affinity ligand during TH17 cell development markedly increases the proportion of TH17 T cells and their production of cytokines. CD4+ T cells from AHR-deficient mice can develop TH17 cell responses, but when confronted with AHR ligand fail to produce IL-22 and do not show enhanced TH17 cell development. AHR activation during induction of experimental autoimmune encephalomyelitis causes accelerated onset and increased pathology in wild-type mice, but not AHR-deficient mice. AHR ligands may therefore represent co-factors in the development of autoimmune diseases.

Although in vitro–generated cells of the TH17 helper T cell subset are highly plastic, it is unclear whether TH17 cells that develop in vivo retain their phenotype. To investigate this, Stockinger and colleagues have generated a TH17 reporter system to map the fate of these cells in vivo. Here we describe a reporter mouse strain designed to map the fate of cells that have activated interleukin 17A (IL-17A). We found that IL-17-producing helper T cells (TH17 cells) had distinct plasticity in different inflammatory settings. Chronic inflammatory conditions in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) caused a switch to alternative cytokines in TH17 cells, whereas acute cutaneous infection with Candida albicans did not result in the deviation of TH17 cells to the production of alternative cytokines, although IL-17A production was shut off in the course of the infection. During the development of EAE, interferon-γ (IFN-γ) and other proinflammatory cytokines in the spinal cord were produced almost exclusively by cells that had produced IL-17 before their conversion by IL-23 ('ex-TH17 cells'). Thus, this model allows the actual functional fate of effector T cells to be related to TH17 developmental origin regardless of IL-17 expression.

This report shows that interleukin (IL) 17–producing T helper type 17 (Th17) cells predominantly express CC chemokine receptor (CCR) 6 in an animal model of rheumatoid arthritis (RA). Th17 cells induced in vivo in normal mice via homeostatic proliferation similarly express CCR6, whereas those inducible in vitro by transforming growth factor β and IL-6 additionally need IL-1 and neutralization of interferon (IFN) γ and IL-4 for CCR6 expression. Forced expression of RORγt, a key transcription factor for Th17 cell differentiation, induces not only IL-17 but also CCR6 in naive T cells. Furthermore, Th17 cells produce CCL20, the known ligand for CCR6. Synoviocytes from arthritic joints of mice and humans also produce a large amount of CCL20, with a significant correlation (P = 0.014) between the amounts of IL-17 and CCL20 in RA joints. The CCL20 production by synoviocytes is augmented in vitro by IL-1β, IL-17, or tumor necrosis factor α, and is suppressed by IFN-γ or IL-4. Administration of blocking anti-CCR6 monoclonal antibody substantially inhibits mouse arthritis. Thus, the joint cytokine milieu formed by T cells and synovial cells controls the production of CCL20 and, consequently, the recruitment of CCR6+ arthritogenic Th17 cells to the inflamed joints. These results indicate that CCR6 expression contributes to Th17 cell function in autoimmune disease, especially in autoimmune arthritis such as RA.

γδ T cells are an innate source of interleukin-17 (IL-17), preceding the development of the adaptive T helper 17 (Th17) cell response. Here we show that IL-17-producing T cell receptor γδ (TCRγδ) T cells share characteristic features with Th17 cells, such as expression of chemokine receptor 6 (CCR6), retinoid orphan receptor (RORγt), aryl hydrocarbon receptor (AhR), and IL-23 receptor. AhR expression in γδ T cells was essential for the production of IL-22 but not for optimal IL-17 production. In contrast to Th17 cells, CCR6+IL-17-producing γδ T cells, but not other γδ T cells, express Toll-like receptors TLR1 and TLR2, as well as dectin-1, but not TLR4 and could directly interact with certain pathogens. This process was amplified by IL-23 and resulted in expansion, increased IL-17 production, and recruitment of neutrophils. Thus, innate receptor expression linked with IL-17 production characterizes TCRγδ T cells as an efficient first line of defense that can orchestrate an inflammatory response to pathogen-derived as well as environmental signals long before Th17 cells have sensed bacterial invasion.

Th17 cell differentiation is dependent on interleukin (IL)-6 and transforming growth factor (TGF)-β, and it is modulated by activation of the aryl hydrocarbon receptor (AhR). In this study, we show that differentiation of Th17 cells, but not Th1 or induced regulatory T (iT reg) cells, is increased by endogenous AhR agonists present in culture medium. Th17 development from wild-type mice is suboptimal in the presence of the AhR antagonist CH-223191, similar to the situation in AhR-deficient mice, which show attenuated IL-17 production and no IL-22 production. The presence of natural AhR agonists in culture medium is also revealed by the induction of CYP1A1, a downstream target of AhR activation. However, the most commonly used medium, RPMI, supports very low levels of Th17 polarization, whereas Iscove's modified Dulbecco's medium, a medium richer in aromatic amino acids, which give rise to AhR agonists, consistently results in higher Th17 expansion in both mouse and human cells. The relative paucity of AhR agonists in RPMI medium, coupled with the presence of factors conducive to IL-2 activation and enhanced Stat5 phosphorylation, conspire against optimal Th17 differentiation. Our data emphasize that AhR activation plays an essential part in the development of Th17 cells and provide a rational explanation for the poor in vitro polarization of Th17 cells that is reported in the majority of publications for both mouse and human cells.

IgA is essential in the maintenance of mucosal host defense and intestinal homeostasis. Stockinger and colleagues show that TH17 cells acquire a follicular helper T cell phenotype in Peyer's patches and induce the development of IgA-producing B cells. Intestinal Peyer's patches are essential lymphoid organs for the generation of T cell–dependent immunoglobulin A (IgA) for gut homeostasis. Through the use of interleukin 17 (IL-17) fate-reporter mice, we found here that endogenous cells of the TH17 subset of helper T cells in lymphoid organs of naive mice 'preferentially' homed to the intestines and were maintained independently of IL-23. In Peyer's patches, such TH17 cells acquired a follicular helper T cell (TFH cell) phenotype and induced the development of IgA-producing germinal center B cells. Mice deficient in TH17 cells failed to generate antigen-specific IgA responses, which provides evidence that TH17 cells are the crucial subset required for the production of high-affinity T cell–dependent IgA.

This report shows that highly self-reactive T cells produced in mice as a result of genetically altered thymic T cell selection spontaneously differentiate into interleukin (IL)-17–secreting CD4+ helper T (Th) cells (Th17 cells), which mediate an autoimmune arthritis that clinically and immunologically resembles rheumatoid arthritis (RA). The thymus-produced self-reactive T cells, which become activated in the periphery via recognition of major histocompatibility complex/self-peptide complexes, stimulate antigen-presenting cells (APCs) to secrete IL-6. APC-derived IL-6, together with T cell–derived IL-6, drives naive self-reactive T cells to differentiate into arthritogenic Th17 cells. Deficiency of either IL-17 or IL-6 completely inhibits arthritis development, whereas interferon (IFN)-γ deficiency exacerbates it. The generation, differentiation, and persistence of arthritogenic Th17 cells per se are, however, insufficient for producing overt autoimmune arthritis. Yet overt disease is precipitated by further expansion and activation of autoimmune Th17 cells, for example, via IFN-γ deficiency, homeostatic proliferation, or stimulation of innate immunity by microbial products. Thus, a genetically determined T cell self-reactivity forms a cytokine milieu that facilitates preferential differentiation of self-reactive T cells into Th17 cells. Extrinsic or intrinsic stimuli further expand these cells, thereby triggering autoimmune disease. Intervention in these events at cellular and molecular levels is useful to treat and prevent autoimmune disease, in particular RA.

T cell stimulation via glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor family-related protein (GITR) can evoke effective tumor immunity. A single administration of agonistic anti-GITR monoclonal antibody (mAb) to tumor-bearing mice intravenously or directly into tumors provoked potent tumor-specific immunity and eradicated established tumors without eliciting overt autoimmune disease. A large number of CD4+ and CD8+ T cells, including interferon (IFN)-gamma-secreting cells, infiltrated regressing tumors. Tumor-specific IFN-gamma-secreting CD4+ and CD8+ T cells also increased in the spleen. The treatment led to tumor rejection in IFN-gamma-intact mice but not IFN-gamma-deficient mice. Furthermore, coadministration of anti-GITR and anti-CTLA-4 mAbs had a synergistic effect, leading to eradication of more advanced tumors. In contrast, coadministration of anti-CD25 and anti-GITR mAbs was less effective than anti-GITR treatment alone, because anti-CD25 depleted both CD25+-activated effector T cells and CD25+CD4+ naturally occurring regulatory T (T reg) cells. Importantly, CD4+ T cells expressing the T reg-specific transcription factor Foxp3 predominantly infiltrated growing tumors in control mice, indicating that tumor-infiltrating natural Foxp3+CD25+CD4+ T reg cells may hamper the development of effective tumor immunity. Taken together, T cell stimulation through GITR attenuates T reg-mediated suppression or enhances tumor-killing by CD4+ and CD8+ effector T cells, including those secreting IFN-gamma, or both. Agonistic anti-GITR mAb is therefore instrumental in treating advanced cancers.

Interleukin 9 (IL-9) is a cytokine linked to lung inflammation, but its cellular origin and function remain unclear. Here we describe a reporter mouse strain designed to map the fate of cells that have activated IL-9. We found that during papain-induced lung inflammation, IL-9 production was largely restricted to innate lymphoid cells (ILCs). IL-9 production by ILCs depended on IL-2 from adaptive immune cells and was rapidly lost in favor of other cytokines, such as IL-13 and IL-5. Blockade of IL-9 production via neutralizing antibodies resulted in much lower expression of IL-13 and IL-5, which suggested that ILCs provide the missing link between the well-established functions of IL-9 in the regulation of type 2 helper T cell cytokines and responses.

T cell stimulation via glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor family–related protein (GITR) can evoke effective tumor immunity. A single administration of agonistic anti-GITR monoclonal antibody (mAb) to tumor-bearing mice intravenously or directly into tumors provoked potent tumor-specific immunity and eradicated established tumors without eliciting overt autoimmune disease. A large number of CD4+ and CD8+ T cells, including interferon (IFN)-γ–secreting cells, infiltrated regressing tumors. Tumor-specific IFN-γ–secreting CD4+ and CD8+ T cells also increased in the spleen. The treatment led to tumor rejection in IFN-γ–intact mice but not IFN-γ–deficient mice. Furthermore, coadministration of anti-GITR and anti–CTLA-4 mAbs had a synergistic effect, leading to eradication of more advanced tumors. In contrast, coadministration of anti-CD25 and anti-GITR mAbs was less effective than anti-GITR treatment alone, because anti-CD25 depleted both CD25+-activated effector T cells and CD25+CD4+ naturally occurring regulatory T (T reg) cells. Importantly, CD4+ T cells expressing the T reg–specific transcription factor Foxp3 predominantly infiltrated growing tumors in control mice, indicating that tumor-infiltrating natural Foxp3+CD25+CD4+ T reg cells may hamper the development of effective tumor immunity. Taken together, T cell stimulation through GITR attenuates T reg–mediated suppression or enhances tumor-killing by CD4+ and CD8+ effector T cells, including those secreting IFN-γ, or both. Agonistic anti-GITR mAb is therefore instrumental in treating advanced cancers.