Adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) pathovar has been identified in the intestinal mucosa of patients with Crohn's disease (CD). AIEC reference strain LF82 is able to adhere to intestinal epithelial cells, to invade epithelial cells via a mechanism involving actin polymerization and microtubules, and to survive and replicate within macrophages. This study was performed to assess the prevalence of AIEC associated with intestinal mucosa of patients with CD, ulcerative colitis (UC), and of controls.A search for E. coli strains was performed with ileal specimens of 63 patients with CD and 16 controls without inflammatory bowel disease (IBD), and with colonic specimens of 27 patients with CD, 8 patients with UC, and 102 controls. The abilities of E. coli strains to invade epithelial cells and to survive and replicate within macrophages were assessed using the gentamicin protection assay. Bacterial uptake by epithelial cells was analyzed using cytoskeletal inhibitors. Bacterial adhesion was quantified with Caco-2 and Intestine-407 cells. The presence of known E. coli virulence genes was assessed by polymerase chain reaction and DNA hybridization.In ileal specimens, AIEC strains were found in 21.7% of CD chronic lesions vs. in 6.2% of controls. In neoterminal ileal specimens, AIEC strains were found in 36.4% of CD early lesions (P = 0.034 vs. controls) and 22.2% of healthy mucosa of CD patients. In colonic specimens, AIEC strains were found in 3.7% of CD patients, 0% of UC patients, and 1.9% of controls.AIEC strains are associated specifically with ileal mucosa in CD.

The ileal mucosa of Crohn disease (CD) patients is abnormally colonized by adherent-invasive E. coli (AIEC) that are able to adhere to and invade intestinal epithelial cells. Here, we show that CD-associated AIEC strains adhere to the brush border of primary ileal enterocytes isolated from CD patients but not controls without inflammatory bowel disease. AIEC adhesion is dependent on type 1 pili expression on the bacterial surface and on carcinoembryonic antigen–related cell adhesion molecule 6 (CEACAM6) expression on the apical surface of ileal epithelial cells. We report also that CEACAM6 acts as a receptor for AIEC adhesion and is abnormally expressed by ileal epithelial cells in CD patients. In addition, our in vitro studies show that there is increased CEACAM6 expression in cultured intestinal epithelial cells after IFN-γ or TNF-α stimulation and after infection with AIEC bacteria, indicating that AIEC can promote its own colonization in CD patients.

ABSTRACT Escherichia coli strains recovered from Crohn's disease (CD) lesions are able to adhere to and invade cultured intestinal epithelial cells. We analyzed the behavior within macrophages of adherent invasive E. coli (AIEC) strains isolated from patients with CD. All the 15 AIEC strains tested were able to replicate extensively within J774-A1 cells: the numbers of intracellular bacteria increased 2.2- to 74.2-fold at 48 h over that at 1 h postinfection. By use of murine peritoneal macrophages and human monocyte-derived-macrophages, the reference AIEC strain LF82 was confirmed to be able to survive intracellularly. Transmission electron micrographs of AIEC LF82-infected macrophages showed that at 24 h postinfection, infected cells harbored large vacuoles containing numerous bacteria, as a result of the fusion of several vacuoles occurring after 8 h postinfection. No lactate dehydrogenase (LDH) release, no sign of DNA fragmentation or degradation, and no binding to fluorescein isothlocyanate-labeled annexin V were observed with LF82-infected J774-A1 cells, even after 24 h postinfection. LF82-infected J774-A1 cells secreted 2.7-fold more tumor necrosis factor alpha (TNF-α) than cells stimulated with 1 μg of lipopolysaccharide (LPS)/ml. No release of interleukin-1β was observed with LPS-prestimulated J774-A1 cells infected with AIEC LF82. These findings showed that (i) AIEC strains are able to survive and to replicate within macrophages, (ii) AIEC LF82 replication does not induce any cell death of the infected cells, and (iii) LF82-infected J774-A1 cells release high levels of TNF-α. These properties could be related to some features of CD and particularly to granuloma formation, one of the hallmarks of CD lesions.