Emerging evidence supports the concept that T helper type 17 (T(H)17) cells, in addition to mediating autoimmunity, have key roles in mucosal immunity against extracellular pathogens. Interleukin-22 (IL-22) and IL-17A are both effector cytokines produced by the T(H)17 lineage, and both were crucial for maintaining local control of the Gram-negative pulmonary pathogen, Klebsiella pneumoniae. Although both cytokines regulated CXC chemokines and granulocyte colony-stimulating factor production in the lung, only IL-22 increased lung epithelial cell proliferation and increased transepithelial resistance to injury. These data support the concept that the T(H)17 cell lineage and its effector molecules have evolved to effect host defense against extracellular pathogens at mucosal sites.

Interleukin (IL)-23 is a heterodimeric cytokine that shares the identical p40 subunit as IL-12 but exhibits a unique p19 subunit similar to IL-12 p35. IL-12/23 p40, interferon γ (IFN-γ), and IL-17 are critical for host defense against Klebsiella pneumoniae. In vitro, K. pneumoniae–pulsed dendritic cell culture supernatants elicit T cell IL-17 production in a IL-23–dependent manner. However, the importance of IL-23 during in vivo pulmonary challenge is unknown. We show that IL-12/23 p40–deficient mice are exquisitely sensitive to intrapulmonary K. pneumoniae inoculation and that IL-23 p19−/−, IL-17R−/−, and IL-12 p35−/− mice also show increased susceptibility to infection. p40−/− mice fail to generate pulmonary IFN-γ, IL-17, or IL-17F responses to infection, whereas p35−/− mice show normal IL-17 and IL-17F induction but reduced IFN-γ. Lung IL-17 and IL-17F production in p19−/− mice was dramatically reduced, and this strain showed substantial mortality from a sublethal dose of bacteria (103 CFU), despite normal IFN-γ induction. Administration of IL-17 restored bacterial control in p19−/− mice and to a lesser degree in p40−/− mice, suggesting an additional host defense requirement for IFN-γ in this strain. Together, these data demonstrate independent requirements for IL-12 and IL-23 in pulmonary host defense against K. pneumoniae, the former of which is required for IFN-γ expression and the latter of which is required for IL-17 production.

Inflammatory bowel diseases (IBDs) such as Crohn's disease and ulcerative colitis are characterized by recurrent inflammation in the gastrointestinal tract. Infiltration of CD4+ lymphocytes and neutrophils is one of the predominant features of IBD. Recently, interleukin (IL)-23 and the downstream T cell-derived cytokine IL-17 have been found to be elevated in intestinal tissue and serum of IBD patients. However, the role of IL-17 and IL-17R signaling in gut inflammation is unknown. To examine this role, we investigated gut inflammation in wild-type or IL-17R knockout mice. Using a model of acute trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS)-induced colitis, we found that IL-17 was produced in colon tissue at 24 and 48 hours and that IL-17R knockout mice were significantly protected against TNBS-induced weight loss, IL-6 production, colonic inflammation, and local macrophage inflammatory protein-2 induction. This protection occurred in the presence of equivalent induction of local IL-23 and higher levels of IL-12p70 and interferon-γ in IL-17R knockout mice compared with wild-type mice. Moreover, IL-17R knockout mice showed reduced tissue myeloperoxidase activity. Furthermore, overexpression of an IL-17R IgG1 fusion protein significantly attenuated colonic inflammation after acute TNBS. These results demonstrate that IL-17R signaling plays a critical role in the development of TNBS-induced colitis and may represent a target for therapeutic intervention for IBD.

Abstract Local production of IL-17 is a significant factor in effective host defense against Gram-negative bacteria. However, the proximal events mediating IL-17 elaboration by T cells remain unclear. In this study, we show in vivo that intact Toll-like receptor 4 signaling in the lung is required for induction of both the p19 transcript of IL-23 and IL-17 protein elaboration in response to Klebsiella pneumoniae. Although IL-17 is widely considered a CD4+ T cell product, we also demonstrate significant in vitro IL-17 production by CD8+ T cells after culture in medium from dendritic cells exposed to these bacteria. The dominant portion of this IL-17-inducing activity for both CD4+ and CD8+ T cells is IL-23. These data demonstrate the critical signaling pathway for IL-17 induction in the host response to Gram-negative pulmonary infection and suggest a direct role for IL-23 in CD8+ T cell IL-17 production.

Interleukin-22 (IL-22), a recently identified member of the IL-10 family of cytokines that is produced by Th17 and natural killer cells, plays an important role in controlling bacterial infection, homeostasis, and tissue repair. Here, we tested the effect of IL-22 on alcohol-induced liver injury in a murine model of chronic-binge ethanol feeding. Feeding male C57BL/6 mice with a Lieber-DeCarli diet containing 5% ethanol for 10 days, followed by a single dose of ethanol (5 g/kg body weight) by gavage, induces significant fatty liver and liver injury with peak serum levels of approximately 250 IU/L alanine aminotransferase and 420 IU/L aspartate aminotransferase 9 hours after gavage. Moreover, chronic-binge ethanol administration increases expression of hepatic and serum inflammatory cytokines and hepatic oxidative stress. Using this model, we demonstrate that treatment with IL-22 recombinant protein activates hepatic signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) and ameliorates alcoholic fatty liver, liver injury, and hepatic oxidative stress. Administration with IL-22 adenovirus also prevents alcohol-induced steatosis and liver injury. Deletion of STAT3 in hepatocytes abolishes the hepatoprotection provided by IL-22 in alcoholic liver injury. In addition, IL-22 treatment down-regulates the hepatic expression of fatty acid transport protein, but up-regulates several antioxidant, antiapoptotic, and antimicrobial genes. Finally, expression of IL-22 receptor 1 is up-regulated whereas IL-22 is undetectable in the livers from mice with chronic-binge ethanol feeding or patients with alcoholic hepatitis.Chronic-binge ethanol feeding may be a useful model to study the early stages of alcoholic liver injury. IL-22 treatment could be a potential therapeutic option to ameliorate alcoholic liver disease, due to its antioxidant, antiapoptotic, antisteatotic, proliferative, and antimicrobial effects with the added benefit of potentially few side effects.