Interleukin 23 (IL-23) has been implicated in the pathogenesis of autoimmune and chronic inflammatory disorders. New work in a mouse model has identified a previously unrecognized population of innate lymphoid cells that respond to IL-23 by inducing inflammation through the production of IL-17 and interferon-γ. Further work will be needed to establish whether this newly discovered IL-23-driven pathway contributes to chronic inflammatory diseases such as irritable bowel disease. The cytokine interleukin (IL)-23 has inflammatory effects on innate immune cells and can drive colitis, but the cellular and molecular pathways involved are poorly characterized. Here it is shown that bacterial-driven innate colitis involves a previously unknown population of IL-23-responsive innate leukocytes that produce IL-17 and interferon-γ. These cells may represent a target in inflammatory bowel disease. The key role of interleukin (IL)-23 in the pathogenesis of autoimmune and chronic inflammatory disorders is supported by the identification of IL-23 receptor (IL-23R) susceptibility alleles associated with inflammatory bowel disease, psoriasis and ankylosing spondylitis. IL-23-driven inflammation has primarily been linked to the actions of T-helper type 17 (TH17) cells1. Somewhat overlooked, IL-23 also has inflammatory effects on innate immune cells2 and can drive T-cell-independent colitis. However, the downstream cellular and molecular pathways involved in this innate intestinal inflammatory response are poorly characterized. Here we show that bacteria-driven innate colitis is associated with an increased production of IL-17 and interferon-γ in the colon. Stimulation of colonic leukocytes with IL-23 induced the production of IL-17 and interferon-γ exclusively by innate lymphoid cells expressing Thy1, stem cell antigen 1 (SCA-1), retinoic-acid-related orphan receptor (ROR)-γt and IL-23R, and these cells markedly accumulated in the inflamed colon. IL-23-responsive innate intestinal cells are also a feature of T-cell-dependent models of colitis. The transcription factor ROR-γt, which controls IL-23R expression, has a functional role, because Rag-/-Rorc-/- mice failed to develop innate colitis. Last, depletion of Thy1+ innate lymphoid cells completely abrogated acute and chronic innate colitis. These results identify a previously unrecognized IL-23-responsive innate lymphoid population that mediates intestinal immune pathology and may therefore represent a target in inflammatory bowel disease.

Inflammatory bowel disease (IBD) is a chronic inflammatory disorder of the gastrointestinal tract involving aberrant activation of innate and adaptive immune responses. We have used two complementary models of IBD to examine the roles of interleukin (IL)-12 family cytokines in bacterially induced intestinal inflammation. Our results clearly show that IL-23, but not IL-12, is essential for the induction of chronic intestinal inflammation mediated by innate or adaptive immune mechanisms. Depletion of IL-23 was associated with decreased proinflammatory responses in the intestine but had little impact on systemic T cell inflammatory responses. These results newly identify IL-23 as a driver of innate immune pathology in the intestine and suggest that selective targeting of IL-23 represents an attractive therapeutic approach in human IBD.

The CD40-CD154 pathway is important in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Here we show that injection of an agonistic CD40 mAb to T and B cell-deficient mice was sufficient to induce a pathogenic systemic and intestinal innate inflammatory response that was functionally dependent on tumor necrosis factor-alpha and interferon-gamma as well as interleukin-12 p40 and interleukin-23 p40 secretion. CD40-induced colitis, but not wasting disease or serum proinflammatory cytokine production, depended on interleukin-23 p19 secretion, whereas interleukin-12 p35 secretion controlled wasting disease and serum cytokine production but not mucosal immunopathology. Intestinal inflammation was associated with IL-23 (p19) mRNA-producing intestinal dendritic cells and IL-17A mRNA within the intestine. Our experiments identified IL-23 as an effector cytokine within the innate intestinal immune system. The differential role of IL-23 in local but not systemic inflammation suggests that it may make a more specific target for the treatment of IBD.

The cytokine oncostatin M drives intestinal inflammation in mice, and its abundance in the intestine of patients with inflammatory bowel disease predicts response to tumor necrosis factor–neutralizing therapy. Inflammatory bowel diseases (IBD), including Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC), are complex chronic inflammatory conditions of the gastrointestinal tract that are driven by perturbed cytokine pathways. Anti-tumor necrosis factor-α (TNF) antibodies are mainstay therapies for IBD. However, up to 40% of patients are nonresponsive to anti-TNF agents, which makes the identification of alternative therapeutic targets a priority. Here we show that, relative to healthy controls, inflamed intestinal tissues from patients with IBD express high amounts of the cytokine oncostatin M (OSM) and its receptor (OSMR), which correlate closely with histopathological disease severity. The OSMR is expressed in nonhematopoietic, nonepithelial intestinal stromal cells, which respond to OSM by producing various proinflammatory molecules, including interleukin (IL)-6, the leukocyte adhesion factor ICAM1, and chemokines that attract neutrophils, monocytes, and T cells. In an animal model of anti-TNF-resistant intestinal inflammation, genetic deletion or pharmacological blockade of OSM significantly attenuates colitis. Furthermore, according to an analysis of more than 200 patients with IBD, including two cohorts from phase 3 clinical trials of infliximab and golimumab, high pretreatment expression of OSM is strongly associated with failure of anti-TNF therapy. OSM is thus a potential biomarker and therapeutic target for IBD, and has particular relevance for anti-TNF-resistant patients.

Mutations in the IL23R gene are linked to inflammatory bowel disease susceptibility. Experimental models have shown that interleukin-23 (IL-23) orchestrates innate and T cell-dependent colitis; however, the cell populations it acts on to induce intestinal immune pathology are unknown. Here, using Il23r(-/-) T cells, we demonstrated that T cell reactivity to IL-23 was critical for development of intestinal pathology, but not for systemic inflammation. Through direct signaling into T cells, IL-23 drove intestinal T cell proliferation, promoted intestinal Th17 cell accumulation, and enhanced the emergence of an IL-17A(+)IFN-gamma(+) population of T cells. Furthermore, IL-23R signaling in intestinal T cells suppressed the differentiation of Foxp3(+) cells and T cell IL-10 production. Although Il23r(-/-) T cells displayed unimpaired Th1 cell differentiation, these cells showed impaired proliferation and failed to accumulate in the intestine. Together, these results highlight the multiple functions of IL-23 signaling in T cells that contribute to its colitogenic activity.

Summary

 Interleukin-23 (IL-23) is an inflammatory cytokine that plays a key role in the pathogenesis of several autoimmune and inflammatory diseases. It orchestrates innate and T cell-mediated inflammatory pathways and can promote T helper 17 (Th17) cell responses. Utilizing a T cell transfer model, we showed that IL-23-dependent colitis did not require IL-17 secretion by T cells. Furthermore, IL-23-independent intestinal inflammation could develop if immunosuppressive pathways were reduced. The frequency of naive T cell-derived Foxp3⁺ cells in the colon increased in the absence of IL-23, indicating a role for IL-23 in controlling regulatory T cell induction. Foxp3-deficient T cells induced colitis when transferred into recipients lacking IL-23p19, showing that IL-23 was not essential for intestinal inflammation in the absence of Foxp3. Taken together, our data indicate that overriding immunosuppressive pathways is an important function of IL-23 in the intestine and could influence not only Th17 cell activity but also other types of immune responses.