Inflammatory (Ly6Chi CCR2+) monocytes provide defense against infections but also contribute to autoimmune diseases and atherosclerosis. Monocytes originate from bone marrow and their entry into the bloodstream requires stimulation of CCR2 chemokine receptor by monocyte chemotactic protein-1 (MCP1). How monocyte emigration from bone marrow is triggered by remote infections remains unclear. We demonstrated that low concentrations of Toll-like receptor (TLR) ligands in the bloodstream drive CCR2-dependent emigration of monocytes from bone marrow. Bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) and their progeny, including CXC chemokine ligand (CXCL)12-abundant reticular (CAR) cells, rapidly expressed MCP1 in response to circulating TLR ligands or bacterial infection and induced monocyte trafficking into the bloodstream. Targeted deletion of MCP1 from MSCs impaired monocyte emigration from bone marrow. Our findings suggest that bone marrow MSCs and CAR cells respond to circulating microbial molecules and regulate bloodstream monocyte frequencies by secreting MCP1 in proximity to bone marrow vascular sinuses.

Microbial penetration of the intestinal epithelial barrier triggers inflammatory responses that include induction of the bactericidal C-type lectin RegIIIγ. Systemic administration of flagellin, a bacterial protein that stimulates Toll-like receptor 5 (TLR5), induces epithelial expression of RegIIIγ and protects mice from intestinal colonization with antibiotic-resistant bacteria. Flagellin-induced RegIIIγ expression is IL-22 dependent, but how TLR signaling leads to IL-22 expression is incompletely defined. By using conditional depletion of lamina propria dendritic cell (LPDC) subsets, we demonstrated that CD103+CD11b+ LPDCs, but not monocyte-derived CD103−CD11b+ LPDCs, expressed high amounts of IL-23 after bacterial flagellin administration and drove IL-22-dependent RegIIIγ production. Maximal expression of IL-23 subunits IL-23p19 and IL-12p40 occurred within 60 min of exposure to flagellin. IL-23 subsequently induced a burst of IL-22 followed by sustained RegIIIγ expression. Thus, CD103+CD11b+ LPDCs, in addition to promoting long-term tolerance to ingested antigens, also rapidly produce IL-23 in response to detection of flagellin in the lamina propria.

The intestinal microbiota contributes to the development of the immune system, and conversely, the immune system influences the composition of the microbiota. Toll-like receptors (TLRs) in the gut recognize bacterial ligands. Although TLR signaling represents a major arm of the innate immune system, the extent to which TLRs influence the composition of the intestinal microbiota remains unclear. We performed deep 16S ribosomal RNA sequencing to characterize the complex bacterial populations inhabiting the ileum and cecum of TLR- and MyD88-deficient mice. The microbiota of MyD88- and TLR-deficient mouse colonies differed markedly, with each colony harboring distinct and distinguishable bacterial populations in the small and large intestine. Comparison of MyD88-, TLR2-, TLR4-, TLR5-, and TLR9-deficient mice and their respective wild-type (WT) littermates demonstrated that the impact of TLR deficiency on the composition of the intestinal microbiota is minimal under homeostatic conditions and after recovery from antibiotic treatment. Thus, differences between TLR-deficient mouse colonies reflected long-term divergence of the microbiota after extended husbandry in isolation from each other. Long-term breeding of isolated mouse colonies results in changes of the intestinal microbiota that are communicated to offspring by maternal transmission, which account for marked compositional differences between WT and mutant mouse strains.

Listeria monocytogenes is a foodborne pathogen that causes septicemia, meningitis and chorioamnionitis and is associated with high mortality. Immunocompetent humans and animals, however, can tolerate high doses of L. monocytogenes without developing systemic disease. The intestinal microbiota provides colonization resistance against many orally acquired pathogens, and antibiotic-mediated depletion of the microbiota reduces host resistance to infection. Here we show that a diverse microbiota markedly reduces Listeria monocytogenes colonization of the gut lumen and prevents systemic dissemination. Antibiotic administration to mice before low dose oral inoculation increases L. monocytogenes growth in the intestine. In immunodeficient or chemotherapy-treated mice, the intestinal microbiota provides nonredundant defense against lethal, disseminated infection. We have assembled a consortium of commensal bacteria belonging to the Clostridiales order, which exerts in vitro antilisterial activity and confers in vivo resistance upon transfer into germ free mice. Thus, we demonstrate a defensive role of the gut microbiota against Listeria monocytogenes infection and identify intestinal commensal species that, by enhancing resistance against this pathogen, represent potential probiotics.

,