chapter  7
28 Pages

Immune Functions and Mechanisms in the Gastrointestinal Tract

ByAlix Dubert-Ferrandon, David S. Newburg, Allan W. Walker

CONTENTS Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Gut Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

The Physical Barriers of the Gut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Chemical Barriers of the Gut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

The Commensal Microflora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Establishment of the Flora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Diversity of the Flora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Mucosal Immunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Gut-Associated Lymphoid Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 The Innate Immune System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Cells of the Innate Immune System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Pattern-Recognition Receptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Toll-Like Receptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

The Adaptive Immune System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Cells of the Adaptive Immune System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 The Regulation of Lymphocytes via Adhesion and

Chemokine Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 sIgA: An Antibody Unique to Mucosal Protection . . . . . . . . . . . 131

Tolerance to Foreign Antigens: Commensal Flora and Food . . . . . . . . 133 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

The immune system is distributed throughout the body to provide defense to the host against a variety of pathogens. It can be categorized into a number of

8171: “chap07” — 2007/12/3 — 14:27 — page 116 — #2

of

anatomicallydifferent compartments thatdevelop specific immune responses dependent upon the body tissue considered. Mucosal surfaces are part of the immune system; they are composed of the respiratory, genitourinary, and gastrointestinal tracts. They are all thin permeable barriers that allow exchanges between the exterior and the interior of the body, rendering them susceptible to infection. The primary function of the gastrointestinal (GI) tract is to digest food.