Lymph nodes (LNs) are the major secondary lymphoid organs spatially distributed all over the human and mouse body playing a major role in innate and adaptive immune reactions. Like most other organs LNs have both blood and lymphatic vessels as major components of vasculature. Blood vessels function in providing nourishment, recruitment of B and T lymphocytes and monocytes to lymph nodes. Lymphatic vessels, the main topic of this research, function as conduits of lymph fluid from periphery along with APC carrying one or more types of antigens. Thus LN lymphatic vessels play a major role in early innate immune reactions and greatly aid in generating later course of adaptive immune reactions.
Lymphatic vessels are present in the sinusoidal form in LNs. The peripheral afferent lymphatic vessels attach to the LN capsule and spread below the capsule as sinusoidal network known as sub-capsular lymphatic vessels. In normal condition very few sub-capsular lymphatic vessels extend from the capsule and grow into the paracortex, deep cortex reaching the medullary lymphatic vessels. Around the hilus region the medullary and sub-capsular lymphatic vessels merge and leave the LNs as a single efferent lymphatic vessel. This way lymphatic vessels form labyrinth of sinusoids in LNs harboring one or more types of macrophages tethered along with them. When the lymph from the peripheral tissues enters the LN via afferent lymphatic vessels the antigen is captured by the sub-capsular, medullary vessel macrophages and the antigen free lymph leaves the LN via efferent lymphatic vessel. Antigen from the macrophage is processed and presented to the specific lymphocytes directly or via dendritic cells. Other than this, most of the times peripheral tissue dendritic cells, langerhans cells (skin) carry the antigen directly to the lymphocytes migrating via afferent lymphatic vessels outside the LN and LN lymphatic vessels inside the LNs. This way LN lymphatic vessels play a vital role in filtering the lymph of all the antigens and allowing only the antigen free lymph into systemic circulation thus maintaining the body fluid homeostasis.
It is known that inflammation induces lymphangiogenesis in the peripheral tissues. However, LN lymphangiogenesis is not widely studied. Furthermore, how inflammation induced skin and more particularly LN lymphangiogenesis aids in many aspects of innate immunity, thus paving a hassle free path for concurrent adaptive immune responses is unknown. Moreover, puzzling questions like, “does the peripheral skin and draining lymph node (DLN) lymphangiogenesis in acute inflammation helps in resolving the inflammation or leads to prolongation of inflammation” still exist. The first chapter of this research deals mainly to address the above mentioned queries. More specifically, this research examines the role of peripheral skin lymphatic vessels in conjunction with draining lymph node (DLN) lymphatic vessels in lymph flow, immune cell migration, antigen clearance and inflammation resolution in a mouse model of acute bacterial infection. This also explains the paracrine function of macrophages in secreting LV growth factors (VEGFs), thus inducing skin and LN lymphangiogenesis aiding in resolution of acute inflammation.
Considering the vital role of LN lymphatic vessels in innate and adaptive immune responses it is always important to know the cells and molecules which regulate them. T and B lymphocytes are the two major cell populations in LNs comprising more than 90% of LN cellularity. Resident dendritic cells and macrophages and the fibroblastic reticular cells are the remaining cells in the LNs. It is known that B-lymphocytes induce LN lymphangiogenesis during inflammation through secretions of VEGF-A. It is also known that incoming APC, CD11b+ macrophages play a major role in induction of LN lymphatic vessel growth through VEGF-A, C and D secretion. However, till date no known negative regulator of LN lymphatic vessels is reported. Moreover, the role of T-lymphocytes (the major population of LNs) in regulating LN lymphatic vessels is unknown. It is the law of nature that in a functional system there should be both positive and negative regulators functioning in tandem to maintain the homeostasis. The second chapter of this research mainly deals in elucidating the role of T lymphocytes in LN lymphatic vessel regulation. The study explains how B cells and T cells as positive and negative regulators respectively maintain LN lymphatic vessels at homeostasis in normal condition and how T cells are important in post inflammatory LN lymphatic vessel regression. Moreover, this research brings forth the anti-lymphangiogenic role of T-cell secreted Interferon gamma $(IFN-\gamma)$.
림프절(Lymphatic node)은 인간과 쥐의 체내 모든 곳에 널리 분포된 주요 이차림프기관으로써 선천면역과 후천면역반응시 중요한 역할을 한다. 대부분의 다른 기관들처럼 림프절은 맥관구조의 중요한 구성요소로 혈관과 림프관 모두를 가지고 있다. 혈관은 영양분을 공급하고, B와 T 림프구, 그리고 단핵세포들을 림프절로 모집시키는 기능을 가지고 있다. 연구내용의 주제인 림프관은 한 개 혹은 한 개 이상의 항원 종류를 운반하는 항원제공 세포들과 함께 말초로부터 림프액을 전달하는 기능을 한다. 그러므로 림프절 내의 림프관들은 초기의 선천면역 반응 시 주요 역할을 하며, 후에 후천면역 반응이 발생하도록 도움을 준다.
림프관들은 림프절에서 sinusoidal 형태로 존재한다. 말초수입림프관은 림프절 피막에 존재하며, 피막하 림프관이라 알려진 sinusoidal 네트워크로써 피막 밑에서 퍼져나간다. 정상적인 환경에서는 매우 소량의 피막하 림프관이 피막에서 뻗어나가, 수질 림프관에 이르는 깊은 피질인 곁피질로 자라난다. 문(hilus) 지역 주변에서는 수질 림프관과 피막하 림프관이 합쳐지고 하나의 수출 림프관이 되어 림프절을 떠난다. 이렇게 림프절 동양혈관의 미로 속 림프관들은 한 개 혹은 그 이상의 대식세포 종류를 가지고 이들과 함께 매어지게 된다. 말초 조직의 림프액이 수입림프관을 통하여 림프절에 들어서면 피막하 대식세포, 수질관 대식세포에 의해 항원이 잡히고, 항원이 남아있지 않은 림프액은 수출림프관을 통해 림프절을 떠난다. 대식세포로부터 온 항원은 processing되어 특이적인 림프구에 직접적으로 나타내지거나 가지돌기세포(dendritic cells)를 통해 나타나게 된다. 이것을 제외한 대부분의 경우, 말초조직 가지돌기세포와 피부의 랑거한스세포가 림프절 외부의 수입림프관들과 림프절 내부의 림프절 내 림프관을 통하여 이동하면서 직접적으로 림프구들에게 항원을 운반한다. 이렇게 림프절 림프관들은 림프액의 모든 항원들을 걸러 내거나 오직 무항원 림프액만이 체순환에 들어갈 수 있도록 함으로써 체액의 항상성을 유지시켜준다.
염증이 말초조직에서 림프관신생을 유도한다고 알려져 있지만 림프절의 림프관신생에 관해서는 많이 연구되지 않았다. 염증유발성 피부나 특히 림프절내의 림프관신생이 어떤 식으로 선천면역의 여러 부분들을 촉진시키는지 알려지지 않았기 때문에 후천면역성 반응에 관한 연구결과도 미비한 생태이다. 또한, "급성염증시, 말초피부와 유출림프절신생이 염증을 완화시키는데 도움이 되는가?" 혹은, "만성염증발생에 앞장서는가?"와 같은 문제들이 아직도 존재한다. 이러한 의문점들은 급성세균성 감염증에 걸린 쥐 모델을 사용하여 림프흐름, 면역세포 이동, 항원제거 및 염증완화에 관련된 유출림프절 림프관들과 함께 이번 연구논문의 첫 장에서 주로 다뤄지며 특히, 말초피부림프관들의 역할에 관하여 조사할 것이다. 이번 연구에서는 대식세포가 림프관 성장인자 (혈관내피성장인자 VEGF)를 분비함으로써 급성염증 완화를 돕고 피부와 림프절신생을 유도하는 paracrine 기능을 설명하고자 한다.
선천면역과 후천면역 반응과 관련한 림프절내 림프관들의 중요 역할에 대해 고려해 볼 때, 이 반응을 조절하는 세포와 분자에 대한 연구는 중요한 의미를 지닌다. T와 B 림프구들은 림프절의 90% 이상을 차지하는 두 개의 주요 림프절 세포집단이며 고유의 가지돌기세포, 대식세포, 그리고 섬유모세포성 망상세포(fibroblastic reticular cells)는 림프절에 남아있는 세포들이다. B 림프구들은 VEGF-A의 분비를 통해 염증 시, 림프절내 림프관 신생을 유도한다고 알려져 있다. 또한, 뒤를 잇는 항원제공세포와 CD11b+ 대식세포는 VEGF-A, C, 그리고 D의 분비를 통해 림프절내 림프관신생 유도에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 하지만 림프절 림프관의 음성조절자는 지금까지 알려진 바가 없다. 게다가 림프절내 림프관 조절과 관련된 T 림프구(림프절의 주 세포집단)의 역할 역시 밝혀지지 않았다. 항상성을 유지하기 위해서는 기능적인 시스템 속에서 양성조절자와 음성조절자가 서로 협력하고 기능을 발휘해야한다. 이번 연구논문의 두 번째 장에서는 림프절내 림프관 조절에 관여하는 T 림프구들의 역할을 밝히는 데에 중점을 둘 것이다. 정상적인 환경 속에서 B 림프구들과 T 림프구들이 각각 어떻게 양성적 혹은 음성적으로 림프절내 림프관의 항상성을 유지하는지 그리고 염증 후 림프절내 림프관 퇴행에서 T 림프구들이 얼마나 중요한지에 대해 설명할 것이다. 또한, 이 연구는 T 세포에서 분비된 $IFN-\gamma$ 의 림프관신생억제에 대해 논할 것이다.
