Více účinky CD40–CD40L v ose imunitu proti infekci a rakovině

Úvod

CD8+ cytotoxických T lymfocytů (CTL) reakce hrají zásadní roli v imunitě proti infekci a rakovině.1 ke generování efektivních CTL odpovědí jsou zapotřebí tři klíčové molekulární signály. Signál 1 je dodáván když antigen-specifické T-buněčné receptory (TCR) se váže na peptid-naložený hlavní histokompatibilní komplex (MHC) na antigen-prezentující buňky (Apc) a signál 2 je generován prostřednictvím zapojení kostimulační molekuly, a to B7-1 (CD80) a B7-2 (CD86) a CD28 (např., T-lymfocytů CD28/APC CD80).1 v návaznosti na Ag-specifickými T buňkami APC interakce, imunologické synapse je tvořena zahrnující centrální shluk TCR–MHC–peptidových komplexů a CD28–CD80 interakce obklopen kroužky zabývá příslušenství molekul (např. v komplexu LFA-1–CD54).1-3 třetím signálem je sekrece cytokinů, které dále zvyšují, modifikují a zkreslují reagující efektorové CTL.4,5 pokud je signál 1 generován v nepřítomnosti signálu 2, pak místo imunity činí toleranci.6 kostimulace nebo efektivní zapojení různých povrchových molekul na APC a T buňkách je tedy důležité pro spuštění účinné imunitní odpovědi.

Kostimulační molekuly jsou obecně rozděleny do dvou skupin: rodinná skupina CD28/B7 a rodinná skupina faktoru nekrózy nádorů (TNF)/receptoru faktoru nekrózy nádorů (TNFR). CD28 je T-buněčný povrchový receptor, který se váže na kostimulační molekuly B7-1 (CD80) a B7-2 (CD86) na obrněných Transportérů, jako jsou dendritické buňky (Dc) a makrofágy, a podílí se na aktivaci buňkami zprostředkované imunitní odpovědi.7 inhibiční molekula rodiny CD28 je cytotoxický antigen T lymfocytů 4 (CTLA-4). CD28 a CTLA-4 jsou dva receptory, které rozpoznávají stejné ligandy (molekuly B7), ale mají opačné funkční účinky na aktivaci T-buněk.8 CD40 je členem rodiny TNFR, která zahrnuje OX40 (CD134), 4-1BB (CD137) a CD27.9 OX40 je exprimován na aktivovaných T buňkách, zatímco jeho ligandový partner OX40L je umístěn na APC.10 4-1BB (CD137), který je exprimován na B-buňky, makrofágy a DCs, vzhledem k tomu, že jeho ligand 4-1BBL je vyjádřena na DCs a makrofágy.11 ligand pro CD27, CD70, se také nachází na APCs.12 členů rodiny TNF/TNFR je indukováno v hodinách až dnech po zapojení TCR a zahrnuje pozdější fáze aktivace T-buněk.13 v tomto přehledu se zaměřujeme na zapojení CD40–CD40L do licencování DCs, podporu paměti T-buněk a konverzi vyčerpání CTL při chronické infekci.

CD40 receptor a jeho ligand CD40L (CD154) patří do rodiny TNF: TNFR. CD40 byl původně identifikován jako povrchový marker na buňkách karcinomu močového měchýře a B buňkách.14 později bylo zjištěno, že CD40 exprimuje na B buňkách, makrofágech a DCs, stejně jako na mnoha neimunitních buňkách. Signalizace CD40-CD40L v B buňkách je důležitá pro generování plazmatických buněk s dlouhou životností a paměťových B buněk i pro jejich přežití. Zde se zaměřujeme na roli signalizace CD40-CD40L v imunitě T-buněk. CD40L je přirozený ligand pro CD40 a membránový glykoprotein typu II, 39-kDa. Následující CD40–CD40L interakcí na povrchu buněk; intracelulární signalizace je usnadněno přijímání TNFR-související faktory (TRAFs) ve vnitřní membráně buněk, což vede k aktivaci různých cest, jako kanonická a nekanonická nukleární faktor kB dráhy, mitogen-aktivované protein kinázy, fosfatidylinositol-3 kináza (PI3K), a fosfolipasy Cy dráhy.15 CD40–CD40L je pár kostimulační molekuly, a jejich interakce je nezbytná pro úspěšné adaptivní imunitní odpovědi. Existuje nepřeberné množství zpráv, které naznačují význam interakce CD40-CD40L v imunitní odpovědi, zejména ve vývoji CD8 + CTL. Dva modely byly navrženy různými laboratořemi ohledně signalizace CD40 v odezvách CTL.16 první model naznačuje, že podněty z CD40L CD4+ T helper (Th) buňky CD40-vyjádření DCs jsou nezbytné pro zrání DC (licence), a v pořadí, licenci DCs může vyvolat efektivní CTL odpovědi.16 požadavek na CD40 V DC licencování však lze obejít zánětlivými reakcemi na patogeny, které aktivují APC přímo.17 druhý model naznačuje, že CD40L-vyjádření CD4+ T-buňky se aktivuje CD40-vyjádření CD8+ T buňky přímo,18 předpovídají, že CTL odpověď na všechny antigeny vyžadují CD40 signalizace na CD8+ T buněk. Celkově důležité role pro interakci CD40-CD40L vedou k mnoha imunitním událostem, což je velmi důležité pro obranu hostitele proti patogenům a rakovině.

CD40 signalizace na DCs pro DC licencování

imunitní odpovědi na pomocné antigeny závislé na T-buňkách vyžadují pomoc CD4+ T-buněk.19 DCs nemůže připravit naivní CD8+ T buňky u knockoutových myší MHC II (CD4+ T deficientní). Bylo prokázáno, že CD4+ T buňky poskytují pomoc prostřednictvím zapojení jejich CD40L20 s CD40 na DCs a licenci DCs je silný stimulátor imunitní odpovědi.19,21,22 později bylo navrženo, že licencované DC zprostředkovávají CD8+ T-buněčné odpovědi zvýšením exprese molekul B7 a sekrece cytokinů, jako je interleukin 12 (IL-12), který podporuje diferenciaci T-buněk.21 kromě toho, CD40–CD40L interakcí také způsobuje zvýšenou expresi MHC, kostimulační a adhezivní molekuly a výsledky v rozšířené indukce prozánětlivých chemokines a cytokinů v DCs.23 aktivace DCs prostřednictvím signálu CD40-CD40L tedy poskytuje „pomoc CD4+ T buňkám“ nezbytnou pro posílení DCs ke zkříženým naivním T buňkám.24 Ale problém byl, jak se tyto tři typy buněk, které jsou vzácné a stěhovavých, dárek na stejné místo k interakci s ostatními. Kromě toho existuje několik zpráv, které poskytly nesourodé výsledky, že CD4+ T buňky mohou aktivovat APC prostřednictvím cesty nezávislé na CD40.25,26 bylo však navrženo, že když jsou DC aktivovány příbuznými CD4+ T buňkami, DC začnou vylučovat chemokiny CCL3 a CCL4.27 Chemokines průvodce příbuzný interakce CCR5-vyjádření CD8+ T buněk s licenci DCs, což vede k aktivaci silné CTL odpovědi přes tři buněčné interakce.27 Naší laboratoři dříve za předpokladu, in vivo důkaz pro dynamickou tři buněčné interakce v modelu pro CTL odpovědi, přičemž jednou DCs jsou licencovány DC–CD4+ T-buňka, licenci DCs nevyžaduje současnou přítomnost příbuzných CD4+ T buněk,16, který je na rozdíl od předchozí studie naznačuje absolutní požadavek DC–CD4+ T–CD8+ T ternární klastrů pro CTL odpovědi.18 nebylo však stanoveno, zda interakce CD40-CD40L indukuje DCs k vylučování chemokinů CCL3 a CCL4. Dále nebylo známo, zda DCs licencované prostřednictvím interakce CD40-CD40L vyžaduje expresi CCR5 pomocí CD8+ T buněk k indukci CTL odpovědí.

CD40 signalizace na CD8+ T buňky, T-buňky paměti

CD40 je vyjádřena nejen na obrněných Transportérů, jako jsou B-buňky a DCs, ale také na aktivovaných CD8+ T buněk.23 nebylo však jasné, která buněčná populace hraje rozhodující roli při doručování signalizace CD40 pro odpovědi CTL. Buržoazní et al prokázali, že generace paměťových CD8+ T buněk zahrnuje expresi CD40 na CD8+ T buněk, ale vyžaduje CD4+ T-buněk pomoci přes CD40–CD40L interakce pro formování DC–CD4+ T–CD8+ T ternární clusteru.18 Autoři dále navrhl, že takové CD4–CD8 T-buněk, interakce CD40–CD40L signalizace nezbytně nutné DCs a tři buněčné interakce, ale aktivaci CD8+ T buněk byla nezávislá na CD40 výraz DCs.18 V infekční onemocnění model, předchozí studie uvádí, CD40L výraz v DCs, a navrhl, že CD40L-vyjádření DCs mohl dodat CD40–CD40L signalizace na CD8+ T buněk k indukci CTL odpovědi bez nutnosti CD4+ T buněk.28 Mezibuněčné trogocytosis (nový jev v buněčné imunologie), že je výměna membránových molekul mezi buňky imunitního systému, jako jsou DCs a T buněk prostřednictvím 1) internalizaci a recyklaci molekul v synapse vytvořené mezi Dc a T-buněk, 2) disociace-spojené proces, 3) absorpce DC-vydáno exosomy (EXOs) T buňky, a 4) zavádění DC membránou nanotrubičky T buněk bylo zjištěno, že hrají důležitou roli v modulaci imunitní odpovědi (Obrázek 1).29 dříve jsme navrhli dynamický dvoubuněčný interakční model pro indukci CTL odpovědí.30 Podle tohoto navrhovaného modelu, CD4+ pomocné T buňky, když je aktivováno DCs získat nejen synapse-skládá MHC třídy II a kostimulační molekuly (CD54 a CD80), ale také přihlížející pMHC-I z obrněných Transportérů, přes proces se nazývá internalizace a recyklaci molekul v synapse vytvořené mezi Dc a T buňky (Obrázek 1),31 a stát CD4+ T-helper obrněných Transportérů (Th-Apc), které mohou přímo stimulovat CD8+ CTL proliferace a tvorby paměti (Obrázek 1).2,3 prokázali jsme, že Th-APC se mohou také tvořit prostřednictvím vychytávání EXO uvolněného DC (Obrázek 1).32,33 ukázali jsme, že nespecifické CD4+ T buňky mohou přijímat antigen-specifické DC-uvolněné EXOs a jsou schopny stimulovat antigen-specifické CD8+ CTL odpovědi a dlouhodobou paměť T-buněk.32 později naše laboratoř poskytla in vivo důkazy o přímých interakcích CD4+ T-buněk–CD8+ T-buněk a prokázala, že takové interakce nevyžadují současnou přítomnost DCs.16 pomocí dvoufotonového zobrazování jsme dále poskytli jednoznačný důkaz, že CD4+ T buňky získané pMHC-I mohou přímo interagovat s CD8+ T buňkami pro doručování signálu CD40L in vivo.16 nedávná studie z jiné skupiny také poskytla dvoufotonová zobrazovací data, která silně podpořila naše zjištění přímých interakcí CD4+ T-buněk-CD8+ T-buněk.34 V modelu infekce, Johnson et al ukázala, že myší sleziny DCs vyjádřil CD40L po virové infekce nebo Toll-like receptor stimulace, což vyvolalo CTL odpovědi prostřednictvím signalizace CD40 na CD8+ T buněk.28 naše studie dříve prokázala, že CD40L na CD4+ T buňkách je rozhodující pro přímou signalizaci CD40 na CD8+ T buňkách vedoucí k účinné CTL odpovědi v nezánětlivých podmínkách.16 dále uvádí, že pMHC-jsem komplexy-získané CD4+ Th-Apc prostřednictvím jejich endogenní IL-2 a CD40L signalizace zvýšení přežití převedeny Ctl a jejich diferenciace do funkční paměti Ctl schopné chránit proti vysoce metastazující nádor výzvu.35 Tyto findings16,21,28,33 silně naznačují, že CD40–CD40L signalizace je kritické pro efektivní CTL odpověď, a že důsledky CD40 signalizace jsou složité a závisí na typu buněk exprimujících CD40 a prostředí, ve kterém CD40 signál je k dispozici.

Obrázek 1 CD40–CD40L interakcí v DC–T buněk a T–buněk T-buněčné rozhraní. Poznámky: cross-priming DC první interakci s antigen-specifické CD4+ T pro rozhodující první krok v CD40–CD40L-závislé CTL odpovědi prostřednictvím pMHC-II a TCR (signál 1), CD80–CD28 (signál 2), a cytokinů (signál 3). CD40L-vyjádření CD4+ T interaguje s antigenem-účetní CD40-vyjádření DC, a tak DC–CD4+ T interakcí výsledek v DC licencí a CD4+ T-buněčné aktivace (naplnění). Příbuzný CD8+ Ctl tak může získat pomocníka nebo stimulační signály, a to nejen z DC–CD4+ T shluky, ale také odděleně od plně licencované DCs a CD4+ T buněk, a to i po jejich disociaci od DC–CD4+ T klastrů. CD4+ pomocné T buňky, když je aktivováno DCs získat nejen synapse-skládá MHC třídy II a kostimulační molekuly (CD54 a CD80), ale také přihlížející pMHC-jsem z DC přes trogocytosis (internalizace, disociace–asociace, exosomy příjmu, nebo membrána nanotrubice) a stát CD4+ Th-Apc, což vede k přímé CD4+ T–CD8+ T-buněčné interakce a následně dodání CD40L signalizace na CD40-vyjádření CD8+ T buněk. zkratky: APC, antigen prezentující buňka; CTL, cytotoxický T lymfocyt; DC, dendritická buňka; IL-2, interleukin 2; pMHC, peptidový hlavní histokompatibilní komplex; TCR, T-buněčný receptor; Th-APC, t-pomocný APC.

Předcházení DC tolerization tím, CD40 signalizace

Podmnožiny DCs, které představují signál 1 (např. antigen peptid–MHC komplexu), ale není signál 2 (kostimulační signál) jsou definovány jako „nezralé“ nebo „tolerogenic“ DCs, které mohou vyvolat vývoj CD4+ nebo CD8+ regulační T buňky a anergie antigen-specifických T buněk.36 CD40 ligace byla použita k posílení odpovědí CD8+ T-buněk na nádory ak přerušení periferní vlastní tolerance.37 Brossart et al hlášeny generace CD83-pozitivní zralé DCs, indukce jaderně lokalizované RelB, a inhibice IL-10R upregulace přes rozpustný CD40L signalizace,38 což naznačuje, že CD40 podvaz může znepřátelit IL-10-zprostředkované inhibice na DC funkce. Později, Gurung et al uvádí, že injekce CD40L-negativní naivní apoptotických T buněk, ale není aktivován apoptotických CD4+ T buněk exprimujících CD40L indukované imunitní tolerance, a také ukázaly, že co-injekce agonistické anti-CD40 Ab s naivní apoptotických T buněk indukovaná robustní imunitu.39 Higham et al uvádí, že místní dodávka tumor-reaktivních CD8+ T buněk modifikovaných k expresi CD40L převedeny tolerogenic DCs v prostatě-vyprázdnění lymfatických uzlin.40 tato zjištění naznačují, že signál CD40L T-buněk může převést DC toleranci. Naše laboratoř dříve prokázala, že tolerogenní CD4-8-splenické DC byly schopné stimulovat supresivní reakce CD4+ regulačních T buněk typu 1 transformací sekrece beta růstového faktoru.41 v Poslední době, jsme zjistili, že anti-CD40 protilátek léčených CD4−8− DCs vyjádřil vyšší množství I-Ab, CD54, CD40, CD80 a CD86, a jsou schopné stimulovat CD4+ Th1 a CD8+ CTL odpovědi vedoucí k indukci protinádorové imunity, což znamená, že CD40 podvaz efektivně převádí tolerogenic CD4−8− DCs do imunogenní ty.42 tato data zdůrazňují význam signalizace CD40 při řešení problému tolerogenních DCs.

konverze vyčerpání CD8+ CTL signalizací CD40

vyčerpání T-buněk je jedním z hlavních problémů vedoucích k neúčinné kontrole virů u pacientů s lidskou imunodeficiencí.43 vyčerpání CD8+ CTL zprostředkované programovanou cestou ligandu buněčné smrti-1 (PD-L1) se vyskytuje u několika chronických infekcí, které vedou k neúčinné eliminaci viru.44 bylo zjištěno, že blokáda programované buněčné smrti proteinu-1 (PD-1) obnovuje funkci vyčerpaných CD8+ T buněk během chronické infekce.43 význam signalizace vyvolané CD40L v souvislosti s blokádou PD-1 pro záchranu vyčerpání CTL byl dříve navržen Bhadrou et al v modelu Toxoplasma.45 Autoři uvádějí, že blokáda CD40–CD40L cestu zrušil melioračních účinků anti-PD-L1 léčby na vyčerpání CD8+ T buňky a identifikovat CD40 jako jeden z molekul mezi panel kostimulační molekuly, která byla vysoce přesměrován na CD8+ T buněk v chronicky infikovaných myší.45 Isogawa et al také zjistili, že CD40 zprostředkovaná aktivace myeloidních DCs by mohla zachránit CTL vyčerpání CD8+ T buněk inhibovaných PD-1.46 Jsme dříve vytvořené román VAJÍČEK-specifické EXO-cílené T-cell založené vakcína (OVA-Texo) vyjadřující CD40L, a prokázaly, že VAJÍČKA-Texo vakcína stimuluje silné CTL odpovědi a T-buněčné paměti.47 Jsme dříve vyvinuli myši chronické infekce model infekce myší s VAJÍČKY-vyjádření adenovirus, ve kterém VAJÍČKA-specifické Ctl vyjádřil PD-1 a lymfocytů-aktivace genu-3 (LAG-3), které byly funkčně vyčerpaná.48 dále jsme prokázali, že vakcína OVA-Texo může převést vyčerpání CTL prostřednictvím signalizace CD40L aktivací dráhy PI3K / Akt/mTORC1.48 nedávno Jsme uvedené v našem chronické infekce model, který CD40 agonista protilátkami zprostředkovaná CD40L signalizace také komiksy jsou s PD-1 blokáda v záchranu vyčerpaná Ctl.49 tyto studie jasně ukazují, že signalizace CD40 je velmi důležitá pro konverzi vyčerpání CTL u chronické infekce.

perspektiva

obecně se uznává, že kostimulační molekuly hrají klíčovou roli v imunitě a autoimunitě. Mezi několika kostimulační molekuly CD40, silný stimulátor imunitního systému, byl rozsáhle zkoumán pro jeho příspěvek k instrumentaci ochrannou imunitu. Když se CD40 váže s CD40L, rekrutuje TRAF1 na TRAF6 do svých cytoplazmatických domén a TRAF6 se zdá být převládající v řízení signalizace zprostředkované CD40.21 zásadní úloha pro signalizaci CD40-CD40L na CD8+ T buňkách ve vývoji paměti CTL je dobře zavedena. Nedávné pokroky v imunologii naznačují, že metabolické dráhy hrají rozhodující roli při kontrole imunity T-buněk.50 dříve bylo prokázáno, že efektorové T buňky vyžadují proliferaci glykolýzy, zatímco paměťové T buňky závisí na metabolismu mastných kyselin pro dlouhodobé přežití. Vzhledem k tomu, že TRAF6 nedostatek v CD8+ T buněk jsou vadné mastné kyseliny metabolism51 a TRAF6 je kritické molekuly CD40-indukované navazujících signálních drah,21 to bude zajímavé zkoumat roli pro CD40 signalizace při přepínání efektorových T-buněčného metabolismu z glykolýzy, aby oxidace mastných kyselin pro rozvoj paměťových T buněk. U chronické infekce vyčerpané CTL exprimovaly nejen PD-1,43, ale také další inhibiční receptory, jako je LAG-3, T-buněčný Ig-3 (Tim-3) a TIGIT.52 rozšířené vliv na konverzi CTL vyčerpání do kombinační léčby s antagonisty (blokády pro blokování inhibice) pro různé inhibiční molekuly, jako jsou PD-1, LAG-3 a Tim-3 bylo prokázáno.53 Naše studies49 a others45,46 také prokázáno, že CD40 signalizace (kostimulační molekuly pro stimulaci) je rozhodující pro převod CTL vyčerpání a možné synergie s anti-PD1 léčby v záchranu vyčerpaná Ctl při chronické infekce. Bude tedy zajímavé využití potenciálně synergický účinek CD40 agonista s antagonistické ošetření proti dalších inhibičních molekul jako LAG-3, Tim-3 a TIGIT jako kombinaci terapie v konverzi CTL vyčerpání, při chronické infekce (Obrázek 2).

Obrázek 2 kombinovaná terapie pro záchranu vyčerpání CTL. Poznámky: Konverze CTL vyčerpání do kombinační léčby s antagonisty pro různé inhibiční molekuly, jako jsou PD-1, LAG-3 a Tim-3 blok a CD40 agonista pro stimulaci. zkratky: CTL, cytotoxický T lymfocyt; LAG-3, gen pro aktivaci lymfocytů-3; PD-1, protein programované buněčné smrti-1; Tim-3, T buňka Ig-3.

Potvrzení

Tato studie byla podpořena prostředky na výzkum z Kanadského Institutu Zdravotního Výzkumu (PJT163314).

zveřejnění

autoři nehlásí žádné střety zájmů v této práci.