Efectos múltiples del eje CD40–CD40L en la inmunidad frente a infecciones y cáncer

Introducción

Las respuestas de linfocitos T citotóxicos (CTL) CD8+ desempeñan un papel fundamental en la inmunidad frente a infecciones y cáncer.1 Se requieren tres señales moleculares clave para generar respuestas CTL efectivas. La señal 1 se emite cuando el receptor de células T específico para antígenos (TCR) se une al complejo de histocompatibilidad mayor (MHC) cargado con péptidos en las células presentadoras de antígenos (APC) y la señal 2 se genera a través de la interacción de moléculas coestimuladoras, a saber, B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) y CD28 (por ejemplo, CD28/APC CD80 de células T).1 Como consecuencia de las interacciones entre células T y APC específicas de Ag, se forma una sinapsis inmunológica que comprende un grupo central de complejos de péptidos TCR–MHC e interacciones CD28–CD80 rodeados por anillos de moléculas accesorias comprometidas (por ejemplo, LFA-1–CD54 complejado).1-3 La tercera señal es la secreción de citoquinas, que mejoran, modifican y sesgan aún más las CTL efectoras que responden.4,5 Si la señal 1 se genera en ausencia de la señal 2, entonces genera tolerancia en lugar de inmunidad.6 Por lo tanto, la estimulación de costes o el acoplamiento eficiente de diferentes moléculas de superficie en APCs y células T es importante para desencadenar respuestas inmunitarias eficientes.

Las moléculas coestimuladoras generalmente se dividen en dos grupos: el grupo familiar CD28/B7 y el grupo familiar del factor de necrosis tumoral (TNF)/receptor del factor de necrosis tumoral (TNFR). El CD28 es un receptor de superficie de células T que se une a las moléculas coestimuladoras B7-1 (CD80) y B7-2 (CD86) en los APC, como las células dendríticas (DCs) y los macrófagos, y participa en la activación de las respuestas inmunitarias mediadas por células.7 La molécula inhibidora de la familia CD28 es el antígeno 4 de linfocitos T citotóxicos (CTLA-4). CD28 y CTLA-4 son dos receptores que reconocen los mismos ligandos (moléculas B7) pero tienen efectos funcionales opuestos en la activación de las células T.8 CD40 es un miembro de la familia TNFR, que incluye OX40 (CD134), 4-1BB (CD137) y CD27.9 OX40 se expresa en células T activadas, mientras que su compañero de ligando OX40L se encuentra en APCs.10 4-1BB (CD137) se expresa en células B, macrófagos y DCs, mientras que su ligando 4-1BBL se expresa en DCs y macrófagos.11 El ligando para CD27, CD70, también se encuentra en los APCs.12 Los miembros de la familia del TNF/TNFR se inducen en horas o días después de la intervención del TCR e involucran etapas posteriores de la activación de las células T.13 En esta revisión, nos centramos en la participación de CD40–CD40L en la concesión de licencias de DCs, la promoción de la memoria de células T y la conversión del agotamiento de CTL en infecciones crónicas.

El receptor CD40 y su ligando CD40L (CD154) pertenecen a la familia TNF:TNFR. El CD40 se identificó originalmente como marcador de superficie en células de carcinoma de vejiga y células B.14 Más tarde, se ha encontrado que CD40 se expresa en células B, macrófagos y DCs, así como en muchas células no inmunitarias. La señalización CD40–CD40L en las células B es importante para la generación de células plasmáticas de larga vida y células B de memoria, así como para su supervivencia. Aquí, nos centramos en el papel de la señalización CD40–CD40L en la inmunidad de las células T. El CD40L es un ligando natural para el CD40 y una glicoproteína de membrana de tipo II de 39 kDa. Después de la interacción CD40–CD40L en la superficie celular, la señalización intracelular se ve facilitada por el reclutamiento de factores asociados al TNFR (TRAF) en la membrana interna de las células, lo que conduce a la activación de diferentes vías, como la vía kB del factor nuclear canónico y no canónico, las proteínas quinasas activadas por mitógenos, la fosfatidilinositol-3 quinasa (PI3K) y la vía Cy de la fosfolipasa.15 CD40-CD40L es un par de moléculas coestimuladoras, y su interacción es necesaria para respuestas inmunitarias adaptativas exitosas. Hay una gran cantidad de informes que sugieren la importancia de la interacción CD40–CD40L en las respuestas inmunitarias, principalmente en el desarrollo de CTL CD8+. Dos modelos han sido propuestos por diferentes laboratorios con respecto a la señalización de CD40 en las respuestas de CTL.16 El primer modelo sugiere que los estímulos de CD40L de células T colaboradoras (TH) de CD4+ a los DC que expresan CD40 son esenciales para la maduración de DC (licenciamiento), y a su vez, los DC con licencia pueden desencadenar respuestas efectivas de CTL.16 Sin embargo, el requisito de CD40 en la licencia de CC se puede eludir mediante respuestas inflamatorias a patógenos que activan los APC directamente.17 El segundo modelo sugiere que las células T CD4+ que expresan CD40L activan las células T CD8+ que expresan CD40 directamente, 18 prediciendo que las respuestas CTL a todos los antígenos requieren señalización CD40 en las células T CD8+. En conjunto, las funciones importantes de la interacción CD40-CD40L dan lugar a muchos eventos inmunitarios, lo cual es muy importante para la defensa del huésped contra patógenos y cáncer.

Señalización CD40 en DCs para licencias de DC

Las respuestas inmunitarias a antígenos dependientes de células T auxiliares requieren ayuda de células T CD4+.19 DCs no pueden preparar células T CD8+ naïve en ratones knockout MHC II (con deficiencia de CD4+ T). Se demostró que las células T CD4 + proporcionan ayuda al conectar su CD40L20 con CD40 en DCs y licenciar DCs para convertirlas en un poderoso estimulador de la respuesta inmune.19,21,22 Más tarde, se sugirió que los DCs con licencia median las respuestas de las células T CD8 + mejorando la expresión de las moléculas B7 y la secreción de citoquinas como la interleucina 12 (IL-12) que promueve la diferenciación de las células T.21 Además, la interacción CD40–CD40L también causa una mayor expresión de moléculas MHC, coestimuladoras y de adhesión y resulta en una inducción mejorada de quimiocinas y citoquinas proinflamatorias en los CCd.23 Por lo tanto, la activación de DCs a través de la señal CD40–CD40L proporciona la «ayuda de células T CD4+» necesaria para empoderar a DCs para que multipliquen las células T naïve.24 Pero el enigma era cómo estos tres tipos de células, que son raros y migratorios, se presentan en el mismo lugar para interactuar entre sí. Además, hay varios informes que proporcionan resultados incongruentes de que las células T CD4 + pueden activar los APC a través de una vía independiente de CD40.25,26 Sin embargo, se sugirió que cuando los DCs son activados por células T CD4+ afines, los DCs comienzan a secretar quimiocinas CCL3 y CCL4.27 Las quimiocinas guían la interacción cognada de las células T CD8 + que expresan CCR5 con las células D con licencia, lo que lleva a desencadenar respuestas CTL fuertes a través de interacciones de tres células.27 Nuestro laboratorio proporcionó previamente pruebas in vivo de un modelo dinámico de interacción de tres células para respuestas de CTL, en el que,una vez que las DC están autorizadas por interacciones de células T DC–CD4+, las DC autorizadas no requieren la presencia simultánea de células T CD4+ afines 16, lo que contrasta con el estudio anterior que sugiere la necesidad absoluta de clústeres ternarios DC-CD4+ T–CD8+ T para respuestas de CTL.18 Sin embargo, no se determinó si la interacción CD40–CD40L induce a DCs a secretar quimiocinas CCL3 y CCL4. Además, no se sabía si la DCs licenciada a través de la interacción CD40–CD40L requiere la expresión de CCR5 por parte de las células T CD8+ para inducir respuestas CTL.

La señalización de CD40 en células T CD8 + para memoria de células T

CD40 se expresa no solo en APC como células B y DCs, sino también en células T CD8+ activadas.23 Sin embargo, no estaba claro qué población celular desempeña un papel crítico en la transmisión de señales de CD40 para las respuestas de CTL. Bourgeois et al han demostrado que la generación de células T CD8 + de memoria implica la expresión de CD40 en células T CD8+, pero requiere la ayuda de células T CD4 + a través de la interacción CD40–CD40L para formar un grupo ternario DC–CD4+ T–CD8+ T.18 Autores sugirieron además que dicha interacción de células T CD4–CD8 para la señalización de CD40–CD40L requería absolutamente interacciones DCs y de tres células, pero la activación de células T CD8 + era independiente de la expresión de CD40 por DCs.18 En un modelo de enfermedad infecciosa, en un estudio previo se informó de la expresión de CD40L en las células D y se sugirió que las células D con expresión de CD40L podrían transmitir señales de CD40-CD40L a las células T CD8+ para la inducción de respuestas CTL sin necesidad de células T CD4+.28 Se ha descubierto que la trogocitosis intercelular (un nuevo fenómeno en inmunología celular) es el intercambio de moléculas de membrana entre células inmunitarias como las células D y las células T a través de 1) la internalización y el reciclaje de moléculas en sinapsis formadas entre las células D y las células T, 2) el proceso asociado a la disociación, 3) la absorción de exosomas liberados de CC (EXOs) por las células T, y 4) la absorción de nanotubos de membrana de CC por las células T desempeña un papel importante en la modulación de las respuestas inmunitarias (Figura 1).29 Anteriormente, propusimos un modelo dinámico de interacción de dos células para la inducción de respuestas de CTL.30 De acuerdo con este modelo propuesto, las células T colaboradoras CD4+, cuando son activadas por los CCD,adquieren no solo las moléculas MHC de clase II y coestimuladoras compuestas por sinapsis (CD54 y CD80), sino también el espectador pMHC-I a partir de los CCD a través de un proceso llamado internalización y reciclaje de moléculas en sinapsis formadas entre los CCd y las células T (Figura 1) 31, y se convierten en CCT T CD4+ (Th-APC) que pueden estimular directamente la proliferación de CD8+ CTL y la formación de memoria (Figura 1).2,3 Demostramos que los Th-APCs también pueden formarse a través de la absorción EXO liberada por DC (Figura 1).32,33 Se demostró que las células T CD4 + inespecíficas pueden absorber EXOs liberados por DC específicos para antígenos y son capaces de estimular las respuestas CTL CD8+ específicas para antígenos y la memoria de células T a largo plazo.32 Más tarde, nuestro laboratorio proporcionó pruebas in vivo de las interacciones directas entre células T CD4 + y células T CD8 + y demostró que tales interacciones no requieren la presencia simultánea de ECd.16 Utilizando imágenes de dos fotones, proporcionamos además pruebas definitivas de que las células T CD4+ adquiridas por pMHC-I pueden interactuar directamente con las células T CD8+ para entregar señal CD40L in vivo.16 Un estudio reciente de otro grupo también proporcionó datos de imágenes de dos fotones que respaldaron firmemente nuestro hallazgo de interacciones directas entre células T CD4 + y células T CD8+.34 En un modelo de infección, Johnson et al mostraron que los DCs esplénicos murinos expresaban CD40L después de la infección viral o la estimulación del receptor tipo Toll, lo que desencadenó respuestas de CTL a través de la señalización de CD40 en células T CD8+.28 Nuestro estudio demostró previamente que CD40L en células T CD4 + es crucial para una señalización directa de CD40 en células T CD8+ que conduce a una respuesta CTL efectiva en condiciones no inflamatorias.16 Además, se informó de que los CPC-TH CD4+ adquiridos por complejos pMHC-I a través de su señalización endógena de IL-2 y CD40L mejoran la supervivencia de las CTL transferidas y su diferenciación en CTL de memoria funcional capaces de proteger contra el desafío tumoral altamente metastásico.35 Estos hallazgos 16,21,28, 33 sugieren fuertemente que la señalización CD40–CD40L es crítica para una respuesta CTL efectiva, y que las consecuencias de la señalización CD40 son complicadas y dependen del tipo de células que expresan CD40 y del entorno en el que se proporciona la señal CD40.

Figura 1 Interacciones CD40–CD40L en la interfaz de células DC–T y células T–T. Notas: La DC de cebado cruzado interactúa primero con el CD4+ T específico del antígeno para el primer paso crucial en las respuestas CTL dependientes de CD40-CD40L a través de pMHC–II y TCR (señal 1), CD80-CD28 (señal 2) y citoquinas (señal 3). La CD4+ T que expresa CD40L interactúa con CD40 que expresa antígenos, y tales interacciones DC-CD4+ T dan lugar a licencias de CC y activación de células T CD4+ (cebado). Las CTL CD8+ cognadas pueden recibir señales auxiliares o estimulantes, no solo de clústeres DC-CD4 + T, sino también por separado de células DCs y células T CD4+ con licencia completa, incluso después de su disociación de clústeres DC–CD4+ T. Los linfocitos T colaboradores CD4 + cuando son activados por los CC adquieren no solo las moléculas de clase II y coestimuladoras compuestas por la sinapsis (CD54 y CD80), sino también el espectador pMHC-I de CC a través de la trogocitosis (internalización, disociación–asociación, captación de exosomas o nanotubos de membrana) y se convierten en linfocitos T CD4+ Th-APC, lo que resulta en interacciones directas de células T CD4+ T–CD8+ y, posteriormente, entrega de señalización CD40L a células T CD8+ que expresan CD40. Abreviaturas: APC, célula presentadora de antígeno; CTL, linfocito T citotóxico; DC, célula dendrítica; IL-2, interleucina 2; pMHC: complejo de histocompatibilidad mayor de péptidos; TCR: receptor de células T; Th-APCs: APCs T-auxiliar.

La contraacción de la tolerancia de CC por señalización CD40

Los subconjuntos de CC que presentan señal 1 (por ejemplo, complejo de péptido–MHC de antígeno) pero no señal 2 (señal de coestimulación) se definen como CC «inmaduros» o «tolerogénicos» que pueden inducir el desarrollo de células T reguladoras CD4+ o CD8+ y anergía de células T específicas de antígeno.36 La ligadura de CD40 se ha utilizado para aumentar la respuesta de las células T CD8+ a los tumores y para romper la auto tolerancia periférica.Brossart et al reportaron la generación de CC maduros CD83 positivos, la inducción de RelB localizado nuclear y la inhibición de la regulación ascendente de IL-10R a través de la señalización soluble de CD40L38,lo que indica que la ligadura de CD40 puede antagonizar la inhibición mediada por IL-10 en la función de CC. Más tarde, Gurung et al informaron que la inyección de células T apoptóticas naïve negativas CD40L, pero no de células T apoptóticas activadas CD4 + que expresaban CD40L indujo tolerancia inmune, y también demostraron que la inyección conjunta de un anti-CD40 Ab agonista con células T apoptóticas naïve indujo una inmunidad robusta.39 Higham et al informaron que la administración local de células T CD8+ reactivas al tumor, diseñadas para expresar CD40L, convertía DCs tolerogénico en los ganglios linfáticos que drenan la próstata.40 Estos hallazgos indican que la señal CD40L de células T puede convertir la tolerancia de CC. Nuestro laboratorio demostró previamente que los DC tolerogénicos CD4−8− esplénicos eran capaces de estimular las respuestas reguladoras de células T de tipo 1 CD4+ supresoras a través de la secreción beta del factor de crecimiento transformador.41 Recientemente, hemos encontrado que los CD4− 8-D tratados con anticuerpos anti-CD40 expresaban una mayor cantidad de I-Ab, CD54, CD40, CD80 y CD86, y eran capaces de estimular las respuestas CD4+ Th1 y CD8+ CTL que conducen a la inducción de la inmunidad antitumoral, lo que indica que la ligadura de CD40 convierte eficientemente los CD4−8− DCs tolerogénicos en inmunogénicos.42 Estos datos destacan la importancia de la señalización de CD40 para abordar el problema de los DCs tolerogénicos.

La conversión del agotamiento de CD8 + CTL por señalización de CD40

El agotamiento de células T es uno de los principales problemas que conducen al control ineficaz del virus en pacientes con inmunodeficiencia humana.43 El agotamiento de CD8 + CTL mediado por una vía de ligando 1 de muerte celular programada (PD-L1) ocurre en varias infecciones crónicas que resultan en una eliminación ineficaz del virus.Se ha encontrado que el bloqueo de la proteína 1 de muerte celular programada (PD-1) restablece la función de las células T CD8+ agotadas durante la infección crónica.La importancia de la señalización inducida por CD40L en el contexto del bloqueo de PD-1 para rescatar el agotamiento de CTL fue propuesta previamente por Bhadra et al en un modelo de Toxoplasma.45 Autores informaron que el bloqueo de la vía CD40–CD40L anuló los efectos de mejora del tratamiento anti-PD-L1 en las células T CD8+ agotadas e identificaron a las CD40 como una de las moléculas de un panel de moléculas coestimuladoras, que estaba altamente regulada en las células T CD8+ en ratones infectados crónicamente.45 Isogawa et al también encontraron que la activación mediada por CD40 de los DCs mieloides podría rescatar el agotamiento de CTL de las células T CD8+ inhibidas por PD-1.46 Anteriormente generamos una nueva vacuna EXO dirigida específica para óvulos basada en células T (OVA-Texo) que expresaba CD40L, y demostramos que la vacuna OVA-Texo estimulaba respuestas CTL potentes y memoria de células T.47 Anteriormente, desarrollamos un modelo de infección crónica en ratones por infección de ratones con adenovirus que expresaban óvulos, en el que las CTL específicas de óvulos expresaban PD-1 y el gen 3 de activación de linfocitos (LAG-3) que se agotaban funcionalmente.48 Además, se demostró que la vacuna OVA-Texo podría convertir el agotamiento de CTL a través de la señalización de CD40L a través de la activación de la vía PI3K/Akt/mTORC1.48 Recientemente hemos demostrado en nuestro modelo de infección crónica que la señalización CD40L mediada por anticuerpos agonistas CD40 también se sinergiza con el bloqueo PD-1 en el rescate de las CTL agotadas.49 Estos estudios indican claramente que la señalización de CD40 es muy importante para la conversión del agotamiento de CTL en infecciones crónicas.

Perspectiva

Es ampliamente aceptado que las moléculas coestimuladoras juegan un papel crucial en la inmunidad y la autoinmunidad. Entre las varias moléculas coestimuladoras, el CD40, un potente estimulador del sistema inmunitario, ha sido ampliamente estudiado por su contribución a la orquestación de la inmunidad protectora. Cuando CD40 se une con CD40L, recluta TRAF1 a TRAF6 a sus dominios citoplasmáticos, y TRAF6 parece ser predominante en la conducción de la señalización mediada por CD40.21 Un papel esencial de la señalización CD40–CD40L en las células T CD8+ en el desarrollo de CTL de memoria está bien establecido. Los avances recientes en inmunología sugieren que las vías metabólicas desempeñan un papel fundamental en el control de la inmunidad de las células T.50 Se demostró previamente que las células T efectoras requieren glucólisis para proliferar, mientras que las células T de memoria dependen del metabolismo de los ácidos grasos para la supervivencia a largo plazo. Dado que la deficiencia de TRAF6 en las células T CD8+ las hace defectuosas en el metabolismo de ácidos grasos51 y que TRAF6 es una molécula crítica en las vías de señalización aguas abajo inducidas por CD4021,será interesante investigar el papel de la señalización CD40 en el cambio del metabolismo de las células T efectoras de la glicólisis a la oxidación de ácidos grasos para el desarrollo de células T de memoria. En la infección crónica, las CTL agotadas expresaban no solo PD-1,43, sino también otros receptores inhibitorios como LAG-3, Ig-3 de células T (Tim-3) y TIGIT.Se ha demostrado un efecto mejorado en la conversión del agotamiento de CTL mediante un tratamiento combinado con antagonistas (bloqueos para bloquear la inhibición) para diferentes moléculas inhibidoras como PD-1, LAG-3 y Tim-3.53 Nuestros estudios49 y los de otros45,46 también demostraron que la señalización de CD40 (molécula coestimuladora para estimulación) es crucial para convertir el agotamiento de la LCT y puede sinergizarse con el tratamiento anti-PD1 para rescatar las LCT agotadas en infecciones crónicas. Por lo tanto, será interesante explotar un efecto potencialmente sinérgico del agonista CD40 con el tratamiento antagonista contra otras moléculas inhibidoras como LAG-3, Tim-3 y TIGIT como terapia combinada para convertir el agotamiento de CTL en infección crónica (Figura 2).

Figura 2 Terapia combinada para rescatar el agotamiento por LCT. Notas: Conversión del agotamiento de CTL mediante un tratamiento combinado con antagonistas para diferentes moléculas inhibidoras como PD-1, LAG-3 y Tim-3 a agonistas de bloqueo y CD40 para estimulación. Abreviaturas: CTL, linfocitos T citotóxicos; LAG-3, gen de activación de linfocitos-3; PD-1, proteína de muerte celular programada-1; Tim-3, células T Ig-3.

Reconocimiento

Este estudio fue apoyado por fondos de investigación del Instituto Canadiense de Investigación en Salud (PJT163314).

Divulgación

Los autores no reportan conflictos de intereses en este trabajo.