flere effekter af CD40–CD40L akse i immunitet mod infektion og kræft

introduktion

CD8+ cytotoksisk T-lymfocyt (CTL) svar spiller en kritisk rolle i immunitet mod infektion og kræft.1 Der kræves tre centrale molekylære signaler for at generere effektive CTL-responser. Signal 1 leveres, når antigenspecifik t-cellereceptor (TCR) binder til peptidbelastet større histokompatibilitetskompleks (MHC) på antigenpræsenterende celler (APC ‘ er), og signal 2 genereres gennem engagement af costimulerende molekyler, nemlig B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) og CD28 (f.eks. T-celle CD28/APC CD80).1 som følge af Ag-specifikke T–celle-APC-interaktioner dannes en immunologisk synaps omfattende en central klynge af TCR–MHC–peptidkomplekser og CD28-CD80–interaktioner omgivet af ringe af engagerede tilbehørsmolekyler (f.eks. kompleks LFA-1-CD54).1-3 det tredje signal er sekretionen af cytokiner, som yderligere forbedrer, modificerer og skæver de svarende effektor CTL ‘ er.4,5 hvis signal 1 genereres i fravær af signal 2, så gør det tolerance i stedet for immunitet.6 således er costimulering eller effektiv engagement af forskellige overflademolekyler på APC ‘ er og T-celler vigtig for at udløse effektive immunresponser.

Costimulerende molekyler er generelt opdelt i to grupper: familiegruppen CD28/B7 og tumornekrosefaktor (TNF)/tumornekrosefaktorreceptor (TNFR). CD28 er en T-celleoverfladereceptor, der binder til costimulerende molekyler B7-1 (CD80) og B7-2 (CD86) på APC ‘ er såsom dendritiske celler (DCs) og makrofager og er involveret i udløsning af cellemedieret immunrespons.7 Det inhiberende molekyle i CD28-familien er cytotoksisk t-lymfocytantigen 4 (CTLA-4). CD28 og CTLA-4 er to receptorer, der genkender de samme ligander (B7-molekyler), men har modsatte funktionelle effekter på T-celleaktivering.8 CD40 er medlem af tnfr-familien, som omfatter OKS40 (CD134), 4-1BB (CD137) og CD27.9 OKS40 udtrykkes på aktiverede T-celler, mens dets ligandpartner OKS40L er placeret på APC ‘ er.10 4-1BB (CD137) udtrykkes på B-celler, makrofager og DCs, mens dets ligand 4-1bbl udtrykkes på DCs og makrofager.11 liganden til CD27, CD70, findes også på APC ‘ er.12 TNF / TNFR-familiemedlemmer induceres i timer til dage efter TCR-engagementet og involverer senere stadier af T-celleaktivering.13 i denne gennemgang fokuserer vi på CD40–CD40L engagement i licensering af DC ‘ er, fremme af T-cellehukommelse og konvertering af CTL-udmattelse ved kronisk infektion.

CD40-receptoren og dens ligand CD40L (CD154) tilhører familien TNF:TNFR. CD40 blev oprindeligt identificeret som en overflademarkør på blærecarcinomceller og B-celler.14 Senere har CD40 vist sig at udtrykke på B-celler, makrofager og DC ‘ er såvel som mange ikke-immunceller. CD40-CD40L signalering i B-celler er vigtig for generering af langlivede plasmaceller og hukommelse B-celler såvel som for deres overlevelse. Her fokuserer vi på rollen som CD40–CD40L signalering i T-celle immunitet. CD40L er en naturlig ligand for CD40 og en type II, 39-kDa membran glycoprotein. Efter CD40–CD40L-interaktion på celleoverfladen; intracellulær signalering lettes ved rekruttering af TNFR-associerede faktorer (traf ‘ er) i den indre membran af celler, hvilket fører til aktivering af forskellige veje, såsom den kanoniske og ikke-kanoniske nukleare faktor kB-vej, mitogenaktiverede proteinkinaser, phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) og phospholipase Cy-vej.15 CD40-CD40L er et par costimulerende molekyler, og deres interaktion er nødvendig for vellykkede adaptive immunresponser. Der er en overflod af rapporter, der antyder vigtigheden af CD40–CD40L-interaktion i immunresponser hovedsageligt i udviklingen af CD8+ CTL ‘ er. To modeller er blevet foreslået af forskellige laboratorier vedrørende CD40-signalering i CTL-svar.16 den første model antyder, at stimuli fra CD40L af CD4+ T-hjælperceller (Th) til CD40-udtrykkende DC ‘er er afgørende for DC-modning (licensering), og til gengæld kan licenserede DC’ er udløse effektive CTL-svar.16 kravet om CD40 i DC-licensering kan imidlertid omgåes af inflammatoriske reaktioner på patogener, der aktiverer APC ‘ er direkte.17 den anden model antyder,at CD40L-udtrykkende CD4+ T-celler aktiverer CD40-udtrykkende CD8+ T-celler direkte, 18 forudsiger, at CTL-reaktioner på alle antigener kræver CD40-signalering på CD8+ T-celler. Alt i alt giver de vigtige roller for CD40–CD40L-interaktion anledning til mange immunhændelser, hvilket er meget vigtigt for værtsforsvaret mod patogener og kræft.

CD40-signalering på DCs til DC-Licens

immunresponser på hjælper T-celleafhængige antigener kræver CD4+ T-celle hjælp.19 DC ‘ er kan ikke primere na-pritve CD8+ T-celler i MHC II-knockout-mus (CD4+ T-mangelfuld). Det blev vist, at CD4 + T-celler yder hjælp ved at engagere deres CD40L20 med CD40 på DCs og licens DCs for at gøre dem til en kraftig stimulator for immunrespons.19,21,22 senere blev det foreslået, at licenserede DC ‘ er medierer CD8+ T-celleresponser ved at forbedre B7-molekylers ekspression og sekretion af cytokiner, såsom interleukin 12 (IL-12), der fremmer t-celledifferentiering.21 desuden forårsager CD40-CD40L-interaktion også en øget ekspression af MHC, costimulerende og adhæsionsmolekyler og resulterer i en forbedret induktion af proinflammatoriske kemokiner og cytokiner i DCs.23 aktivering af DC ‘ er gennem CD40–CD40L-signalet tilvejebringer således den “CD4+ T-cellehjælp”, der er nødvendig for at give DCs mulighed for at krydse prime na-kurstve T-celler.24 Men gåde var, hvordan disse tre celletyper, som er sjældne og vandrende, til stede på samme sted for at interagere med hinanden. Derudover er der flere rapporter, der gav uoverensstemmende resultater, som CD4+ T-celler kan aktivere APC ‘ er gennem en CD40-uafhængig vej.25,26 det blev imidlertid foreslået, at når DCs aktiveres af beslægtede CD4+ T-celler, begynder DCs at udskille kemokiner CCL3 og CCL4.27 kemokiner styrer beslægtet interaktion mellem CCR5-udtrykkende CD8 + T-celler med licenserede DC ‘ er, hvilket fører til at udløse stærke CTL-responser gennem tre-celle interaktioner.27 vores laboratorium leverede tidligere in vivo-bevis for en dynamisk tre–celle interaktionsmodel for CTL-responser, hvor når DCs først er licenseret af DC–CD4+ T–celleinteraktioner, kræver licenserede DCs ikke samtidig tilstedeværelse af beslægtede CD4+ T-celler,16 hvilket er i modsætning til den tidligere undersøgelse, der antyder absolut krav til DC-CD4+ T-CD8+ T ternære klynger til CTL-responser.18 Det blev imidlertid ikke bestemt, om CD40–CD40L-interaktion inducerer DC ‘ er til at udskille ccl3-og CCL4-kemokiner. Desuden var det ikke kendt, om DCs licenseret gennem CD40–CD40L-interaktion kræver CCR5-ekspression af CD8+ T-celler for at inducere CTL-respons.

CD40-signalering på CD8+ T-celler til T-cellehukommelse

CD40 udtrykkes ikke kun på APC ‘er som B-celler og DC’ er, men også på aktiverede CD8+ T-celler.23 Det var imidlertid ikke klart, hvilken cellepopulation der spiller en kritisk rolle i leveringen af CD40-signalering til CTL-responser. Bourgeois et al har vist, at generering af hukommelse CD8 + T-celler involverer ekspression af CD40 på CD8 + T-celler, men kræver CD4+ T-celle hjælp gennem CD40–CD40L interaktion til dannelse af DC–CD4+ T–CD8+ T T ternær klynge.18 forfattere foreslog endvidere, at sådan CD4–CD8 T-celleinteraktion til CD40–CD40L-signalering absolut krævede DCs og tre-celleinteraktioner, men aktivering af CD8+ T-celler var uafhængig af CD40-ekspression af DCs.18 i en infektionssygdomsmodel rapporterede en tidligere undersøgelse CD40L-ekspression på DCs og foreslog, at CD40L-udtrykkende DCs kunne levere CD40–CD40L-signalering på CD8+ T-celler til induktion af CTL-respons uden at kræve CD4+ T-celler.28 intercellulær trogocytose (et nyt fænomen i cellulær immunologi), der er udveksling af membranmolekyler mellem immunceller såsom DCs og T-celler gennem 1) internalisering og genanvendelse af molekyler i synaps dannet mellem DCs og T-celler, 2) dissociationsassocieret proces, 3) absorption af DC-frigivne eksosomer (Eksos) af T-celler og 4) optagelse af DC-membran nanorør af T-celler har vist sig at spille en vigtig rolle i modulering af immunresponser (Figur 1).29 tidligere foreslog vi en dynamisk to-celle interaktionsmodel til induktion af CTL-responser.30 ifølge denne foreslåede model erhverver CD4+ hjælper-T-celler, når de aktiveres af DCs, ikke kun de synapskomponerede MHC-klasse II og costimulerende molekyler (CD54 og CD80), men også tilskuerne pMHC-i fra APC ‘er gennem en proces kaldet internalisering og genanvendelse af molekyler i synaps dannet mellem DCs og T-celler (Figur 1), 31 og bliver CD4+ T-hjælper-APC’ er (TH-APC ‘ er), der direkte kan stimulere CD8+ CTL-proliferation og hukommelsesdannelse (Figur 1).2,3 vi demonstrerede, at TH-APC ‘ er også kan dannes gennem DC-frigivet ekso-optagelse (Figur 1).32,33 vi viste, at ikke-specifikke CD4+ T-celler kan optage antigen-specifikke DC-frigivne Eksoer og er i stand til at stimulere antigen-specifikke CD8+ CTL-responser og langvarig t-cellehukommelse.32 senere leverede vores laboratorium in vivo-bevis for de direkte CD4+ T–celle-CD8+ T-celleinteraktioner og demonstrerede, at sådanne interaktioner ikke kræver samtidig tilstedeværelse af DC ‘ er.16 Ved hjælp af to-fotonafbildning leverede vi yderligere konkret bevis for, at pMHC-i-erhvervede CD4+ T-celler direkte kan interagere med CD8+ T-celler til levering af CD40L-signal in vivo.16 En nylig undersøgelse fra en anden gruppe leverede også to-foton billeddannelsesdata, der stærkt understøttede vores fund af direkte CD4+ T-celle–CD8+ T-celle interaktioner.34 i en infektionsmodel viste Johnson et al., AT murine milt-DC ‘ er udtrykte CD40L efter den virale infektion eller Toll-lignende receptorstimulering, som udløste CTL-responser gennem signalering af CD40 på CD8+ T-celler.28 vores undersøgelse viste tidligere, at CD40L på CD4 + T-celler er afgørende for en direkte CD40-signalering på CD8+ T-celler, der fører til en effektiv CTL-respons under ikke-inflammatoriske forhold.16 vi rapporterede yderligere, at PMHC-i-komplekser-erhvervede CD4 + TH-APC ‘er gennem deres endogene IL-2-og CD40L-signalering forbedrer overlevelsen af overførte CTL’ er og deres differentiering i funktionel hukommelse CTL ‘ er, der er i stand til at beskytte mod stærkt metastaserende tumorudfordring.35 disse fund16, 21, 28, 33 antyder kraftigt, at CD40–CD40L-signalering er kritisk for et effektivt CTL-respons, og at konsekvenserne af CD40-signalering er komplicerede og afhænger af den type celler, der udtrykker CD40, og det miljø, hvori CD40-signalet er tilvejebragt.

Figur 1 CD40–CD40L–interaktioner ved DC-T-celle-og T-celle-t-cellegrænseflade. Bemærkninger: Den krydsprimende DC interagerer først med det antigenspecifikke CD4+ T for det afgørende første trin i CD40-CD40L-afhængige CTL–respons gennem pMHC-II og TCR (signal 1), CD80-CD28 (signal 2) og cytokin (signal 3). CD40L-udtrykker CD4 + T interagerer med antigenbærende CD40-udtrykker DC, og sådanne DC-CD4+ T–interaktioner resulterer i DC-licensering og CD4+ T-celleaktivering (priming). Beslægtede CD8 + CTL ‘er kan derefter modtage hjælper–eller stimulerende signaler, ikke kun fra DC–CD4+ T-klynger, men også separat fra fuldt licenserede DC’ er og CD4+ T-celler, selv efter deres dissociation fra DC-CD4+ T-klynger. CD4 + hjælper – T-celler, når de aktiveres af DC ‘er, erhverver ikke kun de synapskomponerede MHC klasse II og costimulerende molekyler (CD54 og CD80), men også tilskuerne pMHC-i fra DC gennem trogocytose (internalisering, dissociation-association, eksosomeroptagelse eller membran nanorør) og bliver CD4+ TH–APC’ er, hvilket resulterer i direkte CD4+ T-CD8+ T–celleinteraktioner og efterfølgende levering af CD40L-signalering til CD40-udtrykkende CD8+ T-celler. forkortelser: APC, antigenpræsenterende celle; CTL, cytotoksisk T-lymfocyt; DC, dendritisk celle; IL-2, interleukin 2; pmhc, peptid større histokompatibilitetskompleks; TCR, T-cellereceptor; TH-APC ‘er, T-hjælper APC’ er.

modvirkning af DC-tolerering ved CD40-signalering

delmængder af DC ‘ er, der præsenterer signal 1 (f.eks. antigenpeptid–MHC-kompleks), men ikke signal 2 (costimulerende signal) defineres som “umodne” eller “tolerogene” DC ‘ er, der kan inducere udvikling af CD4+ eller CD8+ regulerende T-celler og anergi af antigenspecifikke T-celler.36 CD40 ligering er blevet brugt til at øge CD8+ T-celleresponser på tumorer og til at bryde den perifere selvtolerance.37 Brossart et al rapporteret generation af CD83-positive modne DC ‘ er, induktion af nuklear lokaliseret RelB og inhibering af IL-10R opregulering gennem den opløselige CD40L-signalering,38 hvilket indikerer, at CD40-ligering kan antagonisere IL-10-medieret inhibering på DC-funktion. Senere rapporterede Gurung et al., at injektion af de CD40L-negative na-karruselapoptotiske T-celler, men ikke de aktiverede apoptotiske CD4+ T-celler, der udtrykte CD40L, inducerede immuntolerance og demonstrerede også, at co-injektion af en agonistisk anti-CD40 Ab med Na-karruselapoptotiske T-celler inducerede robust immunitet.39 Higham et al rapporterede, at lokal levering af tumorreaktive CD8+ T-celler konstrueret til at udtrykke CD40L konverterede tolerogene DC ‘ er i prostata-drænende lymfeknuder.40 disse fund indikerer, at T-celle CD40L-signal kan konvertere DC-tolerance. Vores laboratorium har tidligere vist, at tolerogene CD4-8-milt DC ‘ er var i stand til at stimulere undertrykkende type 1 CD4+ regulatoriske T-celleresponser gennem transformerende vækstfaktor beta sekretion.41 for nylig har vi fundet, at anti-CD40 antistofbehandlet CD4−8− DCs udtrykte en højere mængde i-Ab, CD54, CD40, CD80 og CD86 og var i stand til at stimulere CD4+ Th1 og CD8+ CTL−reaktioner, der førte til induktion af antitumorimmunitet, hvilket indikerer, at CD40− ligering effektivt omdanner tolerogen CD4-8-DCs til immunogene.42 disse data fremhæver vigtigheden af CD40-signalering i håndteringen af spørgsmålet om tolerogene DC ‘ er.

konvertering af CD8+ CTL-udmattelse ved CD40-signalering

t-celleudmattelse er et af de største problemer, der fører til ineffektiv viruskontrol hos humane immundefektpatienter.43 CD8+ CTL-udmattelse medieret af en programmeret celledød ligand-1 (PD-L1) vej forekommer i flere kroniske infektioner, hvilket resulterer i ineffektiv viruseliminering.44 programmeret celledød protein-1 (PD-1) blokade har vist sig at genoprette funktionen af udmattede CD8+ T-celler under kronisk infektion.43 betydningen af CD40L-induceret signalering i sammenhæng med PD-1-blokade til redning af CTL-udmattelse blev tidligere foreslået af Bhadra et al.i en toksoplasma-model.45 forfattere rapporterede, at blokade af CD40-CD40L-vej ophævede de forbedrende virkninger af anti-PD-L1-behandling på udmattede CD8+ T-celler og identificerede CD40 som et af molekylerne blandt et panel af costimulerende molekyler, som var stærkt opreguleret på CD8+ T-celler i kronisk inficerede mus.45 fandt også, at CD40-medieret aktivering af myeloide DC ‘ er kunne redde CTL-udmattelse af PD-1-hæmmede CD8+ T-celler.46 vi har tidligere genereret ny OVA-specifik ekso-målrettet T-cellebaseret vaccine (OVA-teksto), der udtrykker CD40L, og demonstrerede, at OVA-Tekstovaccine stimulerede potente CTL-reaktioner og T-cellehukommelse.47 Vi udviklede tidligere en kronisk infektionsmodel med mus ved infektion af mus med ÆGUDTRYKKENDE adenovirus, Hvor ÆGSPECIFIKKE CTL ‘ er udtrykte PD-1 og lymfocytaktiveringsgen-3 (LAG-3), der var funktionelt opbrugt.48 vi demonstrerede yderligere, at OVA-Tekstovaccine kunne konvertere CTL-udmattelse gennem CD40L-signalering gennem aktivering af PI3K/Akt/mTORC1-vejen.48 vi har for nylig vist i vores kroniske infektionsmodel, at agonist CD40 antistofmedieret CD40L-signalering også synergiserer med PD-1-blokaden ved redning af udmattede CTL ‘ er.49 disse undersøgelser tyder tydeligt på, at CD40-signalering er meget vigtig for konvertering af CTL-udmattelse ved kronisk infektion.

perspektiv

det er bredt accepteret, at costimulerende molekyler spiller en afgørende rolle i immunitet og autoimmunitet. Blandt de mange costimulerende molekyler er CD40, en potent stimulator af immunsystemet, blevet grundigt undersøgt for dets bidrag til orkestrering af beskyttende immunitet. Når CD40 binder med CD40L, rekrutterer den TRAF1 til TRAF6 til sine cytoplasmatiske domæner, og TRAF6 ser ud til at være dominerende ved kørsel af CD40-medieret signalering.21 en væsentlig rolle for CD40-CD40L signalering på CD8 + T-celler i hukommelsen CTL udvikling er veletableret. Nylige fremskridt inden for Immunologi antyder, at metaboliske veje spiller kritiske roller i kontrollen af T-celleimmunitet.50 det blev tidligere påvist, at effektor-T-celler kræver glykolyse for at proliferere, hvorimod hukommelses-T-celler afhænger af fedtsyremetabolisme for den langsigtede overlevelse. I betragtning af at TRAF6-mangel i CD8 + T-celler gør dem defekte i fedtsyremetabolisme51, og at TRAF6 er et kritisk molekyle i CD40-inducerede nedstrøms signalveje,21 det vil være interessant at undersøge rollen for CD40-signalering ved at skifte effektor-T-cellemetabolisme fra glykolyse til fedtsyreoksidering til udvikling af hukommelses-T-celler. Ved kronisk infektion udtrykte udmattede CTL ‘ er ikke kun PD-1,43, men også andre hæmmende receptorer, såsom LAG-3, T-celle ig-3 (Tim-3) og TIGIT.52 en forbedret effekt på omdannelse af CTL-udmattelse ved en kombinationsbehandling med antagonister (blokader til blokering af inhibering) for forskellige hæmmende molekyler såsom PD-1, LAG-3 og Tim-3 er blevet vist.53 vores undersøgelser49 og de af andres45,46 viste også, at CD40-signalering (costimulerende molekyle til stimulering) er afgørende for konvertering af CTL-udmattelse og kan synergisere med anti-PD1-behandling for at redde udmattede CTL ‘ er ved kronisk infektion. Det vil således være interessant at udnytte en potentielt synergistisk effekt af CD40-agonist med den antagonistiske behandling mod andre hæmmende molekyler såsom LAG-3, Tim-3 og TIGIT som en kombinationsterapi til konvertering af CTL-udmattelse ved kronisk infektion (figur 2).

figur 2 kombinationsterapi til redning af CTL-udmattelse. bemærkninger: konvertering af CTL-udmattelse ved en kombinationsbehandling med antagonister til forskellige hæmmende molekyler såsom PD-1, LAG-3 og Tim-3 til blok og CD40-agonist til stimulering. forkortelser: CTL, cytotoksisk T-lymfocyt; LAG-3, lymfocyt-aktiveringsgen-3; PD-1, programmeret celledødsprotein-1; Tim-3, T-celle ig-3.

anerkendelse

denne undersøgelse blev støttet af forskningsmidler fra Canadian Institute of Health Research (PJT163314).

Disclosure

forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter i dette arbejde.