a CD40–CD40L tengely többszörös hatásai a fertőzés és a rák elleni immunitásban

Bevezetés

a CD8+ citotoxikus T-limfocita (CTL) válaszok kritikus szerepet játszanak a fertőzés és a rák elleni immunitásban.1 három kulcsfontosságú molekuláris jelre van szükség a hatékony CTL válaszok előállításához. Az 1. jel akkor érkezik, amikor az antigén-specifikus T-sejt receptor (TCR) kötődik az antigént bemutató sejteken lévő peptidterhelt major hisztokompatibilitási komplexhez (MHC), és a 2.jel a kostimuláló molekulák, nevezetesen a B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) és a CD28 (pl. T-sejt CD28/APC CD80) összekapcsolódása révén jön létre.1 Az Ag-specifikus T-sejt-APC kölcsönhatások következtében immunológiai szinapszis alakul ki, amely a TCR–MHC–peptid komplexek és a CD28–CD80 kölcsönhatások központi klaszteréből áll, amelyeket az érintett kiegészítő molekulák gyűrűi vesznek körül (pl. komplex LFA-1–CD54).1-3 a harmadik jel a citokinek szekréciója, amelyek tovább fokozzák, módosítják és torzítják a reagáló effektor CTL-eket.4,5 ha az 1 jel 2 jel hiányában keletkezik, akkor az immunitás helyett toleranciát ad.6 ezért a hatékony immunválasz kiváltásához fontos a különböző felszíni molekulák kostimulációja vagy hatékony bekapcsolódása az APC-kbe és a T-sejtekbe.

a Kostimuláló molekulákat általában két csoportra osztják: a CD28/B7 családi csoportra és a tumor nekrózis faktor (TNF)/tumor nekrózis faktor receptor (TNFR) családi csoportra. A CD28 egy T-sejtfelszíni receptor, amely kötődik a B7-1 (CD80) és a B7-2 (CD86) kostimuláló molekulákhoz az APC-Ken, például a dendritikus sejteken (DCs) és a makrofágokon, és részt vesz a sejt által közvetített immunválaszok kiváltásában.7 a CD28 család gátló molekulája a citotoxikus T-limfocita antigén 4 (CTLA-4). A CD28 és a CTLA-4 két receptor, amelyek ugyanazokat a ligandumokat (B7 molekulákat) ismerik fel, de ellentétes funkcionális hatással vannak a T-sejt aktiválására.8 A CD40 a TNFR család tagja, amely magában foglalja az OX40-et (CD134), a 4-1BB-t (CD137) és a CD27-et.A 9 OX40 az aktivált T-sejteken expresszálódik, míg az OX40L ligand partner az APC-n található.A 10 4-1BB (CD137) B-sejteken, makrofágokon és DCs-en expresszálódik, míg a 4-1bbl liganduma DCS-en és makrofágokon expresszálódik.11 a CD27, CD70 liganduma szintén megtalálható az APC-Ken.12 a TNF / TNFR család tagjait a TCR bekapcsolódását követő órákban vagy napokban indukálják, és a T-sejt aktiváció későbbi szakaszaival járnak.13 ebben a felülvizsgálatban a CD40–CD40L elkötelezettségére összpontosítunk a DCs engedélyezésében, a T-sejt memória előmozdításában és a CTL kimerülésének átalakításában krónikus fertőzés esetén.

a CD40 receptor és annak cd40l (CD154) liganduma a TNF:TNFR családba tartozik. A CD40-et eredetileg felszíni markerként azonosították húgyhólyag carcinoma sejteken és B-sejteken.14 később kiderült, hogy a CD40 expresszálódik a B-sejteken, a makrofágokon és a DCs-n, valamint számos nem immunsejten. A CD40-CD40L jelátvitel a B-sejtekben fontos a hosszú életű plazmasejtek és a memória B-sejtek előállításához, valamint túlélésükhöz. Itt a CD40–CD40L jelátvitel szerepére összpontosítunk a T-sejt immunitásában. A CD40L a CD40 természetes liganduma és egy II-es típusú, 39 kDa-s membrán glikoprotein. A CD40-CD40L sejtfelszíni kölcsönhatását követően az intracelluláris jelátvitelt elősegíti a tnfr-asszociált faktorok (traf-ok) toborzása a sejtek belső membránjában, ami különböző útvonalak aktiválódásához vezet, mint például a kanonikus és nem kanonikus nukleáris faktor kB útvonal, mitogén aktivált protein kinázok, foszfatidilinozitol-3 kináz (PI3K) és a foszfolipáz Cy útvonal.A 15 CD40-CD40L egy pár kostimuláló molekula, amelyek kölcsönhatása szükséges a sikeres adaptív immunválaszokhoz. Rengeteg jelentés utal a CD40–CD40L interakció fontosságára az immunválaszokban, elsősorban a CD8+ CTL-ek kialakulásában. Két modellt javasoltak különböző laboratóriumok a CD40 jelzéssel kapcsolatban a CTL válaszokban.16 Az első modell azt sugallja, hogy a CD40L CD4+ T helper (Th) sejtek CD40-expresszáló DCs-re irányuló ingerei elengedhetetlenek a DC éréshez (licencelés), viszont az engedélyezett DCs hatékony CTL válaszokat válthat ki.16 azonban a CD40 követelménye a DC licencelésben megkerülhető az APC-ket közvetlenül aktiváló kórokozókra adott gyulladásos válaszokkal.17 a második modell azt sugallja, hogy a CD40L-t expresszáló CD4 + T-sejtek közvetlenül aktiválják a CD40-et expresszáló CD8 + T-sejteket, 18 Azt jósolva, hogy az összes antigénre adott CTL-válaszhoz CD40 jelátvitel szükséges a CD8+ T-sejteken. Összességében a CD40-CD40L interakció fontos szerepe számos immuneseményt idéz elő, ami nagyon fontos a gazdaszervezet kórokozók és rák elleni védekezésében.

CD40 jelzés a DCs-N A DC licenceléshez

a segítő T-sejt-függő antigénekre adott Immunválaszokhoz CD4+ T-sejt segítségre van szükség.19 A DC-k nem tudják prímelni a na 6C CD8 + T sejteket MHC II kiütéses egerekben (CD4+ T hiányos). Kimutatták, hogy a CD4 + T-sejtek segítséget nyújtanak azáltal, hogy CD40L20-at CD40-vel kapcsolják be a DCs-re, és engedélyezik a DCs-t, hogy az immunválasz erőteljes stimulátorává váljanak.19,21,22 később azt javasolták, hogy az engedélyezett DCs közvetítse a CD8 + T-sejt válaszokat a B7 molekulák expressziójának és a citokinek, például az interleukin 12 (IL-12) szekréciójának fokozásával, amely elősegíti a T-sejtek differenciálódását.21 ezenkívül a CD40-CD40L kölcsönhatás az MHC, a kostimuláló és az adhéziós molekulák fokozott expresszióját is okozza, és a proinflammatorikus kemokinek és citokinek fokozott indukcióját eredményezi a DCs-ben.23 így a DCs aktiválása CD40-CD40L jelen keresztül biztosítja a “CD4 + T-sejt segítséget”, amely szükséges ahhoz, hogy a DCs képessé váljon a na alternive T-sejtek keresztprímezésére.24 de a rejtély az volt, hogy ez a három sejttípus, amelyek ritkák és vándorolnak, ugyanazon a helyen vannak jelen, hogy kölcsönhatásba lépjenek egymással. Sőt, számos jelentés nem megfelelő eredményeket adott arról, hogy a CD4+ T-sejtek aktiválhatják az APC-ket egy CD40-független útvonalon keresztül.25,26 azonban azt javasolták, hogy amikor a DCs-t rokon CD4+ T-sejtek aktiválják, a DCs elkezdi kiválasztani a ccl3 és CCL4 kemokinokat.27 kemokinek irányítják a CCR5-t expresszáló CD8+ T-sejtek rokon kölcsönhatását engedéllyel rendelkező DCs-kkel, ami erős CTL-válaszok kiváltásához vezet háromsejtű kölcsönhatások révén.27 laboratóriumunk korábban in vivo bizonyítékot szolgáltatott a CTL válaszok dinamikus háromsejtű interakciós modelljére, ahol miután a DCs–ket DC-CD4+ T–sejt interakciók engedélyezték, az engedélyezett DC–k nem igénylik a rokon CD4+ T-sejtek egyidejű jelenlétét,16 ami ellentétben áll az előző vizsgálattal, amely a DC-CD4+ T-CD8+ T hármas klaszterek abszolút követelményét sugallja a CTL válaszokhoz.18 Azt azonban nem határozták meg, hogy a CD40–CD40L kölcsönhatás indukálja-e a DCs-t CCL3 és CCL4 kemokinek kiválasztására. Továbbá nem volt ismert, hogy a CD40-CD40L interakción keresztül licencelt DCs megköveteli – e a CCR5 expresszióját CD8+ T sejtek a CTL válaszok kiváltásához.

CD40 jelzés a CD8+ T cellákon a t-cellás memória számára

a CD40 nemcsak APC-k, például B-sejtek és DCs-k, hanem az aktivált CD8+ T-sejtek is kifejeződnek.23 nem volt azonban világos, hogy melyik sejtpopuláció játszik kritikus szerepet a CD40 jelátvitel CTL válaszokhoz történő leadásában. Bourgeois et al kimutatták, hogy a memória CD8+ T-sejtek generálása magában foglalja a CD40 expresszióját CD8+ T–sejteken, de CD4+ T–sejtes segítséget igényel CD40–CD40L interakció révén a DC-CD4+ T-CD8+ T hármas klaszter kialakításához.18 szerző azt is javasolta, hogy az ilyen CD4-CD8 T-sejt interakció a CD40-CD40L jelátvitelhez feltétlenül szükséges DCs és háromsejtes kölcsönhatások, de a CD8+ T-sejtek aktiválása független volt a CD40 DCs expressziójától.18 egy fertőző betegség modelljében egy korábbi tanulmány CD40L expressziót jelentett a DCs-n, és azt javasolta, hogy a CD40L-expresszáló DCs képes CD40–CD40L jelátvitelt juttatni a CD8+ T-sejtekre a CTL-válaszok indukálásához CD4+ T-sejtek nélkül.28 intercelluláris trogocitózis (egy új jelenség a celluláris immunológiában), amely a membránmolekulák cseréje az immunsejtek, például a DCs és a T-sejtek között 1) a molekulák internalizálása és újrahasznosítása a DCS és a T-sejtek közötti szinapszisban, 2) disszociációval összefüggő folyamat, 3) A DC-felszabadult exoszómák (EXOs) felszívódása a T-sejtek által, és 4) A DC membrán nanocső felvétele a T-sejtek fontos szerepet játszanak az immunválaszok modulációjában (1.ábra).29 korábban dinamikus kétsejtű interakciós modellt javasoltunk a CTL válaszok indukciójára.30 e javasolt modell szerint a CD4+ helper T-sejtek a DCs által aktiválva nemcsak a szinapszisból álló MHC II osztályú és kostimuláló molekulákat (CD54 és CD80), hanem a kívülálló pMHC-I-t is megszerzik az APCs-kből a DCS és a T-sejtek között kialakult szinapszisban lévő molekulák internalizálásának és újrahasznosításának nevezett folyamat révén (1.ábra),31 és CD4+ T-helper APC-kké (Th-APC-k) válnak, amelyek közvetlenül stimulálhatják a CD8+ CTL proliferációt és a memória kialakulását (1. ábra).2,3 kimutattuk, hogy a TH-APC-k egyenáramú EXO felvétel révén is kialakulhatnak (1.ábra).32,33 megmutattuk, hogy a nem specifikus CD4+ T sejtek képesek felvenni az antigén-specifikus DC-felszabadult Exo-kat, és képesek stimulálni az antigén-specifikus CD8+ CTL válaszokat és a hosszú távú T-sejt memóriát.32 később laboratóriumunk in vivo bizonyítékot szolgáltatott a közvetlen CD4+ T-sejt-CD8 + T-sejt kölcsönhatásokra, és kimutatta, hogy az ilyen kölcsönhatások nem igénylik a DCs egyidejű jelenlétét.16 kétfoton képalkotás alkalmazásával továbbá határozott bizonyítékot szolgáltattunk arra vonatkozóan, hogy a PMHC-I-vel szerzett CD4+ T sejtek közvetlenül kölcsönhatásba léphetnek a CD8+ T-sejtekkel a CD40L jel in vivo továbbítása érdekében.16 egy másik csoport nemrégiben végzett tanulmánya kétfoton képalkotó adatokat is szolgáltatott, amelyek erősen alátámasztották a közvetlen CD4+ T-sejt–CD8+ T-sejt kölcsönhatások megállapítását.34 egy fertőzési modellben Johnson et al kimutatta, hogy az egér lép DCs kifejezte a CD40L-t a vírusfertőzés vagy a Toll-szerű receptor stimuláció után, amely CTL-válaszokat váltott ki a CD40 jelzésével a CD8+ T-sejteken.28 tanulmányunk korábban kimutatta, hogy a CD40L a CD4 + T-sejteken kulcsfontosságú a közvetlen CD40 jelátvitel szempontjából a CD8 + T-sejteken, ami hatékony CTL-válaszhoz vezet nem gyulladásos körülmények között.16 továbbá beszámoltunk arról, hogy a PMHC-I komplexek által szerzett CD4+ Th-APC-k endogén IL-2 és CD40L jelátvitelük révén fokozzák az átvitt CTL-ek túlélését és differenciálódását funkcionális memória CTL-ekké, amelyek képesek megvédeni az erősen metasztatizáló tumor kihívást.35 ezek a megállapítások16, 21, 28, 33 határozottan azt sugallják, hogy a CD40–CD40L jelátvitel kritikus fontosságú a hatékony CTL válasz szempontjából, és hogy a CD40 jelátvitel következményei bonyolultak, és a CD40-et expresszáló sejtek típusától és a CD40 jel közegétől függenek.

1. ábra CD40-CD40L kölcsönhatások DC-T-sejt és T–sejt-T-sejt interfészen. Megjegyzések: a keresztindító DC először kölcsönhatásba lép az antigén-specifikus CD4+ T-vel a CD40–CD40L-függő CTL válaszok döntő első lépéseként a pMHC-II és a TCR (1.jel), a CD80–CD28 (2. jel) és a citokin (3. jel) révén. A CD40L-t expresszáló CD4 + T kölcsönhatásba lép az antigént hordozó CD40-expresszáló DC-vel, és az ilyen DC–CD4+ T kölcsönhatások DC licencelést és CD4+ T-sejt aktiválást (priming) eredményeznek. A rokon CD8 + CTL–ek ezután nem csak a DC–CD4+ T klaszterekből fogadhatnak segítő vagy stimuláló jeleket, hanem a teljesen licencelt DCs-től és CD4+ T-sejtektől külön is, még a DC-CD4+ T klaszterektől való disszociáció után is. A DCs által aktivált CD4+ helper T-sejtek nemcsak a szinapszisból álló MHC II osztályú és kostimuláló molekulákat (CD54 és CD80), hanem a kívülálló pMHC-I-t is megszerzik a DC–ből a trogocitózis (internalizáció, disszociáció-asszociáció, exoszómák felvétele vagy membrán nanocsövek) révén, és CD4+ Th–APC-kké válnak, ami közvetlen CD4+ T-CD8+ T-sejt kölcsönhatásokat eredményez, majd a CD40L jelátvitelt CD40-expresszáló CD8+ T-sejtekhez juttatja.sejtek. rövidítések: APC, antigént bemutató sejt; CTL, citotoxikus T-limfocita; DC, dendritikus sejt; IL-2, interleukin 2; pMHC, peptid fő hisztokompatibilitási komplex; TCR, T-sejt receptor; Th-APC-k, T-helper APC-k.

a DC tolerancia ellensúlyozása CD40 jelzéssel

a DCs azon részhalmazai, amelyek az 1.jelet mutatják (pl. antigén peptid–MHC komplex), de nem a 2. jelet (kostimulációs jel) “éretlen” vagy “tolerogén” DCs-ként definiálják, amelyek indukálhatják a CD4+ vagy CD8+ szabályozó T-sejtek fejlődését és az antigén-specifikus T-sejtek anergiáját.36 CD40 ligálást alkalmaztak a CD8+ T-sejtek tumorokra adott válaszainak fokozására és a perifériás Ön tolerancia megszakítására.37 Brossart és munkatársai beszámoltak a CD83-pozitív Érett DCs generációjáról, a nukleáris lokalizált RelB indukciójáról és az IL-10R upreguláció gátlásáról az oldható CD40L jelátvitel révén,38 jelezve, hogy a CD40 ligálás antagonizálhatja az IL-10 által közvetített gátlást a DC funkción. Később Gurung és munkatársai arról számoltak be, hogy a CD40L-negatív na-apoptotikus T-sejtek injekciója, de nem az aktivált apoptotikus CD4+ a CD40L-t expresszáló T-sejtek immuntoleranciát indukáltak, és azt is kimutatták, hogy egy agonista anti-CD40 Ab na-val történő együttes injekciója apoptotikus T-sejtek robusztus immunitást indukáltak.39 Higham et al arról számolt be, hogy a tumor-reaktív CD8+ T sejtek helyi szállítása a CD40L expresszálására átalakított tolerogén DC-k a prosztata-ürítő nyirokcsomókban.40 ezek az eredmények azt mutatják, hogy a T-cellás CD40L jel képes átalakítani az egyenáramú toleranciát. Laboratóriumunk korábban kimutatta, hogy a tolerogén CD4-8-lép DC-k képesek voltak stimulálni a szuppresszív 1. típusú CD4 + szabályozó T-sejt válaszokat a növekedési faktor béta szekréciójának átalakításával.41 nemrégiben azt találtuk, hogy az anti-CD40 antitesttel kezelt CD4−8− DCs nagyobb mennyiségű I-Ab, CD54, CD40, CD80 és CD86 expresszált, és képesek voltak stimulálni a CD4+ Th1 és CD8+ CTL válaszokat, amelyek tumorellenes immunitás indukciójához vezettek, jelezve, hogy a CD40 ligálás hatékonyan átalakítja a tolerogén CD4−8− DCs-t immunogénekké.42 ezek az adatok kiemelik a CD40 jelzés fontosságát a tolerogén DCs kérdésének kezelésében.

a CD8+ CTL kimerülésének átalakítása CD40 jelzéssel

a T-sejt kimerülése az egyik fő kérdés, amely az emberi immunhiányos betegek hatástalan vírusellenőrzéséhez vezet.43 CD8 + CTL kimerültség, amelyet egy programozott sejthalál ligandum-1 (PD-L1) útvonal közvetít, számos krónikus fertőzésben fordul elő, ami hatástalan víruseliminációt eredményez.44 programozott sejthalál fehérje-1 (PD-1) blokádot találtak a kimerült CD8+ T-sejtek működésének helyreállítására krónikus fertőzés során.43 A CD40L által kiváltott jelátvitel fontosságát a PD-1 blokád összefüggésében a CTL kimerülésének megmentésére Bhadra et al korábban javasolta egy Toxoplasma modellben.45 szerző arról számolt be, hogy a CD40–CD40L út blokkolása megszüntette az anti-PD-L1 kezelés enyhítő hatásait a kimerült CD8+ T sejtekre, és a CD40-et a kostimuláló molekulák paneljének egyik molekulájaként azonosította, amelyet krónikusan fertőzött egerek CD8+ T sejtjein erősen szabályoztak.45 Isogawa et al azt is megállapította, hogy a myeloid DCs CD40 által közvetített aktiválása megmentheti a PD-1 által gátolt CD8+ T sejtek CTL kimerülését.46 korábban új petesejt-specifikus, EXO-célzott T-sejt alapú vakcinát (OVA-Texo) állítottunk elő, amely cd40l-t expresszál, és bebizonyítottuk, hogy az OVA-Texo vakcina erős CTL válaszokat és T-sejt memóriát stimulált.47 korábban kifejlesztettünk egy egér krónikus fertőzési modellt egereken OVA-expresszáló adenovírussal történő fertőzéssel, amelyben a petesejt-specifikus CTL-ek funkcionálisan kimerültek a PD-1 és a lymphocyta-aktiváló gén-3 (lag-3) kifejezésére.48 továbbá kimutattuk, hogy az OVA-Texo vakcina képes átalakítani a CTL kimerülését CD40L jelátvitel útján a PI3K/Akt/mTORC1 útvonal aktiválásával.48 nemrégiben krónikus fertőzési modellünkben megmutattuk, hogy az agonista CD40 antitest által közvetített CD40L jelátvitel szintén szinergizál a PD-1 blokáddal a kimerült CTL-ek megmentésében.49 ezek a vizsgálatok egyértelműen azt mutatják, hogy a CD40 jelátvitel nagyon fontos a CTL kimerülésének átalakításához krónikus fertőzés esetén.

perspektíva

széles körben elfogadott, hogy a kostimuláló molekulák döntő szerepet játszanak az immunitásban és az autoimmunitásban. A számos kostimuláló molekula közül a CD40-et, az immunrendszer erős stimulátorát széles körben tanulmányozták a védő immunitás hangszereléséhez való hozzájárulása szempontjából. Amikor a CD40 kötődik a CD40L-hez, a traf1-et a traf6-hoz toborozza citoplazmatikus doménjeihez, és úgy tűnik, hogy a TRAF6 dominál a CD40 által közvetített jelátvitel vezetésében.21 a CD40–CD40L jelátvitel alapvető szerepe a CD8+ T sejteken a memóriában a CTL fejlesztése jól megalapozott. Az immunológia legújabb fejleményei arra utalnak, hogy a metabolikus utak kritikus szerepet játszanak a T-sejt immunitásának szabályozásában.50 korábban kimutatták, hogy az effektor T-sejtek szaporodásához glikolízisre van szükség, míg a memória T-sejtek hosszú távú túlélése a zsírsav-anyagcserétől függ. Tekintettel arra, hogy a CD8+ T-sejtek TRAF6-hiánya hibássá teszi őket a zsírsav-metabolizmusban51, és hogy a TRAF6 kritikus molekula a CD40 által indukált downstream jelátviteli utakon, 21 érdekes lesz megvizsgálni a CD40 jelátvitel szerepét az effektor T-sejt metabolizmusának a glikolízisről a zsírsav-oxidációra történő átkapcsolásában a memória T-sejtek fejlesztése érdekében. Krónikus fertőzésben a kimerült CTL-ek nemcsak a PD-1,43-at expresszálták, hanem más gátló receptorokat is, mint például a LAG-3, A T-sejt Ig-3 (Tim-3) és a TIGIT.52 kimutatták, hogy a CTL kimerülésének átalakulását a különböző gátló molekulák, például a PD-1, A LAG-3 és a Tim-3 antagonistákkal (gátlás blokkolására szolgáló blokádokkal) végzett kombinált kezelés fokozza.53 tanulmányaink49 és mások45,46 azt is kimutatták, hogy a CD40 jelátvitel (stimulációs kostimuláló molekula) döntő fontosságú a CTL kimerültség átalakításában, és szinergizálhat az anti-PD1 kezeléssel a kimerült CTL-ek megmentésében krónikus fertőzés esetén. Érdekes lesz tehát a CD40 agonista potenciálisan szinergikus hatásának kiaknázása az antagonista kezeléssel más gátló molekulák ellen, mint pl LAG-3, Tim-3és TIGIT kombinált terápiaként a CTL kimerülésének átalakításában krónikus fertőzés esetén (2.ábra).

2. ábra kombinált terápia a CTL kimerültségének megmentésére. Megjegyzések: a CTL kimerülésének átalakítása különböző gátló molekulák, például a PD-1, A LAG-3 és a Tim-3 antagonistákkal történő kombinációs kezeléssel blokkolásra és CD40 agonistára stimuláció céljából. rövidítések: CTL, citotoxikus T-limfocita; LAG-3, limfocita-aktiváló gén-3; PD-1, programozott sejthalál fehérje-1; Tim-3, T-sejt Ig-3.

elismerés

ezt a tanulmányt a Kanadai Egészségügyi Kutatóintézet (Pjt163314) kutatási alapjai támogatták.

közzététel

a szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget ebben a munkában.