Effetti multipli dell’asse CD40–CD40L nell’immunità contro l’infezione e il cancro

Introduzione

CD8+ le risposte citotossiche dei linfociti T (CTL) svolgono un ruolo critico nell’immunità contro l’infezione e il cancro.1 Sono necessari tre segnali molecolari chiave per generare risposte CTL efficaci. Il segnale 1 viene consegnato quando il recettore delle cellule T specifico per l’antigene (TCR) si lega al complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) caricato dal peptide su cellule che presentano l’antigene (APC) e il segnale 2 viene generato attraverso l’impegno di molecole costimulatorie, ovvero B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) e CD28 (ad es.1 A seguito delle interazioni Ag-specifiche delle cellule T–APC, si forma una sinapsi immunologica comprendente un cluster centrale di complessi peptidici TCR-MHC e interazioni CD28-CD80 circondate da anelli di molecole accessorie impegnate (ad esempio, LFA-1–CD54 complessato).1-3 Il terzo segnale è la secrezione di citochine, che migliorano ulteriormente, modificano e inclinano l’effettore rispondente CTLs.4,5 Se il segnale 1 viene generato in assenza del segnale 2, allora rende tolleranza invece di immunità.6 Pertanto, la costimolazione o l’impegno efficiente di diverse molecole di superficie su APC e cellule T è importante per innescare risposte immunitarie efficienti.

Le molecole costimulatorie sono generalmente divise in due gruppi: il gruppo familiare CD28/B7 e il gruppo familiare del fattore di necrosi tumorale (TNF)/recettore del fattore di necrosi tumorale (TNFR). CD28 è un recettore di superficie delle cellule T che si lega alle molecole costimulatorie B7-1 (CD80) e B7-2 (CD86) su APC come le cellule dendritiche (DCs) e macrofagi ed è coinvolto nell’attivazione delle risposte immunitarie mediate dalle cellule.7 La molecola inibitoria della famiglia CD28 è l’antigene citotossico dei linfociti T 4 (CTLA-4). CD28 e CTLA-4 sono due recettori che riconoscono gli stessi ligandi (molecole B7)ma hanno effetti funzionali opposti sull’attivazione delle cellule T.8 CD40 è un membro della famiglia TNFR, che include OX40 (CD134), 4-1BB (CD137) e CD27.9 OX40 è espresso su cellule T attivate, mentre il suo partner ligando OX40L si trova su APC.10 4-1BB (CD137) è espresso su cellule B, macrofagi e DCS, mentre il suo ligando 4-1BBL è espresso su DCs e macrofagi.11 Il ligando per CD27, CD70, si trova anche su APC.12 I membri della famiglia di TNF/TNFR sono indotti in ore o giorni dopo l’impegno di TCR e comprendono le fasi successive dell’attivazione delle cellule T.13 In questa recensione, ci concentriamo sull’impegno CD40–CD40L nella concessione di licenze DCS, promuovendo la memoria delle cellule T e convertendo l’esaurimento CTL nell’infezione cronica.

Il recettore CD40 e il suo ligando CD40L (CD154) appartengono alla famiglia TNF:TNFR. CD40 è stato originariamente identificato come un marcatore di superficie sulle cellule di carcinoma della vescica e le cellule B.14 Più tardi, CD40 è stato trovato per esprimere su cellule B, macrofagi e DCS, così come molte cellule non immuni. La segnalazione CD40–CD40L nelle cellule B è importante per la generazione di plasmacellule a lunga durata e cellule B di memoria, nonché per la loro sopravvivenza. Qui, ci concentriamo sul ruolo della segnalazione CD40-CD40L nell’immunità delle cellule T. Il CD40L è un legante naturale per CD40 e un tipo II, glicoproteina di membrana 39-kDa. A seguito di CD40–CD40L interazione sulla superficie cellulare; segnalazione intracellulare è facilitato dall’assunzione di TNFR-fattori associati (TRAFs) nella membrana interna delle cellule, che porta all’attivazione di percorsi diversi, come la canonica e canonica fattore nucleare kB percorso, chinasi di proteina mitogene-attivata della proteina chinasi, fosfatidilinositolo-3 chinasi (PI3K), e la fosfolipasi Cy percorso.15 CD40-CD40L è una coppia di molecole costimulatorie e la loro interazione è necessaria per risposte immunitarie adattive di successo. C’è una pletora di rapporti che suggeriscono l’importanza dell’interazione CD40–CD40L nelle risposte immunitarie principalmente nello sviluppo di CD8+ CTLs. Due modelli sono stati proposti da diversi laboratori per quanto riguarda la segnalazione CD40 nelle risposte CTL.16 Il primo modello suggerisce che gli stimoli da CD40L di cellule helper CD4+ T (Th) a DCS che esprimono CD40 sono essenziali per la maturazione DC (licensing) e, a loro volta, i DCS autorizzati possono innescare risposte CTL efficaci.16 Tuttavia, il requisito di CD40 nelle licenze DC può essere aggirato dalle risposte infiammatorie agli agenti patogeni che attivano direttamente gli APC.17 Il secondo modello suggerisce che le cellule T CD4+ che esprimono CD40L attivano direttamente le cellule T CD8 + che esprimono CD40, 18 prevedendo che le risposte CTL a tutti gli antigeni richiedono la segnalazione CD40 sulle cellule T CD8+. Complessivamente, i ruoli importanti per l’interazione CD40–CD40L danno origine a molti eventi immunitari, che è molto importante per la difesa dell’ospite contro gli agenti patogeni e il cancro.

Segnalazione CD40 su DCs per licenze DC

Le risposte immunitarie agli antigeni dipendenti dalle cellule T helper richiedono l’aiuto delle cellule T CD4+.19 DCs non può innescare cellule CD8 + T naïve in topi knockout MHC II (CD4+ T carente). È stato dimostrato che le cellule T CD4 + forniscono aiuto impegnando il loro CD40L20 con CD40 su DCS e DCS di licenza per renderli un potente stimolatore della risposta immunitaria.19,21,22 Più successivamente, è stato suggerito che i DCS autorizzati mediano le risposte delle cellule T CD8 + migliorando l’espressione delle molecole B7 e la secrezione delle citochine quale interleuchina 12 (IL-12) che promuove la differenziazione delle cellule T.21 Inoltre, l’interazione CD40–CD40L provoca anche una maggiore espressione di MHC, costimulatory e molecole di adesione e si traduce in una maggiore induzione di chemochine proinfiammatorie e citochine in DCs.23 Pertanto, l’attivazione di DCs attraverso il segnale CD40–CD40L fornisce l ‘”aiuto delle cellule T CD4+” necessario per consentire ai DCS di incrociare le cellule T naïve.24 Ma l’enigma era come questi tre tipi di cellule, che sono rari e migratori, presenti nella stessa posizione per interagire tra loro. Inoltre, ci sono diversi rapporti che hanno fornito risultati incongrui che le cellule T CD4 + possono attivare gli APC attraverso un percorso indipendente da CD40.25,26 Tuttavia, è stato suggerito che quando i DCS sono attivati dalle cellule T CD4+ affini, i DCS iniziano a secernere chemochine CCL3 e CCL4.27 Chemochine guidano l’interazione affine di cellule T CD8+ che esprimono CCR5 con DCS con licenza, portando a innescare forti risposte CTL attraverso interazioni a tre cellule.27 Il nostro laboratorio ha precedentemente fornito prove in vivo per un modello dinamico di interazione a tre cellule per le risposte CTL, in cui una volta che i DC sono concessi in licenza da interazioni DC–CD4+ T-cell, i DC autorizzati non richiedono la presenza simultanea di cellule CD4+ T affini,16 che è in contrasto con lo studio precedente che suggerisce il requisito assoluto dei cluster ternari DC–CD4+ T–CD8+ T per le risposte CTL.18 Tuttavia, non è stato determinato se l’interazione CD40–CD40L induca i DCS a secernere chemochine CCL3 e CCL4. Inoltre, non era noto se DCs concesso in licenza attraverso l’interazione CD40–CD40L richiede espressione CCR5 da cellule T CD8+ per indurre risposte CTL.

CD40 segnalazione su cellule T CD8 + per la memoria delle cellule T

CD40 è espresso non solo su APC come cellule B e DCS, ma anche su cellule T CD8+ attivate.23 Tuttavia, non era chiaro quale popolazione cellulare svolga un ruolo critico nel fornire la segnalazione CD40 per le risposte CTL. Bourgeois et al hanno dimostrato che la generazione di cellule T CD8+ di memoria comporta l’espressione di CD40 su cellule T CD8+, ma richiede l’aiuto delle cellule T CD4+ attraverso l’interazione CD40-CD40L per formare il cluster ternario DC–CD4+ T–CD8+ T.18 Autori hanno inoltre suggerito che tale interazione delle cellule T CD4–CD8 per la segnalazione CD40–CD40L richiedesse assolutamente DCs e interazioni a tre cellule, ma l’attivazione delle cellule T CD8+ era indipendente dall’espressione CD40 da parte di DCs.18 In un modello di malattia infettiva, uno studio precedente riportava l’espressione CD40L su DCs e suggeriva che le DCS che esprimevano CD40L potevano fornire la segnalazione CD40–CD40L su cellule T CD8 + per l’induzione di risposte CTL senza richiedere cellule T CD4+.28 Intercellulare trogocytosis (un fenomeno nuovo cellulare, immunologia) che è il cambio di membrana molecole tra le cellule del sistema immunitario come controller di dominio e di cellule T attraverso 1) l’interiorizzazione e il riciclaggio di molecole di sinapsi formate tra DCs e le cellule T, 2) la dissociazione processo associato, 3) assorbimento di DC-rilasciato il fatto (EXOs) da parte delle cellule T, e 4) assorbimento di DC membrana di nanotubi di cellule T è stato trovato a giocare un ruolo importante nella modulazione della risposta immunitaria (Figura 1).29 In precedenza, abbiamo proposto un modello dinamico di interazione a due cellule per l’induzione delle risposte CTL.30 Secondo questo modello proposto, CD4+ cellule T helper, quando attivato da DCs acquisire non solo la sinapsi-composto MHC di classe II e di molecole di costimolazione (CD54 e CD80), ma anche l’astante pMHC-I da Apc attraverso un processo chiamato di interiorizzazione e di riciclaggio di molecole di sinapsi formate tra DCs e le cellule T (Figura 1),31 e diventare CD4+ T helper Apc (Th-Apc) che sono in grado di stimolare le cellule t CD8+ CTL proliferazione e la formazione della memoria (Figura 1).2,3 Abbiamo dimostrato che i Th-APC possono anche formarsi attraverso l’assorbimento di EXO rilasciato da DC (Figura 1).32,33 Abbiamo dimostrato che le cellule T CD4 + non specifiche possono assorbire ESO rilasciati da DC antigene-specifici e sono in grado di stimolare le risposte CD8+ CTL antigene-specifiche e la memoria delle cellule T a lungo termine.32 Successivamente, il nostro laboratorio ha fornito prove in vivo per le interazioni dirette CD4 + T-cell-CD8 + T-cell e ha dimostrato che tali interazioni non richiedono la presenza simultanea di DCs.16 Utilizzando l’imaging a due fotoni, abbiamo inoltre fornito prove precise che le cellule T CD4 + acquisite da pMHC-I possono interagire direttamente con le cellule T CD8+ per fornire il segnale CD40L in vivo.16 Un recente studio di un altro gruppo ha anche fornito dati di imaging a due fotoni che hanno fortemente supportato la nostra scoperta di interazioni dirette CD4 + T-cell-CD8 + T-cell.34 In un modello di infezione, Johnson et al hanno dimostrato che i DCS splenici murini hanno espresso CD40L dopo l’infezione virale o la stimolazione del recettore Toll-like, che ha innescato le risposte CTL attraverso la segnalazione di CD40 su cellule T CD8+.28 Il nostro studio in precedenza ha dimostrato che CD40L su cellule T CD4 + è cruciale per una segnalazione diretta CD40 su cellule T CD8+ che porta ad una risposta CTL efficace in condizioni non infiammatorie.16 Abbiamo inoltre riferito che i complessi pMHC-I-CD4+ Th-APC acquisiti attraverso la loro segnalazione endogena IL-2 e CD40L migliorano la sopravvivenza dei CTL trasferiti e la loro differenziazione in CTL di memoria funzionale in grado di proteggere contro la sfida tumorale altamente metastasizzante.35 Queste rilevazioni16, 21, 28, 33 suggeriscono fortemente che la segnalazione CD40–CD40L è fondamentale per una risposta CTL efficace e che le conseguenze della segnalazione CD40 sono complicate e dipendono dal tipo di cellule che esprimono CD40 e dall’ambiente in cui viene fornito il segnale CD40.

Figura 1 interazioni CD40-CD40L a DC-T cell e T cell–T cell interface. Note: La CC ad innesco incrociato interagisce per la prima volta con l’antigene-specifico CD4 + T per il primo passaggio cruciale nelle risposte CTL CD40–CD40L-dipendenti attraverso pMHC-II e TCR (segnale 1), CD80–CD28 (segnale 2) e citochina (segnale 3). CD40L-esprimere CD4 + T interagisce con antigene che trasportano CD40-esprimere DC, e tali interazioni DC–CD4+ T risultato in licenza DC e CD4 + attivazione delle cellule T (adescamento). Cognate CD8 + CTLs può quindi ricevere segnali di supporto o stimolatori, non solo dai cluster DC-CD4 + T, ma anche separatamente dalle cellule DCs e CD4+ T con licenza completa, anche dopo la loro dissociazione dai cluster DC–CD4+ T. Cellule t helper CD4+ cellule T, attivato dalla DCs acquisire non solo la sinapsi-composto MHC di classe II e di molecole di costimolazione (CD54 e CD80), ma anche l’astante pMHC-ho da DC attraverso trogocytosis (interiorizzazione, di dissociazione–associazione, il fatto di assorbimento, o membrana nanotubi) e diventare CD4+ Th-Apc, con conseguente diretta CD4+ T–cellule CD8+ T-farmacologiche e successivamente la consegna di CD40L segnalazione di CD40-esprimendo le cellule T CD8+. Abbreviazioni: APC, antigen-presenting cell; CTL, citotoxic T lymphocyte; DC, dendritic cell; IL-2, interleuchina 2; pMHC, complesso di istocompatibilità maggiore del peptide; TCR, recettore delle cellule T; Th-APCs, T-helper APCs.

Eroe della DC tolerization da CD40 segnalazione

Sottoinsiemi di DCs che segnale di presenza a 1 (ad esempio, l’antigene complesso peptide–MHC), ma non il segnale 2 (segnale di costimolazione), sono definite come “immaturi” o “tollerogeniche” controller di dominio che possono indurre lo sviluppo di cellule t CD4+ o CD8+ cellule T regolatorie e anergia delle cellule T antigene-specifiche.36 Legatura CD40 è stata utilizzata per aumentare le risposte delle cellule T CD8+ ai tumori e per rompere l’auto-tolleranza periferica.37 Brossart et al hanno riportato la generazione di DCS maturi CD83-positivi, l’induzione di RelB localizzato nucleare e l’inibizione dell’upregulation IL-10R attraverso la segnalazione CD40L solubile,38 indicando che la legatura CD40 può antagonizzare l’inibizione mediata da IL-10 sulla funzione DC. Più tardi, Gurung et al hanno riferito che l’iniezione delle cellule T apoptotiche naïve CD40L-negative, ma non le cellule T apoptotiche attivate CD4+ che esprimono la tolleranza immunitaria indotta da CD40L, e hanno anche dimostrato che la co-iniezione di un Ab anti-CD40 agonistico con cellule T apoptotiche naïve ha indotto un’immunità robusta.39 Higham et al hanno riferito che la consegna locale di cellule T CD8 + reattive al tumore progettate per esprimere CD40L ha convertito DCs tolerogenic nei linfonodi drenanti della prostata.40 Questi risultati indicano che il segnale CD40L delle cellule T può convertire la tolleranza DC. Il nostro laboratorio ha precedentemente dimostrato che i DCS tollerogenici CD4−8− splenici erano in grado di stimolare le risposte delle cellule T regolatorie CD4+ soppressive di tipo 1 attraverso la trasformazione della secrezione beta del fattore di crescita.41 Recentemente, abbiamo scoperto che i CD4-8−DCs trattati con anticorpi anti-CD40 esprimevano una maggiore quantità di I-Ab, CD54, CD40, CD80 e CD86 ed erano in grado di stimolare le risposte CD4+ Th1 e CD8+ CTL che portavano all’induzione dell’immunità antitumorale, indicando che la legatura CD40 converte efficientemente i CD4−8− DCs tollerogeni42 Questi dati evidenziano l’importanza della segnalazione CD40 nell’affrontare il problema dei DCS tollerogenici.

La conversione dell’esaurimento CD8 + CTL mediante segnalazione CD40

L’esaurimento delle cellule T è uno dei principali problemi che porta al controllo del virus inefficace nei pazienti con immunodeficienza umana.43 CD8 + CTL esaurimento mediato da una morte cellulare programmata ligand-1 (PD-L1) pathway si verifica in diverse infezioni croniche con conseguente eliminazione del virus inefficace.44 Morte cellulare programmata il blocco protein-1 (PD-1) è stato trovato per ripristinare la funzione delle cellule T CD8+ esaurite durante l’infezione cronica.43 L’importanza della segnalazione indotta da CD40L nel contesto del blocco PD-1 per il salvataggio dell’esaurimento CTL è stata precedentemente proposta da Bhadra et al in un modello di Toxoplasma.Gli autori 45 hanno riferito che il blocco della via CD40–CD40L ha abrogato gli effetti migliorativi del trattamento anti-PD-L1 sulle cellule T CD8+ esauste e ha identificato CD40 come una delle molecole tra un pannello di molecole costimulatorie, che è stato altamente sovraregolato sulle cellule T CD8+ in topi cronicamente infetti.45 Isogawa et al hanno anche scoperto che l’attivazione mediata da CD40 di DCS mieloide potrebbe salvare l’esaurimento CTL delle cellule T CD8+ inibite da PD-1.46 In precedenza abbiamo generato un nuovo vaccino a base di cellule T (OVA-Texo) specifico per gli OVULI che esprime CD40L e abbiamo dimostrato che il vaccino OVA-Texo stimolava potenti risposte CTL e memoria delle cellule T.47 In precedenza abbiamo sviluppato un modello di infezione cronica del topo mediante infezione di topi con adenovirus che esprime gli OVULI, in cui CTLS specifici degli OVULI esprimevano PD-1 e gene-3 di attivazione dei linfociti (LAG-3) che erano funzionalmente esauriti.48 Abbiamo inoltre dimostrato che il vaccino OVA-Texo potrebbe convertire l’esaurimento CTL attraverso la segnalazione CD40L attraverso l’attivazione della via PI3K/Akt/mTORC1.48 Abbiamo recentemente dimostrato nel nostro modello di infezione cronica che la segnalazione CD40L mediata da anticorpi agonisti CD40 sinergizza anche con il blocco PD-1 nel salvataggio di CTLS esausti.49 Questi studi indicano chiaramente che la segnalazione CD40 è molto importante per la conversione dell’esaurimento CTL nell’infezione cronica.

Prospettiva

È ampiamente accettato che le molecole costimulatorie svolgono un ruolo cruciale nell’immunità e nell’autoimmunità. Tra le diverse molecole costimolatorie, CD40, un potente stimolatore del sistema immunitario, è stato ampiamente studiato per il suo contributo all’orchestrazione dell’immunità protettiva. Quando CD40 si lega con CD40L, recluta TRAF1 a TRAF6 ai suoi domini citoplasmatici e TRAF6 sembra essere predominante nel guidare la segnalazione mediata da CD40.21 Un ruolo essenziale per la segnalazione CD40–CD40L su cellule T CD8 + nello sviluppo CTL memoria è ben consolidata. I recenti progressi nell’immunologia suggeriscono che le vie metaboliche svolgono un ruolo critico nel controllo dell’immunità delle cellule T.50 In precedenza è stato dimostrato che le cellule T effettrici richiedono la glicolisi per proliferare, mentre le cellule T della memoria dipendono dal metabolismo degli acidi grassi per la sopravvivenza a lungo termine. Dato che la carenza di TRAF6 nelle cellule T CD8+ le rende difettose nel metabolismo degli acidi grassi51 e che TRAF6 è una molecola critica nelle vie di segnalazione a valle indotte da CD40,21 sarà interessante indagare il ruolo della segnalazione CD40 nel passaggio del metabolismo delle cellule T effettore dalla glicolisi all’ossidazione degli acidi grassi per lo sviluppo Nell’infezione cronica, i CTL esausti hanno espresso non solo PD-1,43 ma anche altri recettori inibitori come LAG-3, T-cell Ig-3 (Tim-3) e TIGIT.È stato dimostrato un effetto potenziato sulla conversione dell’esaurimento CTL mediante un trattamento combinato con antagonisti (blocchi per l’inibizione del blocco) per diverse molecole inibitorie come PD-1, LAG-3 e Tim-3.53 I nostri studi49 e quelli di altri45, 46 hanno anche dimostrato che la segnalazione CD40 (costimulatory molecule for stimulation) è cruciale per convertire l’esaurimento CTL e può sinergizzare con il trattamento anti-PD1 nel salvataggio di CTLS esausti nell’infezione cronica. Sarà, quindi, interessante sfruttare un effetto potenzialmente sinergico dell’agonista CD40 con il trattamento antagonistico contro altre molecole inibitorie come LAG-3, Tim-3 e TIGIT come terapia combinata nella conversione dell’esaurimento CTL in infezione cronica (Figura 2).

Figura 2 Terapia di combinazione per il salvataggio dell’esaurimento CTL. Note: Conversione dell’esaurimento CTL mediante un trattamento combinatorio con antagonisti per diverse molecole inibitorie come PD-1, LAG-3 e Tim-3 per bloccare e agonista CD40 per la stimolazione. Abbreviazioni: CTL, linfociti T citotossici; LAG-3, gene di attivazione dei linfociti-3; PD-1, proteina di morte cellulare programmata-1; Tim-3, cellule T Ig-3.

Riconoscimento

Questo studio è stato supportato da fondi di ricerca del Canadian Institute of Health Research (PJT163314).

Disclosure

Gli autori non segnalano conflitti di interesse in questo lavoro.