Multiple effects of CD40–CD40L axis in immunity against infection and cancer

Innledning

CD8+ cytotoksiske T lymfocytt (CTL) responser spiller en kritisk rolle i immunitet mot infeksjon og kreft.1 Tre nøkkelmolekylære signaler kreves for å generere effektive CTL-svar. Signal 1 leveres når antigen-spesifikk t-cellereseptor (TCR) binder seg til peptidbelastet hovedhistokompatibilitetskompleks (MHC) på antigenpresenterende celler (Apc) og signal 2 genereres gjennom inngrep av kostimulerende molekyler, nemlig B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) OG CD28 (f.eks. T-celle CD28 / APC CD80).1 Som Følge Av Ag-spesifikke t–celle-APC-interaksjoner dannes en immunologisk synaps som omfatter en sentral klynge AV TCR-MHC-peptidkomplekser og cd28-CD80-interaksjoner omgitt av ringer av engasjerte tilbehørsmolekyler (f.eks. kompleks LFA-1–CD54).1-3 det tredje signalet er sekresjonen av cytokiner, som ytterligere forbedrer, modifiserer Og forskyver de responderende effektor CTLs.4,5 hvis signal 1 genereres i fravær av signal 2, gjør det toleranse i stedet for immunitet.6 dermed er kostimulering eller effektiv inngrep av forskjellige overflatemolekyler på Apc-er og T-celler viktig for å utløse effektive immunresponser.

Costimulatory molekyler er vanligvis delt inn i to grupper: CD28 / B7 familiegruppen og tumor nekrose faktor (TNF)/tumor nekrose faktor reseptor (TNFR) familiegruppen. CD28 er en t-celleoverflatereseptor som binder seg Til kostimulerende molekyler B7-1 (CD80) og B7-2 (CD86) på Apcer som dendrittiske celler (DCs) og makrofager, og er involvert i utløsing av cellemedierte immunresponser.7 det hemmende molekylet I CD28-familien er cytotoksisk t-lymfocyttantigen 4 (CTLA-4). CD28 OG CTLA-4 er to reseptorer som gjenkjenner de samme ligandene (B7-molekylene), men har motsatte funksjonelle effekter på t-celleaktivering.8 CD40 er medlem AV tnfr-familien, som inkluderer OX40 (CD134), 4-1BB (CD137) OG CD27.9 OX40 uttrykkes på aktiverte t-celler, mens ligandpartneren OX40L er plassert på Apcer.10 4 – 1BB (CD137) uttrykkes På b-celler, makrofager og DCs, mens liganden 4-1bbl uttrykkes på DCs og makrofager.11 liganden FOR CD27, CD70, finnes også på Apcer.12 tnf / tnfr-familiemedlemmer induseres i timer til dager etter TCR-engasjementet og involverer senere stadier Av t-celleaktivering.13 i denne gjennomgangen fokuserer VI PÅ CD40-CD40L-engasjement i lisensiering Av DCs, fremme T-celleminne og konvertering AV CTL-utmattelse ved kronisk infeksjon.

CD40-reseptor OG dens ligand CD40L (CD154) tilhører tnf:TNFR-familien. CD40 ble opprinnelig identifisert som en overflatemarkør på blærekarsinomceller og B-celler.14 SENERE HAR CD40 blitt funnet å uttrykke På B-celler, makrofager og Dc, samt mange ikke-immune celler. CD40-CD40L signalering I B-celler er viktig for generering av langlivede plasmaceller Og minne B-celler, så vel som for deres overlevelse. HER fokuserer VI på ROLLEN SOM CD40-CD40L-signalering i t-celleimmunitet. CD40L ER en naturlig ligand FOR CD40 og En TYPE II, 39-kDa membran glykoprotein. ETTER CD40-CD40L-interaksjon på celleoverflaten; intracellulær signalering forenkles ved rekruttering AV Tnfr-assosierte faktorer (TRAFs) i cellens indre membran, noe som fører til aktivering av forskjellige veier, som den kanoniske og ikke-kanoniske kjernefaktoren kB-vei, mitogenaktiverte proteinkinaser, fosfatidylinositol-3-kinase (PI3K) og fosfolipase Cy-vei.15 CD40-CD40L er et par kostimulerende molekyler, og deres interaksjon er nødvendig for vellykkede adaptive immunresponser. DET er en mengde rapporter som tyder på betydningen AV CD40-CD40L-interaksjon i immunresponser, hovedsakelig i utviklingen AV CD8 + CTLs. To modeller har blitt foreslått av forskjellige laboratorier angående CD40-signalering I CTL-svar.16 Den første modellen antyder at stimuli FRA CD40L AV CD4 + T helper (Th) celler TIL CD40-uttrykke DCs er avgjørende FOR DC modning( lisensiering), og i sin tur, lisensiert DCs kan utløse effektive CTL svar.16 kravet OM CD40 I DC-lisensiering kan imidlertid omgås av inflammatoriske responser på patogener som aktiverer Apcer direkte.17 den andre modellen antyder AT CD40L-uttrykkende CD4 + T-celler aktiverer CD40-uttrykkende CD8 + T-celler direkte, 18 forutsier AT CTL-responser på alle antigener krever CD40-signalering på CD8 + T-celler. Til sammen gir de viktige rollene FOR CD40-CD40L-interaksjon opphav til mange immunhendelser, noe som er svært viktig for vertsforsvaret mot patogener og kreft.

CD40-signalering på DCs for DC-lisensiering

Immunresponser til hjelpende t-celleavhengige antigener krever CD4 + T-cellehjelp.19 DCs kan ikke prime naï CD8 + T-celler I MHC II knockout mus (CD4+ T mangelfull). DET ble vist AT CD4 + t-celler gir hjelp ved å engasjere CD40L20 MED CD40 På DCs og lisens DCs for å gjøre dem til en kraftig stimulator for immunrespons.19,21,22 Senere ble det foreslått at lisensierte DCs medierer CD8 + T – celleresponser ved å forbedre B7-molekylers uttrykk og sekresjon av cytokiner som interleukin 12 (IL-12) som fremmer t-celledifferensiering.21 VIDERE FORÅRSAKER CD40-CD40L-interaksjon også et økt uttrykk for MHC, kostimulerende og adhesjonsmolekyler og resulterer i en forbedret induksjon av proinflammatoriske kjemokiner og cytokiner i DCs.23 aktivering av DCs gjennom CD40-CD40L-signalet gir dermed «CD4 + t-cellehjelpen» som er nødvendig for å gi DCs mulighet til å krysse-prime naï T-celler.24 men gåten var hvordan disse tre celletypene, som er sjeldne og trekkende, er tilstede på samme sted for å samhandle med hverandre. Videre er det flere rapporter som ga inkongruøse resultater at CD4 + T-celler kan aktivere Apcer gjennom EN CD40-uavhengig vei.25,26 det ble imidlertid foreslått at Når DCs aktiveres AV beslektede CD4+ T-celler, Begynner DCs å utskille kjemokiner CCL3 og CCL4.27 Kjemokiner styrer kognat interaksjon AV CCR5-uttrykkende CD8 + T-celler med lisensierte DCs, noe som fører til å utløse sterke CTL-responser gjennom tre-cellers interaksjoner.27 laboratoriet vårt har tidligere gitt in vivo-bevis for en dynamisk trecellers interaksjonsmodell for CTL–responser, hvor når DCs er lisensiert av DC-CD4+ T-celleinteraksjoner, krever lisensierte DCs ikke samtidig tilstedeværelse av beslektede CD4+ T-celler,16 som er i motsetning til den forrige studien som tyder på absolutt krav TIL DC-CD4 + T-CD8 + T ternære klynger for CTL-responser.18 det ble imidlertid ikke fastslått om CD40-CD40L-interaksjon induserer DCs til å utskille ccl3 og CCL4-kjemokiner. Videre var Det ikke kjent om DCs lisensiert GJENNOM CD40-CD40L-interaksjon krever CCR5-uttrykk av CD8 + T-celler for å indusere CTL-responser.

CD40-signalering på CD8 + t-celler for t-celleminne

CD40 uttrykkes ikke bare på Apcer som B-celler og DCs, men også på aktiverte CD8 + T-celler.23 det var imidlertid ikke klart hvilken cellepopulasjon som spiller en kritisk rolle i å levere CD40-signalering for CTL-responser. Bourgeois et al har vist at generering AV minne CD8 + T-celler innebærer uttrykk FOR CD40 PÅ CD8 + T-celler, men krever CD4 + T-cellehjelp gjennom CD40–CD40L-interaksjon for å danne DC-CD4 + T-CD8 + T ternær klynge.18 Forfattere foreslo videre at SLIK CD4-CD8 T-celleinteraksjon FOR CD40-CD40L-signalering absolutt krevde DCs og tre-celleinteraksjoner, men aktivering AV CD8 + T-celler var uavhengig AV CD40-uttrykk av DCs.18 i en smittsom sykdomsmodell rapporterte en tidligere studie CD40L-uttrykk på DCs, og foreslo AT CD40L-uttrykkende DCs kunne levere CD40-CD40L-signalering på CD8 + T-celler for induksjon AV CTL-responser uten Å kreve CD4+ T-celler.28 Intercellulær trogocytose (et nytt fenomen i cellulær immunologi) som er utveksling av membranmolekyler mellom immunceller som DCs og T-celler gjennom 1) internalisering og gjenvinning av molekyler i synaps dannet mellom DCs og T-celler, 2) dissosiasjon-assosiert prosess, 3) absorpsjon AV DC-frigjorte eksosomer (EXOs) Av T-celler, og 4) opptak AV DC-membrannanorør Av T-celler har vist seg å spille en viktig rolle i modulering av immunresponser (Figur 1).29 Tidligere foreslo vi en dynamisk to-celle interaksjonsmodell for induksjon AV CTL-responser.30 IFØLGE denne foreslåtte modellen, CD4+ hjelper T-celler når de aktiveres Av DCs erverve ikke bare synapse-komponert MHC KLASSE II og costimulatory molekyler (CD54 OG CD80), men også tilskuer pMHC-I fra APCs gjennom en prosess som kalles internalisering og gjenvinning av molekyler i synaps dannet mellom DCs og T-celler (Figur 1),31 og bli CD4+ T-hjelper APCs (Th-APCs) som kan direkte stimulere CD8+ CTL spredning og minne dannelse (Figur 1).2,3 vi viste At Th-Apcer også kan dannes gjennom DC-utgitt EXO-opptak (Figur 1).32,33 vi viste at ikke-spesifikke CD4 + T-celler kan ta opp antigen-spesifikke DC-frigjorte Exoer og er i stand til å stimulere antigen-spesifikke CD8+ CTL-responser og langsiktig t-celleminne.32 senere ga laboratoriet vårt in vivo-bevis for DIREKTE CD4 + T–celle-CD8 + T-celle-interaksjoner og viste at slike interaksjoner ikke krever samtidig tilstedeværelse av DCs.16 Ved hjelp av tofotonbilder ga vi videre klart bevis på at pMHC-i-kjøpte CD4 + T-celler kan samhandle direkte med CD8 + T-celler for å levere CD40L-signal in vivo.16 en nylig studie fra en annen gruppe ga også to-foton bildedata som sterkt støttet vårt funn av direkte CD4 + T-celle-CD8 + T-celle interaksjoner.34 I en infeksjonsmodell viste Johnson et al at murine milt DCs uttrykte CD40L etter virusinfeksjonen eller Tolllignende reseptorstimulering, noe som utløste CTL-responser gjennom signalering AV CD40 på CD8+ T-celler.28 vår studie viste tidligere AT CD40L PÅ CD4 + T-celler er avgjørende for en direkte CD40-signalering PÅ CD8+ T-celler som fører til en effektiv CTL-respons i ikke-inflammatoriske forhold.16 vi rapporterte videre at PMHC-I-komplekser-ervervet CD4 + Th-Apc-er gjennom deres endogene IL-2-og CD40L-signalering forbedrer overlevelsen av overførte Ctl-er og deres differensiering til funksjonelle Minne-Ctl-Er som er i stand til å beskytte mot svært metastaserende tumorutfordring.35 disse funnene 16, 21, 28, 33 foreslår sterkt AT CD40–CD40L-signalering er kritisk for en effektiv CTL-respons, og at konsekvensene AV CD40-signalering er kompliserte og avhenger av typen celler som uttrykker CD40 og miljøet DER CD40-signalet er gitt.

Figur 1 CD40-CD40L-interaksjoner ved DC – t-celle og t–celle-t-cellegrensesnitt. Merknader: cross-priming DC først samhandler med antigen-spesifikke CD4+ T for det avgjørende første trinnet I CD40–CD40L-avhengige CTL svar gjennom pMHC-II OG TCR (signal 1), CD80–CD28 (signal 2), og cytokin (signal 3). CD40L-uttrykkende CD4 + T interagerer med antigenbærende CD40-uttrykkende DC, og SLIKE DC-CD4 + T-interaksjoner resulterer I DC-lisensiering og CD4+ T-celleaktivering (priming). Cognate CD8 + CTLs kan da motta hjelper-eller stimuleringssignaler, ikke bare FRA DC-CD4 + T-klynger, men også separat fra fullt lisensierte DCs – og CD4+ T-celler, selv etter deres dissosiasjon fra DC–CD4+ T-klynger. CD4 + helper T-celler når de aktiveres Av DCs erverve ikke bare synapse-komponert MHC KLASSE II og costimulatory molekyler (CD54 OG CD80), men også tilskuer pMHC-I FRA DC gjennom trogocytose (internalisering, dissosiasjon-forening, eksosomer opptak, eller membran nanorør) og bli CD4+ Th-Apc, noe som resulterer i direkte CD4+ T–CD8+ t-celle interaksjoner og deretter levering AV CD40L signalering TIL CD40-uttrykke CD8+ T-celler. Forkortelser: APC, antigen-presenterende celle; CTL, cytotoksisk t lymfocytt; DC, dendrittisk celle; IL-2, interleukin 2; pMHC, peptid hovedhistokompatibilitetskompleks; TCR, T – cellereseptor; Th-Apc, T-helper Apc.

Motvirkning AV DC-toleranse VED CD40-signalering

Undergrupper Av DCs som presenterer signal 1 (f.eks. antigenpeptid–MHC-kompleks), men ikke signal 2 (kostimulerende signal) er definert som «umodne» Eller «tolerogene» DCs som kan indusere utvikling AV CD4+ eller CD8+ regulatoriske T-celler og anergi av antigen-spesifikke T-celler.36 CD40-ligering har blitt brukt til å øke CD8 + T-celleresponser på svulster og for å bryte den perifere selvtoleransen.37 Brossart et al rapportert generasjon AV CD83-positive modne DCs, induksjon av kjernelokalisert RelB, og hemming AV IL-10R oppregulering gjennom løselig CD40L signalering, 38 indikerer AT CD40 ligering kan motvirke IL-10-mediert hemming PÅ DC funksjon. Senere rapporterte Gurung et al at injeksjon av CD40L-negative naï apoptotiske T-celler, men ikke de aktiverte apoptotiske CD4 + T-cellene som uttrykker CD40L induserte immuntoleranse, og viste også at samtidig injeksjon av en agonistisk anti-CD40 Ab med naï apoptotiske T-celler induserte robust immunitet.39 Higham et al rapporterte at lokal levering av tumor-reaktive CD8+ T-celler konstruert for å uttrykke CD40L konverterte tolerogene DCs i prostata-drenering lymfeknuter.40 disse funnene indikerer At T-celle CD40L-signalet kan konvertere DC-toleranse. Vårt laboratorium viste tidligere at tolerogene CD4-8-milt DCs var i stand til å stimulere undertrykkende TYPE 1 CD4 + regulatoriske t-cellerespons ved å transformere vekstfaktor beta-sekresjon.41 Nylig har Vi funnet ut at anti-CD40 antistoffbehandlede CD4-8-DCs uttrykte en høyere mengde I-Ab, CD54, CD40, CD80 og CD86, og var i stand til å stimulere CD4+ Th1 og CD8+ CTL−responser som fører til induksjon av antitumorimmunitet, noe som indikerer AT CD40− ligering effektivt konverterer tolerogene CD4-8-DCs til immunogene.42 Disse dataene fremhever betydningen AV CD40-signalering for å ta opp spørsmålet om tolerogene DCs.

Konvertering AV CD8+ CTL-utmattelse VED CD40-signalering

t-celleutmattelse er et av de store problemene som fører til ineffektiv viruskontroll hos pasienter med humant immunsvikt.43 CD8 + CTL utmattelse mediert av en programmert celledød ligand-1 (PD-L1) vei forekommer i flere kroniske infeksjoner som resulterer i ineffektiv virus eliminering.44 Programmert celledød protein-1 (PD-1) blokade har vist seg å gjenopprette FUNKSJONEN til utmattede CD8 + T-celler under kronisk infeksjon.43 BETYDNINGEN AV CD40L-indusert signalering i sammenheng MED PD – 1 blokade for å redde CTL utmattelse ble tidligere foreslått Av Bhadra et al I En Toxoplasma modell.45 Forfattere rapporterte at blokkering AV CD40-CD40L-banen opphevet de forbedrende effektene av anti-pd-L1-behandling på utmattede CD8 + T-celler og identifiserte CD40 som et av molekylene blant et panel av costimulerende molekyler, som var svært oppregulert PÅ CD8 + T-celler i kronisk infiserte mus.45 Isogawa et al fant også AT CD40-mediert aktivering av myeloid DCs kunne redde CTL utmattelse AV PD-1-hemmet CD8 + T-celler.46 Vi genererte tidligere ny OVA-spesifikk EXO-målrettet t-cellebasert vaksine (OVA-Texo) som uttrykte CD40L, og viste at OVA-Texo-vaksine stimulerte potente CTL-responser og t-celleminne.47 vi tidligere utviklet en mus kronisk infeksjon modell ved infeksjon av mus MED OVA-uttrykke adenovirus, DER OVA-spesifikke CTLs uttrykt PD-1 og lymfocytt-aktivering gen-3 (LAG-3) som var funksjonelt oppbrukt.48 vi viste videre AT OVA-Texo-vaksinen kunne konvertere CTL-utmattelse gjennom CD40L-signalering ved aktivering AV PI3K / Akt / mTORC1-banen.48 vi har nylig vist i vår kroniske infeksjonsmodell at agonist CD40 antistoffmediert CD40L-signalering også synergiserer MED PD – 1-blokkaden ved å redde utmattede Ctl-er.49 Disse studiene tyder tydelig på AT CD40-signalering er svært viktig for konvertering AV CTL-utmattelse ved kronisk infeksjon.

Perspektiv

det er allment akseptert at kostimulerende molekyler spiller en avgjørende rolle i immunitet og autoimmunitet. BLANT de flere kostimulerende molekylene HAR CD40, en potent stimulator av immunsystemet, blitt grundig studert for sitt bidrag til orkestrering av beskyttende immunitet. NÅR CD40 binder SEG MED CD40L, rekrutterer DEN TRAF1 TIL TRAF6 til sine cytoplasmatiske domener, og TRAF6 ser ut til å være dominerende i å kjøre CD40-mediert signalering.21 en viktig rolle FOR CD40-CD40L signalering PÅ CD8 + T-celler i minnet CTL utvikling er godt etablert. Nylige fremskritt innen immunologi tyder på at metabolske veier spiller kritiske roller i å kontrollere t-celleimmunitet.50 det ble tidligere vist at effektor T-celler krever glykolyse for å proliferere, mens minne T-celler er avhengige av fettsyremetabolisme for langsiktig overlevelse. Gitt AT TRAF6-mangel I CD8 + T-celler gjør dem defekte i fettsyremetabolisme51 og AT TRAF6 er et kritisk molekyl I CD40-induserte nedstrøms signalveier, 21 det vil være interessant å undersøke ROLLEN FOR CD40-signalering i bytte effektor T-cellemetabolisme fra glykolyse til fettsyreoksidasjon for å utvikle minne T-celler. Ved kronisk infeksjon uttrykte utmattede Ctl ikke bare PD-1,43, men også andre hemmende reseptorer SOM LAG-3, T-celle Ig-3 (Tim-3) og TIGIT.52 en forbedret effekt på KONVERTERING AV CTL-utmattelse ved kombinasjonsbehandling med antagonister (blokkater for blokkeringshemming) for forskjellige hemmende molekyler som PD-1, LAG-3 og Tim-3 er vist.53 våre studier49 og de av andre45, 46 viste også AT CD40-signalering (costimulatory molecule for stimulation) er avgjørende for å konvertere CTL-utmattelse og kan synergisere med anti-PD1-behandling for å redde utmattede CTLs ved kronisk infeksjon. DET vil derfor være interessant å utnytte EN potensielt synergistisk effekt AV CD40-agonist med den antagonistiske behandlingen mot andre hemmende molekyler som LAG-3, Tim-3 og TIGIT som en kombinasjonsterapi ved konvertering AV CTL-utmattelse ved kronisk infeksjon (Figur 2).

Figur 2 Kombinasjonsbehandling for å redde CTL utmattelse. Merknader: Konvertering AV CTL-utmattelse ved kombinasjonsbehandling med antagonister for forskjellige hemmende molekyler SOM PD-1, LAG-3 og Tim-3 for å blokkere OG CD40-agonist for stimulering. Forkortelser: CTL, cytotoksisk t-lymfocytt; LAG-3, lymfocytt-aktiveringsgen-3; PD-1, programmert celledødsprotein-1; Tim-3, t-celle ig-3.

Bekreftelse

denne studien ble støttet av forskningsmidler Fra Canadian Institute Of Health Research (PJT163314).

Avsløring

forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter i dette arbeidet.