meerdere effecten van CD40-CD40L-as in immuniteit tegen infectie en kanker

Inleiding

CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTL) responsen spelen een cruciale rol in immuniteit tegen infectie en kanker.1 Er zijn drie belangrijke moleculaire signalen nodig om effectieve CTL-reacties te genereren. Signaal 1 wordt geleverd wanneer antigeen-specifieke t-celreceptor (TCR) bindt aan peptide-geladen major histocompatibility complex (MHC) op antigeen-presenterende cellen (Apc ‘ s) en signaal 2 wordt gegenereerd door de betrokkenheid van costimulerende moleculen, namelijk B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) en CD28 (bijv. T-cel CD28/APC CD80).1 als gevolg van Ag-specifieke T cel-APC interacties, wordt een immunologische synapse gevormd bestaande uit een centrale cluster van TCR–MHC–peptide complexen en CD28–CD80 interacties omgeven door ringen van betrokken accessoire moleculen (b.v., complex LFA-1–CD54).1-3 het derde signaal is de afscheiding van cytokines, die verder verbeteren, wijzigen, en schuin de reagerende effector CTLs.4,5 als signaal 1 wordt gegenereerd in de afwezigheid van signaal 2, dan maakt het tolerantie in plaats van immuniteit.6 aldus, costimulatie of efficiënte betrokkenheid van verschillende oppervlaktemolecules op APC ‘ s en T-cellen is belangrijk om efficiënte immune reacties teweeg te brengen.

Costimulerende moleculen worden over het algemeen verdeeld in twee groepen: de CD28/B7 familiegroep en tumor necrosefactor (TNF)/tumor necrosefactorreceptor (TNFR) familiegroep. CD28 is een receptor van de T-celoppervlakte die aan costimulatory molecules B7-1 (CD80) en B7-2 (CD86) op APC ‘ s zoals dendritische cellen (DCs) en macrofagen bindt, en bij het teweegbrengen van cel-bemiddelde immune reacties betrokken is.Het remmende molecuul van de CD28-familie is cytotoxisch T-lymfocyt-antigeen 4 (CTLA-4). CD28 en CTLA-4 zijn twee receptoren die dezelfde liganden (B7 molecules) erkennen maar tegengestelde functionele gevolgen op t-celactivering hebben.8 CD40 is een lid van de TNFR-familie, die OX40 (CD134), 4-1BB (CD137), en CD27 omvat.9 OX40 wordt uitgedrukt op geactiveerde cellen van T, terwijl zijn ligandpartner OX40L op APCs wordt gevestigd.10 4-1BB (CD137) wordt uitgedrukt op cellen van B, macrofagen, en DCs, terwijl zijn ligand 4-1BBL op DCs en macrofagen wordt uitgedrukt.11 de ligand voor CD27, CD70, is ook te vinden op APC ‘ s.TNF / TNFR familieleden worden geïnduceerd in uren tot dagen na de TCR betrokkenheid en betrekken latere stadia van T-cel activering.13 in deze review, we richten ons op CD40–CD40L betrokkenheid bij het verlenen van vergunningen DCs, het bevorderen van T-cel geheugen en het omzetten van CTL uitputting in chronische infectie.

CD40-receptor en zijn ligand CD40L (CD154) behoren tot de TNF:TNFR-familie. CD40 werd oorspronkelijk geà dentificeerd als oppervlakteteller op blaascarcinoomcellen en B-cellen.14 Later, is CD40 gevonden om op cellen van B, macrophages en DCs, evenals vele niet-immune cellen uit te drukken. CD40-CD40L die in cellen van B signaleren is belangrijk voor generatie van lang-leefde plasmacellen en geheugenb cellen evenals voor hun overleving. Hier, concentreren wij ons op de rol van CD40–CD40L die in t-celimmuniteit signaleren. De CD40L is een natuurlijk ligand voor CD40 en een type II, 39-kDa membraanglycoproteïne. Na CD40-CD40L interactie op de celoppervlakte; het intracellular signaleren wordt vergemakkelijkt door rekrutering van TNFR-geassocieerde factoren (TRAFs) in het binnenmembraan van cellen, die tot de activering van verschillende wegen, zoals de canonical en niet-canonical nucleaire weg van factorb kB, mitogen-geactiveerde eiwitkinases, het kinase van fosfatidylinositol-3 (PI3K), en de weg van fosfolipase Cy leidt.15 CD40-CD40L is een paar costimulatory molecules, en hun interactie is noodzakelijk voor succesvolle adaptieve immune reacties. Er is een overvloed van rapporten die het belang van CD40–CD40L interactie in immune reacties hoofdzakelijk in de ontwikkeling van CD8+ CTLs suggereren. Twee modellen zijn voorgesteld door verschillende laboratoria met betrekking tot CD40 signaleren in CTL reacties.16 het eerste model stelt voor dat stimuli van CD40L van CD4 + T helper (Th) cellen aan CD40-uitdrukkende DCs essentieel zijn voor DC rijping (vergunningverlening), en op zijn beurt, vergunninghoudende DCs effectieve CTL reacties kunnen teweegbrengen.16 nochtans, kan de eis voor CD40 in gelijkstroom vergunningverlening door ontstekingsreacties op ziekteverwekkers worden omzeild die APC ‘ s direct activeren.17 het tweede model stelt voor dat CD40L-uitdrukkende CD4 + T cellen CD40-uitdrukkende CD8+ T cellen direct activeren, 18 voorspellend dat CTL reacties op alle antigenen CD40 het signaleren op CD8 + T cellen vereisen. Globaal, leiden de belangrijke rollen voor CD40–CD40L interactie tot vele immune gebeurtenissen, die voor de gastheerverdediging tegen ziekteverwekkers en kanker zeer belangrijk zijn.

CD40-signalering op DCs voor DC-vergunning

immuunresponsen op helper T-cel-afhankelijke antigenen vereisen CD4 + T-cel hulp.19 DCs kunnen naïeve CD8+ T-cellen niet primen in MHC II-knockoutmuizen (CD4+ T-deficiënt). Men toonde aan dat de cellen van CD4 + T hulp verstrekken door hun CD40L20 met CD40 op DCs en vergunningsdcs in dienst te nemen om hen een krachtige stimulator van immune reactie te maken.19,21,22 Later, werd voorgesteld dat vergunning gegeven DCs CD8+ T-celreacties bemiddelen door B7 molecules uitdrukking en afscheiding van cytokines zoals interleukin 12 (IL-12) te verbeteren die t-celdifferentiatie bevordert.21 bovendien veroorzaakt de interactie CD40-CD40L ook een verhoogde uitdrukking van MHC, costimulatory, en adhesiemolecules en resulteert in een verbeterde inductie van proinflammatory chemokines en cytokines in DCs.23 aldus, verstrekt de activering van DCs door CD40–CD40L-signaal de “CD4+ T-celhulp” noodzakelijk voor het machtigen van DCs aan Kruis-prime naïeve cellen van T.24 maar het raadsel was hoe deze drie celtypen, die zeldzaam en migrerend zijn, op dezelfde locatie aanwezig zijn om met elkaar te interageren. Bovendien zijn er verscheidene rapporten die incongruous resultaten verstrekten dat de cellen van CD4+ T APCs door een CD40-onafhankelijke weg kunnen activeren.25,26 nochtans, werd voorgesteld dat wanneer DCs door verwante cellen CD4+ T worden geactiveerd, DCS begin chemokines ccl3 en CCL4 afscheiden.27 Chemokinegids kent interactie van CCR5-uitdrukkend CD8+ T cellen met vergunningdcs, die tot het teweegbrengen van sterke CTL reacties door drie-celinteractie leiden.27 ons laboratorium leverde eerder in vivo bewijs voor een dynamisch drie-cel interactiemodel voor CTL–reacties, waarin zodra DCs door DC-CD4+ T–celinteracties in licentie worden gegeven, vergunningsdcs niet de gelijktijdige aanwezigheid van verwante CD4+ T–cellen vereisen,16 die in tegenstelling tot de vorige studie is die absolute vereiste van DC-CD4+ T-CD8+ T ternaire clusters voor CTL-reacties voorstelt.Er werd echter niet vastgesteld of de interactie CD40-CD40L DCs induceert om ccl3-en CCl4-chemokines af te scheiden. Voorts was het niet gekend als DCS door CD40–CD40L interactie vergunning wordt verleend CCR5 uitdrukking door CD8+ T cellen vereist om CTL reacties te veroorzaken.

CD40-signalering op CD8 + T-cellen voor T-celgeheugen

CD40 wordt niet alleen uitgedrukt op APC ’s zoals B-cellen en DC’ s, maar ook op geactiveerde CD8+ T-cellen.Het was echter niet duidelijk welke cellulaire populatie een cruciale rol speelt bij het leveren van CD40-signalen voor CTL-reacties. Bourgeois et al hebben aangetoond dat de generatie van geheugen CD8+ T cellen uitdrukking van CD40 op CD8+ T cellen impliceert, maar CD4+ T-cel hulp door CD40–CD40L interactie vereist voor het vormen van DC–CD4+ T–CD8+ T ternaire cluster.18 auteurs stelden verder voor dat dergelijke CD4–CD8 T-celinteractie voor CD40–CD40L die absoluut vereiste DCS en drie-celinteractie signaleren, maar de activering van CD8 + T cellen onafhankelijk van CD40 uitdrukking door DCs was.18 in een infectieziektemodel, rapporteerde een vorige studie cd40l uitdrukking op DCs, en stelde voor dat CD40L-uitdrukkende DCs CD40–CD40L kon leveren signalerend op CD8+ T cellen voor inductie van CTL reacties zonder CD4+ T cellen te vereisen.28 intercellulaire trogocytose (een nieuw fenomeen in cellulaire immunologie) dat is de uitwisseling van membraanmoleculen tussen immuuncellen zoals DCs en T-cellen door 1) internalisatie en recycling van moleculen in synapse gevormd tussen DCs en T-cellen, 2) dissociatie-geassocieerd proces, 3) absorptie van DC-vrijgegeven exosomen (EXOs) door T-cellen, en 4) opname van DC membraan nanotube door T-cellen is gevonden om een belangrijke rol te spelen in modulatie van immuunreacties (figuur 1).29 eerder stelden we een dynamisch twee-cel interactiemodel voor inductie van CTL responsen voor.30 volgens dit voorgestelde model, CD4+ helper T cellen wanneer geactiveerd door DCs verwerven niet alleen de synapse-samengestelde MHC klasse II en costimulatory moleculen (CD54 en CD80),maar ook de omstander pMHC-I van Apc ’s door middel van een proces genaamd internalisatie en recycling van moleculen in synapse gevormd tussen DCs en T cellen (figuur 1), 31 en worden CD4+ T-helper Apc’ s (Th-Apc ‘ s) die direct kunnen stimuleren CD8+ CTL proliferatie en geheugenvorming (figuur 1).2,3 we hebben aangetoond dat Th-Apc ‘ s zich ook kunnen vormen door middel van DC-vrijgegeven EXO opname (Figuur 1).32,33 we toonden aan dat niet-specifieke CD4+ T-cellen antigeen-specifieke DC-vrijgegeven EXO ‘ s kunnen opnemen en antigeen-specifieke CD8+ CTL-responsen en T-celgeheugen op lange termijn kunnen stimuleren.32 Later, heeft ons laboratorium in vivo bewijsmateriaal voor de directe interactie CD4+ T-cel–CD8+ T-cel verstrekt en aangetoond dat dergelijke interactie niet de gelijktijdige aanwezigheid van DCs vereist.16 gebruikend twee-fotonweergave, verstrekten wij verder duidelijk bewijsmateriaal dat pmhc-I-verworven CD4 + T cellen direct met CD8 + T cellen kunnen interageren voor het leveren van CD40L signaal in vivo.16 Een recente studie van een andere groep verstrekte ook twee-foton weergavegegevens die sterk ons vinden van directe CD4+ T-cel–CD8+ T-celinteractie ondersteunden.34 in een besmettingsmodel, toonden Johnson et al aan dat muriene milt DCs CD40L na de virale besmetting of tol-als receptorstimulatie uitdrukte, die CTL reacties door het signaleren van CD40 op CD8+ T cellen teweegbracht.28 onze studie toonde eerder aan dat CD40L op CD4+ T cellen cruciaal is voor een directe CD40 die op CD8+ T cellen signaleren die tot een efficiënte CTL reactie in niet ontstekingsvoorwaarden leiden.16 we rapporteerden verder dat PMHC-I complexen-verworven CD4 + TH-Apc ’s door hun endogene IL-2 en CD40L signalering de overleving van overgedragen CTL’ s en hun differentiatie in functionele geheugen CTL ‘ s kunnen beschermen tegen zeer metastaserende tumoruitdaging.35 Deze vindingen16, 21, 28, 33 suggereren sterk dat CD40–CD40L-signalering cruciaal is voor een effectieve CTL-respons, en dat de gevolgen van CD40-signalering gecompliceerd zijn en afhankelijk zijn van het type cellen dat CD40 uitdrukt en het milieu waarin het CD40-signaal wordt verstrekt.

figuur 1 CD40-CD40L interacties bij DC-T cel en T cel–T cel interface. opmerkingen: de cross-priming DC werkt eerst samen met de antigeenspecifieke CD4+ T voor de cruciale eerste stap in CD40-CD40L–afhankelijke CTL-responsen via pMHC-II en TCR (signaal 1), CD80–CD28 (signaal 2) en cytokine (signaal 3). CD40L-expressie CD4 + T interageert met antigeen-dragende CD40-expressie DC, en dergelijke DC-CD4 + T interacties resulteren in DC-licentie en CD4 + T-cel activering (priming). Cognote CD8 + CTLs kan dan helper of stimulatory signalen ontvangen, niet alleen van DC-CD4+ T clusters maar ook afzonderlijk van volledig vergunning gegeven DCS en CD4+ T cellen, zelfs na hun dissociatie van DC-CD4+ T clusters. CD4 + de cellen van helpert wanneer geactiveerd door DCs verwerven niet alleen synapse-samengestelde MHC klasse II en costimulatory molecules (CD54 en CD80), maar ook omstander pMHC-I van gelijkstroom door trogocytose (internalisatie, dissociatie–vereniging, exosomesbegrijpen, of membraan nanotubes) en worden CD4+ TH-APCs, resulterend in directe CD4+ T–CD8+ T-celinteractie en later levering van CD40L die aan CD40-uitdrukkende CD8+ T cellen signaleren. Afkortingen: APC, antigeen-presenterende cel; CTL, cytotoxische T-lymfocyt; DC, dendritische cel; IL-2, interleukine 2; pmhc, peptide belangrijke histocompatibility complex; TCR, t-celreceptor; Th-APCs, T-helper APCs.

tegenwerking van DC-verdraagbaarheid door CD40-signalering

subgroepen van DC ‘ s die signaal 1 (bv. antigeenpeptide–MHC-complex) maar niet signaal 2 (costimulerend signaal) bevatten, worden gedefinieerd als “onrijpe” of “tolerogene” DC ‘ s die de ontwikkeling van CD4+ of CD8+ regulerende T-cellen en anergie van antigeenspecifieke T-cellen kunnen induceren.36 CD40 ligation is gebruikt om CD8+ T-celreacties op tumors op te voeren en om de perifere zelftolerantie te breken.Brossart et al rapporteerden generatie van CD83-positieve Rijpe DCs, inductie van nucleair gelokaliseerde RelB, en remming van Il-10R-upregulatie door de oplosbare CD40L-signalering,38 wat erop wijst dat CD40-ligatie IL-10-gemedieerde remming op DC-functie kan antagoniseren. Later rapporteerden Gurung et al dat injectie van de CD40L-negatieve naïeve apoptotische T-cellen, maar niet de geactiveerde apoptotische CD4+ T-cellen die CD40L uitdrukken, immuuntolerantie induceerde, en toonden ook aan dat gelijktijdige injectie van een agonistische anti-CD40 Ab met naïeve apoptotische T-cellen een robuuste immuniteit induceerde.39 Higham et al rapporteerden dat lokale levering van tumor-reactieve CD8 + T-cellen ontworpen om CD40L uit te drukken tolerogene DCs omgezet in de prostaat-drainerende lymfeklieren.40 Deze bevindingen wijzen erop dat het signaal van T-cel CD40L gelijkstroom tolerantie kan omzetten. Ons lab toonde eerder aan dat tolerogene CD4−8− milt DCs in staat waren om suppressieve type 1 CD4+ regulerende T cel reacties te stimuleren door het transformeren van groeifactor bètasecretie.41 onlangs, hebben wij gevonden dat anti-CD40 antilichaam-behandelde CD4-8-DCs een hoger bedrag van I−Ab, CD54, CD40, CD80, en CD86 uitdrukte, en konden CD4+ Th1 en CD8+ CTL reacties bevorderen die tot inductie van antitumorimmuniteit leiden, die erop wijzen dat CD40 ligation tolerogenic CD4− 8-DCs in immunogenic degenen efficiënt omzet.42 deze gegevens benadrukken het belang van CD40-signalering bij het aanpakken van het probleem van tolerogene DCs.

conversie van CD8 + CTL-uitputting door CD40-signalering

T-cel-uitputting is een van de belangrijkste problemen die leiden tot ineffectieve virusbeheersing bij patiënten met humane immunodeficiëntie.CD8 + CTL uitputting gemedieerd door een geprogrammeerde celdood ligand – 1 (PD-L1) route komt voor bij verschillende chronische infecties resulterend in ineffectieve virusuitscheiding.44 geprogrammeerde celdood eiwit-1 (PD-1) blokkade is gevonden om de functie van uitgeputte CD8+ T cellen tijdens chronische infectie te herstellen.43 het belang van CD40L-geïnduceerde signalering in de context van PD-1 blokkade voor het redden van CTL uitputting werd eerder voorgesteld door Bhadra et al in een Toxoplasma model.45 auteurs rapporteerden dat de blokkade van CD40-CD40L weg de verbeterende gevolgen van anti-PD-L1 behandeling op uitgeputte CD8+ T cellen ophief en CD40 als één van de molecules onder een paneel van costimulatory molecules identificeerde, die hoogst upregulated op CD8+ T cellen in chronisch besmette muizen was.45 Isogawa et al vonden ook dat CD40-bemiddelde activering van myeloid DCs CTL uitputting van PD-1-inhibited CD8 + T cellen kon redden.We hebben eerder nieuwe eicellen-specifiek Exo-gericht T-cel-gebaseerd vaccin (OVA-Texo) met expressie van CD40L gegenereerd en aangetoond dat OVA-Texo-vaccin krachtige CTL-reacties en T-celgeheugen stimuleerde.47 eerder ontwikkelden we een muis chronische infectie model door infectie van muizen met OVA-expressie adenovirus, waarin OVA-specifieke CTL ‘ s uitgedrukt PD-1 en lymfocyt-activatie Gen-3 (LAG-3) die functioneel waren uitgeput.We toonden verder aan dat het OVA-Texo-vaccin CTL-uitputting kon omzetten door middel van CD40L-signalering door activering van de PI3K/Akt/mTORC1-route.48 wij hebben onlangs in ons chronische besmettingsmodel getoond dat agonist CD40 antilichaam-bemiddelde CD40L signalerend ook synergizes met de PD-1 blokkade in het redden van uitgeputte CTLs.49 deze studies wijzen er duidelijk op dat het signaleren van CD40 zeer belangrijk is voor de omzetting van CTL-uitputting bij chronische infectie.

perspectief

algemeen wordt aangenomen dat costimulerende moleculen een cruciale rol spelen in immuniteit en auto-immuniteit. Onder de verscheidene costimulatory molecules, is CD40, een krachtige stimulator van het immuunsysteem, uitgebreid bestudeerd voor zijn bijdrage aan orkestratie van beschermende immuniteit. Wanneer CD40 met CD40L bindt, werft het TRAF1 aan TRAF6 aan zijn cytoplasmic domeinen aan, en TRAF6 schijnt om in het drijven van CD40-bemiddelde signaleren overheersend te zijn.21 een essentiële rol voor CD40-CD40L die op CD8+ T cellen in geheugen CTL ontwikkeling signaleren is goed gevestigd. De recente vooruitgang in immunologie suggereert dat metabolische wegen kritieke rollen in het controleren van t-celimmuniteit spelen.Het werd eerder aangetoond dat de effector T-cellen glycolyse vereisen om te vermenigvuldigen, terwijl de geheugenT-cellen van vetzuurmetabolisme voor de overleving op lange termijn afhangen. Gegeven dat de deficiëntie van TRAF6 in CD8 + T cellen hen gebrekkig in vetzuurmetabolism51 maakt en dat TRAF6 een kritieke molecuul in CD40-veroorzaakte stroomafwaartse signalerende wegen is, 21 zal het interessant zijn om de rol voor CD40 het signaleren in schakelende effector t-celmetabolisme van glycolyse aan vetzuuroxidatie voor het ontwikkelen van geheugenT cellen te onderzoeken. Bij chronische infectie vertoonden uitgeputte CTL ‘ s niet alleen PD-1,43, maar ook andere remmende receptoren zoals LAG-3, T-cel Ig-3 (Tim-3) en TIGIT.Een versterkt effect op de conversie van CTL-uitputting door een gecombineerde behandeling met antagonisten (blokkades voor blokkerende remming) voor verschillende remmende moleculen zoals PD-1, LAG-3 en Tim-3 is aangetoond.53 onze studies49 en die van others45,46 toonden ook aan dat CD40 het signaleren (costimulatory molecuul voor stimulatie) voor het omzetten van CTL uitputting cruciaal is en met anti-Pd1 behandeling kan synergize in het redden van uitgeputte CTLs in chronische besmetting. Het zal dus interessant zijn om een potentieel synergistisch effect van CD40-agonist met de antagonistische behandeling tegen andere remmende molecules zoals LAG-3, Tim-3, en TIGIT als combinatietherapie in het omzetten van CTL-uitputting in chronische besmetting te exploiteren (Figuur 2).

Figuur 2 combinatietherapie voor het redden van CTL uitputting. opmerkingen: conversie van CTL-uitputting door een gecombineerde behandeling met antagonisten voor verschillende remmende moleculen zoals PD-1, LAG-3 en Tim-3 naar block en CD40-agonist voor stimulatie. Afkortingen: CTL, cytotoxische T-lymfocyt; LAG-3, lymfocyt-activatiegen-3; PD-1, geprogrammeerde celdoodproteïne-1; Tim-3, T-cel Ig-3.

erkenning

deze studie werd ondersteund door onderzoeksfondsen van het Canadian Institute of Health Research (PJT163314).

openbaarmaking

de auteurs melden geen belangenconflicten in dit werk.