wielokrotne działanie osi CD40-CD40L w odporności przeciwko infekcjom i rakowi

wprowadzenie

odpowiedzi cytotoksycznych limfocytów T CD8+ (CTL) odgrywają kluczową rolę w odporności przeciwko infekcjom i rakowi.1 trzy kluczowe sygnały molekularne są wymagane do generowania skutecznych odpowiedzi CTL. Sygnał 1 jest dostarczany, gdy specyficzny dla antygenu receptor limfocytów T (TCR) wiąże się z obciążonym peptydem głównym kompleksem zgodności histologicznej (MHC) na komórkach prezentujących antygen (APC), a sygnał 2 jest generowany przez zaangażowanie cząsteczek kostymulujących, a mianowicie B7-1 (CD80)/B7-2 (CD86) i CD28 (np. limfocyt T CD28/APC CD80).1 w wyniku specyficznych dla Ag oddziaływań limfocytów T-APC powstaje Synapsa immunologiczna zawierająca centralny klaster kompleksów peptydowych TCR–MHC i oddziaływań CD28–CD80 otoczonych pierścieniami zaangażowanych cząsteczek pomocniczych (np. skompleksowanych LFA-1–CD54).1-3 trzecim sygnałem jest wydzielanie cytokin, które dodatkowo wzmacniają, modyfikują i przekrzywiają reagujący Efektor CTLS.4,5 jeżeli sygnał 1 jest generowany przy braku sygnału 2, to zamiast odporności powoduje tolerancję.6 tak więc, kostymulacja lub efektywne zaangażowanie różnych cząsteczek powierzchniowych na APC i limfocytach T jest ważne dla wyzwalania skutecznej odpowiedzi immunologicznej.

cząsteczki Kostymulujące są ogólnie podzielone na dwie grupy: grupę rodzin CD28/B7 i grupę rodzinną czynnika martwicy nowotworu (TNF)/receptora czynnika martwicy nowotworu (TNFR). CD28 jest receptorem powierzchniowym komórek T, który wiąże się z cząsteczkami kostymulującymi B7-1 (CD80) i B7-2 (CD86) w APC, takimi jak komórki dendrytyczne (DCS) i makrofagi, i bierze udział w wyzwalaniu odpowiedzi immunologicznych za pośrednictwem komórek.Cząsteczką hamującą z rodziny CD28 jest cytotoksyczny antygen limfocytów T 4 (CTLA-4). CD28 i CTLA-4 są dwoma receptorami, które rozpoznają te same ligandy (cząsteczki B7), ale mają przeciwny wpływ funkcjonalny na aktywację komórek T.8 CD40 należy do rodziny TNFR, która obejmuje OX40 (CD134), 4-1BB (CD137) i CD27.9 OX40 ulega ekspresji na aktywowanych limfocytach T, podczas gdy jego ligandowy partner OX40L znajduje się na APCs.10 4-1BB (CD137) ulega ekspresji na komórkach B, makrofagach i DCs, podczas gdy jego ligand 4-1bbl ulega ekspresji na DCs i makrofagach.11 ligand dla CD27, CD70, znajduje się również na APCs.Członkowie rodziny TNF / TNFR są indukowani w godzinach do dni po zaangażowaniu TCR i obejmują późniejsze etapy aktywacji komórek T.13 w tej recenzji skupiamy się na zaangażowaniu CD40–CD40L w licencjonowanie DCs, promowanie pamięci T-cell i konwersję wyczerpania CTL w przewlekłej infekcji.

receptor CD40 i jego ligand CD40L (CD154) należą do rodziny TNF:TNFR. CD40 został pierwotnie zidentyfikowany jako marker powierzchniowy na komórkach raka pęcherza moczowego i limfocytach B.14 później stwierdzono, że CD40 ulega ekspresji na komórkach B, makrofagach i DCs, a także na wielu komórkach nieimmunologicznych. Sygnalizacja CD40-CD40L w komórkach B jest ważna dla wytwarzania długożyciowych komórek plazmatycznych i komórek pamięci B, jak również dla ich przetrwania. Tutaj skupiamy się na roli sygnalizacji CD40-CD40L w odporności limfocytów T. CD40L jest naturalnym ligandem dla CD40 i glikoproteiny błonowej typu II, 39-kDa. Po interakcji CD40-CD40L na powierzchni komórki, sygnalizacja wewnątrzkomórkowa jest ułatwiona przez rekrutację czynników związanych z TNFR (TRAFs) w wewnętrznej błonie komórek, co prowadzi do aktywacji różnych szlaków, takich jak Szlak kanoniczny i niekanoniczny czynnika jądrowego kB, kinazy białkowe aktywowane mitogenem, kinaza fosfatydyloinozytol-3 (PI3K) i Szlak fosfolipazy Cy.15 CD40-CD40L jest parą cząsteczek kostymulujących, a ich interakcja jest niezbędna do pomyślnej adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej. Istnieje wiele doniesień, które sugerują znaczenie interakcji CD40-CD40L w odpowiedzi immunologicznej, głównie w rozwoju CD8 + CTLs. Dwa modele zostały zaproponowane przez różne laboratoria dotyczące sygnalizacji CD40 w odpowiedziach CTL.16 pierwszy model sugeruje, że bodźce z CD40L komórek CD4+ T helper (th) do DCS wyrażających CD40 są niezbędne do dojrzewania DC (licencjonowanie), a z kolei licencjonowane DCs mogą wyzwalać skuteczne odpowiedzi CTL.16 jednakże wymóg CD40 w licencjonowaniu DC można ominąć przez reakcje zapalne na patogeny, które bezpośrednio aktywują APC.17 drugi model sugeruje,że limfocyty T CD4+ z ekspresją CD40L aktywują bezpośrednio limfocyty T CD8+ z ekspresją CD40, 18 przewidując, że odpowiedzi CTL na wszystkie antygeny wymagają sygnalizacji CD40 na limfocytach T CD8+. W sumie ważne role interakcji CD40-CD40L powodują wiele zdarzeń immunologicznych, co jest bardzo ważne dla obrony gospodarza przed patogenami i rakiem.

sygnalizacja CD40 na DCs dla licencjonowania DC

odpowiedzi immunologiczne na pomocnicze antygeny zależne od komórek T wymagają pomocy limfocytów T CD4+.19 DCs nie może u myszy znokautowanych MHC II (z niedoborem CD4+ T) uzyskać pierwszorzędowych komórek T CD8+. Wykazano, że komórki T CD4+ zapewniają pomoc, angażując swoje CD40L20 z CD40 na DCs i licencjonując DCs, aby uczynić je silnym stymulatorem odpowiedzi immunologicznej.19,21,22 później zasugerowano, że licencjonowane DCs pośredniczą w odpowiedzi limfocytów T CD8+ poprzez zwiększenie ekspresji cząsteczek B7 i wydzielanie cytokin, takich jak interleukina 12 (IL-12), która promuje różnicowanie limfocytów T.Ponadto, interakcja CD40-CD40L powoduje również zwiększoną ekspresję MHC, cząsteczek kostymulujących i adhezyjnych oraz powoduje zwiększoną indukcję prozapalnych chemokin i cytokin w DCs.23 tak więc, aktywacja DCs poprzez sygnał CD40-CD40L zapewnia „pomoc ogniwa T CD4+” niezbędną do wzmocnienia DCs do krzyżowo-pierwszorzędowych komórek T.24 zagadką było jednak to, w jaki sposób te trzy typy komórek, które są rzadkie i migrujące, występują w tym samym miejscu, aby ze sobą współdziałać. Co więcej, istnieje kilka doniesień, które dostarczyły niespójnych wyników, że komórki T CD4+ mogą aktywować APC poprzez szlak niezależny od CD40.25,26 sugerowano jednak, że gdy DCs są aktywowane przez cogniate limfocyty T CD4+, DCs zaczynają wydzielać chemokiny CCL3 i CCL4.27 chemokiny kierują interakcją cognate komórek T CD8 + wyrażających CCR5 z licencjonowanym DCs, prowadząc do wyzwalania silnych odpowiedzi CTL poprzez interakcje trójkomórkowe.27 Nasze laboratorium dostarczyło wcześniej in vivo dowodów na dynamiczny trójkomórkowy model interakcji Dla odpowiedzi CTL, w którym po licencjonowaniu DCS przez interakcje komórek T DC-CD4+, licencjonowane DCs nie wymagają jednoczesnej obecności cogniate CD4+ T cells,16 co jest w przeciwieństwie do poprzedniego badania sugerującego bezwzględne zapotrzebowanie na trójkomórkowe klastry DC–CD4+ T–CD8+ T Dla odpowiedzi CTL.Nie określono jednak, czy interakcja CD40–CD40L indukuje DCs do wydzielania chemokin CCL3 i CCL4. Ponadto nie wiadomo, czy DCs licencjonowany poprzez interakcję CD40-CD40L wymaga ekspresji CCR5 przez limfocyty T CD8 + w celu wywołania odpowiedzi CTL.

sygnalizacja CD40 na komórkach T CD8+ dla pamięci komórek T

CD40 jest wyrażana nie tylko na APC, takich jak komórki B i DCs, ale także na aktywowanych komórkach T CD8+.Nie było jednak jasne, która populacja komórkowa odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu sygnału CD40 dla odpowiedzi CTL. Bourgeois i in. wykazali, że wytwarzanie pamięci CD8 + T komórki wymaga ekspresji CD40 na CD8+ T komórki, ale wymaga pomocy CD4 + T-komórki poprzez CD40-CD40L interakcji do tworzenia klastra trójskładnikowego DC-CD4 + T-CD8 + T.18 autorów zasugerowało ponadto, że taka interakcja limfocytów T CD4–CD8 dla sygnalizacji CD40-CD40L absolutnie wymagała interakcji DCs i trzykomórkowych, ale aktywacja limfocytów T CD8+ była niezależna od ekspresji CD40 przez DCs.18 w modelu chorób zakaźnych, w poprzednim badaniu odnotowano ekspresję CD40L na DCs i zasugerowano, że DCS wyrażający CD40L może dostarczać sygnał CD40-CD40L do komórek T CD8+ w celu indukcji odpowiedzi CTL bez konieczności stosowania komórek T CD4+.Trogocytoza międzykomórkowa (nowe zjawisko w immunologii komórkowej) polegające na wymianie cząsteczek błonowych między komórkami odpornościowymi, takimi jak DCs i komórki T, poprzez 1) internalizację i recykling cząsteczek w synapsie utworzonym między DCs i komórkami T, 2) proces związany z dysocjacją, 3) absorpcję exosomów uwalnianych przez DC (EXOs) przez komórki T oraz 4) wychwyt nanorurek z membrany DC przez komórki T odgrywa ważną rolę w modulacji odpowiedzi immunologicznej (Fig.1).29 wcześniej zaproponowaliśmy dynamiczny model interakcji dwukomórkowej do indukcji odpowiedzi CTL.30 zgodnie z tym proponowanym modelem, limfocyty T pomocnicze CD4+ po aktywacji przez DCs nabywają nie tylko złożone z synaps MHC klasy II i cząsteczki kostymulujące (CD54 i CD80), ale także uboczne pMHC-I z APCs poprzez proces zwany internalizacją i recyklingiem cząsteczek w synapsie utworzonym między DCs i komórkami T (Fig.1),31 i stają się CD4+ T-helper APCs (Th-APCs), które mogą bezpośrednio stymulować proliferację CTL CD8 + i tworzenie pamięci (Fig. 1).2,3 wykazaliśmy, że Th-APC mogą również tworzyć się poprzez wydzielany przez DC wychwyt EGZOELEKTRYCZNY (ryc. 1).32,33 wykazaliśmy, że niespecyficzne limfocyty T CD4+ mogą wychwytywać specyficzne dla antygenu egzo-uwalniane DC i są w stanie stymulować specyficzne dla antygenu odpowiedzi CTL CD8+ i długotrwałą pamięć limfocytów T.32 później nasze laboratorium dostarczyło in vivo dowodów na bezpośrednie interakcje limfocytów T CD4–z limfocytami T CD8 + i wykazało, że takie interakcje nie wymagają jednoczesnej obecności DCs.16 wykorzystując obrazowanie dwufotonowe, dostarczyliśmy również zdecydowanych dowodów na to, że komórki T CD4+ nabyte pMHC-I mogą bezpośrednio oddziaływać z komórkami T CD8+ w celu dostarczenia sygnału CD40L in vivo.16 niedawne badania z innej grupy dostarczyły również danych obrazujących dwa fotony, które silnie wspierały nasze odkrycie bezpośrednich interakcji limfocytów T CD4– – limfocytów T CD8+.34 w modelu infekcji Johnson i wsp. wykazali, że mysie śledzionowe DCs ulegały ekspresji CD40L po infekcji wirusowej lub stymulacji receptora Toll-podobnego, co wywołało odpowiedzi CTL poprzez sygnalizację CD40 na limfocytach T CD8+.28 nasze badania wcześniej wykazały, że CD40L na limfocytach T CD4+ ma kluczowe znaczenie dla bezpośredniej sygnalizacji CD40 na limfocytach T CD8 + prowadzącej do skutecznej odpowiedzi CTL w Warunkach niepalnych.16 ponadto informowaliśmy, że kompleksy pMHC-I-nabyte CD4+ TH-APC poprzez ich endogenną sygnalizację IL-2 i CD40L zwiększają przeżywalność przeniesionych CTL i ich różnicowanie w pamięć funkcjonalną CTL zdolną do ochrony przed wysoce przerzutowym wyzwaniem nowotworowym.35 te znaleziska 16, 21, 28, 33 zdecydowanie sugerują, że sygnalizacja CD40–CD40L ma kluczowe znaczenie dla skutecznej odpowiedzi CTL, a konsekwencje sygnalizacji CD40 są skomplikowane i zależą od rodzaju komórek wyrażających CD40 i środowiska, w którym dostarczany jest sygnał CD40.

Fig. 1 interakcje CD40-CD40L na styku komórek DC–T i komórek T–T. uwagi: prążkowanie krzyżowe DC najpierw wchodzi w interakcję ze specyficznym dla antygenu CD4 + T w kluczowym pierwszym etapie odpowiedzi CTL zależnej od CD40-CD40L przez pMHC-II i TCR (sygnał 1), CD80–CD28 (sygnał 2) i cytokinę (sygnał 3). Cd40l-wyrażający CD4 + T oddziałuje z przenoszącym antygen CD40-wyrażającym DC, A takie interakcje DC-CD4 + T skutkują licencjonowaniem DC i aktywacją limfocytów T CD4+ (priming). CTL Cognate CD8 + mogą następnie odbierać sygnały pomocnicze lub stymulujące, nie tylko z klastrów DC–CD4+ T, ale także oddzielnie od w pełni licencjonowanych komórek DCs i CD4+ T, nawet po ich dysocjacji z klastrów DC–CD4+ T. Pomocnicze limfocyty T CD4+ aktywowane przez DCs nabywają nie tylko złożone z synaps MHC klasy II i cząsteczki kostymulujące (CD54 i CD80), ale także przypadkowe pMHC-I z DC poprzez trogocytozę (internalizacja, Asocjacja dysocjacyjna, wychwyt exosomów lub nanorurki membranowe) i stają się CD4+ TH-APC, co skutkuje bezpośrednimi interakcjami limfocytów T CD4+ T–CD8+, a następnie dostarczaniem sygnalizacji CD40L do limfocytów T CD8 + wyrażających CD40. skróty: APC, komórka prezentująca antygen; CTL, cytotoksyczny limfocyt T; DC, komórka dendrytyczna; IL-2, interleukina 2; pMHC, peptide major histocompatibility complex; TCR, T-cell receptor; TH-APCs, T-helper APCs.

Przeciwdziałanie tolerancji DC przez sygnalizację CD40

podzbiory DCs, które prezentują sygnał 1 (np. kompleks peptyd–MHC antygenu), ale nie sygnał 2 (sygnał kostymulujący), są definiowane jako „niedojrzałe” lub „tolerancyjne” DCs, które mogą indukować rozwój limfocytów T regulatorowych CD4+ lub CD8+ i anergię limfocytów T specyficznych dla antygenu.Ligacja CD40 została zastosowana w celu zwiększenia odpowiedzi limfocytów T CD8+ na nowotwory i złamania obwodowej tolerancji siebie.Brossart i wsp. opisali wytwarzanie dojrzałego Cd83-dodatniego DCs, indukcję relb zlokalizowanego w jądrze jądrowym i hamowanie regulacji w górę IL-10r poprzez rozpuszczalną sygnalizację CD40L,38 wskazując, że ligacja CD40 może antagonizować inhibicję zależną od IL-10 na funkcję DC. Później Gurung i wsp. donosili, że wstrzyknięcie nieleczonych wcześniej apoptotycznych komórek T CD40L, ale nie aktywowanych apoptotycznych komórek T CD4+ z ekspresją CD40L, powodowało tolerancję immunologiczną, a także wykazywało, że jednoczesne wstrzyknięcie agonistycznego anty-CD40 Ab z nieleczonymi apoptotycznymi komórkami T powodowało silną odporność.Higham i wsp. donoszą, że miejscowe dostarczanie reaktywnych komórek T CD8+ zaprojektowanych do ekspresji konwertowanych tolerancyjnych DCs CD40L w węzłach chłonnych odprowadzających gruczoł krokowy.Wyniki te wskazują, że sygnał T-cell CD40L może konwertować tolerancję DC. Nasze laboratorium wcześniej wykazało, że tolerancyjne CD4-8-śledzionowe DCs były zdolne do stymulowania supresyjnych odpowiedzi regulatorowych limfocytów T typu 1 CD4+ poprzez transformujące wydzielanie czynnika wzrostu beta.Ostatnio odkryliśmy, że CD4-8−DCS poddane działaniu przeciwciał anty-CD40 wykazywały większą ilość I-Ab, CD54, CD40, CD80 i CD86 i były zdolne do stymulowania odpowiedzi CTL CD4+ Th1 i CD8+ prowadzących do indukcji odporności przeciwnowotworowej, co wskazuje, że ligacja CD40 skutecznie przekształca tolerancyjne CD4−8− DCs w immunogenne.42 dane te podkreślają znaczenie sygnalizacji CD40 w rozwiązywaniu problemu tolerancji DCs.

Konwersja wyczerpania CD8+ CTL przez sygnalizację CD40

wyczerpanie komórek T jest jednym z głównych problemów prowadzących do nieskutecznej kontroli wirusa u pacjentów z niedoborem odporności.Wyczerpanie CTL CD8+, w którym pośredniczy programowana ścieżka śmierci komórki ligand-1 (PD-L1), występuje w kilku przewlekłych zakażeniach, skutkujących nieskuteczną eliminacją wirusa.Stwierdzono, że blokada programowanej śmierci komórek białka-1 (PD-1) przywraca funkcję wyczerpanych komórek T CD8+ podczas przewlekłej infekcji.Znaczenie sygnalizacji wywołanej CD40L w kontekście blokady PD-1 dla ratowania wyczerpania CTL zostało wcześniej zaproponowane przez Bhadrę i wsp.w modelu Toxoplasma.Autorzy 45 donosili, że blokada szlaku CD40–CD40L zniosła łagodzące działanie leczenia anty-PD-L1 na wyczerpane limfocyty T CD8+ i zidentyfikowali CD40 jako jedną z cząsteczek w panelu cząsteczek kostymulujących, który był silnie regulowany na limfocytach T CD8+ u przewlekle zakażonych myszy.Isogawa i wsp. odkryli również, że aktywacja mieloidalnego DCs za pośrednictwem CD40 może uratować wyczerpanie CTL limfocytów T CD8+ hamowanych przez PD-1.46 wcześniej wygenerowaliśmy nową, specyficzną dla komórek jajowych, EXO-celowaną szczepionkę opartą na komórkach T (OVA-Texo) z ekspresją CD40L i wykazaliśmy, że szczepionka OVA-Texo stymulowała silne odpowiedzi CTL i pamięć komórek T.Wcześniej opracowaliśmy mysi model przewlekłego zakażenia poprzez zakażenie myszy adenowirusem ekspresyjnym komórek jajowych, w którym CTL specyficzne dla komórek jajowych wyrażały PD-1 i gen aktywacji limfocytów-3 (LAG-3), które były funkcjonalnie wyczerpane.Ponadto wykazano, że szczepionka OVA-Texo może przekształcać wyczerpanie CTL poprzez sygnalizację CD40L poprzez aktywację szlaku PI3K/Akt/Mtorc1.Ostatnio w naszym modelu przewlekłej infekcji wykazaliśmy, że agonistyczna sygnalizacja CD40 zależna od przeciwciał CD40L również synergicznie z blokadą PD-1 w ratowaniu wyczerpanych CTL.Badania te wyraźnie wskazują, że sygnalizacja CD40 jest bardzo ważna dla konwersji wyczerpania CTL w przewlekłym zakażeniu.

perspektywa

powszechnie przyjmuje się, że cząsteczki kostymulujące odgrywają kluczową rolę w odporności i autoimmunizacji. Spośród kilku cząsteczek kostymulujących, CD40, silny stymulator układu odpornościowego, został szeroko przebadany pod kątem jego wkładu w orkiestrację odporności ochronnej. Kiedy CD40 wiąże się z CD40L, rekrutuje TRAF1 do TRAF6 do swoich domen cytoplazmatycznych, a TRAF6 wydaje się dominować w kierowaniu sygnalizacją za pośrednictwem CD40.21 zasadnicza rola sygnalizacji CD40-CD40L w komórkach T CD8+ w rozwoju pamięci CTL jest dobrze ugruntowana. Ostatnie postępy w immunologii sugerują, że szlaki metaboliczne odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu odporności komórek T.Wcześniej wykazano, że efektorowe komórki T wymagają glikolizy w celu proliferacji, podczas gdy komórki T pamięci zależą od metabolizmu kwasów tłuszczowych w celu zapewnienia długotrwałego przeżycia. Biorąc pod uwagę,że niedobór TRAF6 w komórkach T CD8+ powoduje ich defekt w metabolizmie kwasów tłuszczowych51 i że TRAF6 jest krytyczną cząsteczką w indukowanych przez CD40 dalszych szlakach sygnałowych, 21 interesujące będzie zbadanie roli sygnalizacji CD40 w zmianie efektorowego metabolizmu komórek T z glikolizy na utlenianie kwasów tłuszczowych w celu rozwoju komórek T pamięci. W przewlekłym zakażeniu wyczerpane CTLs ulegały ekspresji nie tylko PD-1,43, ale także inne receptory hamujące, takie jak LAG-3, T-cell Ig-3 (Tim-3) i TIGIT.Wykazano zwiększony wpływ na konwersję wyczerpania CTL poprzez leczenie skojarzone antagonistami (blokadami blokującymi hamowanie) dla różnych cząsteczek hamujących, takich jak PD-1, LAG-3 i Tim-3.53 nasze badania49 i te z innych45, 46 wykazały również, że sygnalizacja CD40 (kostymulująca cząsteczka do stymulacji) ma kluczowe znaczenie dla konwersji wyczerpania CTL i może synergizować się z leczeniem anty-PD1 w ratowaniu wyczerpanych CTL w przewlekłej infekcji. Interesujące będzie zatem wykorzystanie potencjalnie synergistycznego działania agonisty CD40 z antagonistycznym leczeniem przeciwko innym cząsteczkom hamującym, takim jak LAG-3, Tim-3 i TIGIT, jako terapii skojarzonej w przekształcaniu wyczerpania CTL w przewlekłej infekcji (fig.2).

ryc. 2 terapia skojarzona w celu ratowania wyczerpania CTL. uwagi: Konwersja wyczerpania CTL przez kombinacyjne leczenie antagonistami dla różnych cząsteczek hamujących, takich jak PD-1, LAG-3 i Tim-3 do blokowania i agonisty CD40 do stymulacji. skróty: CTL, cytotoksyczny limfocyt T; LAG-3, gen aktywacji limfocytów-3; PD-1, zaprogramowane białko śmierci komórki-1; Tim-3, limfocyt T IG-3.

potwierdzenie

badanie to było wspierane przez fundusze badawcze kanadyjskiego Instytutu Badań nad zdrowiem (Pjt163314).

ujawnienie

autorzy nie zgłaszają żadnych konfliktów interesów w tej pracy.