Effekt af forskellige terapeutiske strategier på regulatoriske T-celler i nyretransplantation (EVERTWIST)

Immunrespons medieres af interaktionen mellem antigen-præsenterende celler (APC), CD4+-hjælper-T-celler (Th) og regulatoriske T-celler (Treg), en subpopulation af CD4+ T-celler, som intensivt udtrykker IL-2-receptor (CD25) og FoxP3-transkription faktor. Treg-celler bidrager til at opretholde tolerance ved at undertrykke immunrespons på normale eller tumor-selv-antigener. Treg-celler stammer fra thymus under ontogenese og repræsenterer cirka 10 % af perifere CD4+-celler. Alle effektor T-lymfocytter dannes i thymus i de tidlige stadier af livet og udvikler sig gennem produktionen af ​​nye T-lymfocytter samt gennem antigen-induceret ekspansion af jomfruelige (naive) perifere T-lymfocytter, som omdannes til "hukommelses" T-lymfocytter og ligger i perifere lymfoide organer (17). Modne T-lymfocytter udgør 70-80% af normale perifere blodlymfocytter, 30-40% af lymfeknudeceller og 20-30% af miltlymfoidceller.

T-lymfocytter er primære effektorer af cellemedieret immunitet og differentierer til en subpopulation af CD8+ cytotoksiske T-lymfocytter, som er i stand til at lysere fremmede celler eller virusinficerede værtsceller og en subpopulation af CD4+ T-lymfocytter med en regulerende aktivitet på T- og B-lymfocytter og monocytter, gennem produktion af cytokiner og celle-til-celle kontakt.

Treg-lymfocytter spiller en central rolle blandt CD4+-celler i at afbalancere tolerance og immunitet, da de er ansvarlige for at opretholde perifer tolerance gennem kontrol af selvreaktive T-celler, som undslap thymusdeletion (19). Undersøgelser har faktisk vist, at uanset om en defekt i deres udvikling eller aktivitet på den ene side kan føre til alvorlige autoimmune sygdomme, stimulerer en overdreven immunsuppression medieret af disse celler, på den anden side, en immundefekt tilstand også over for antigener produceret af neoplastiske celler, som favoriserer, som følge heraf tumorvækst.

Treg-lymfocytter repræsenterer ca. 10 % af alle CD4+ T-celler, der er til stede i thymus, perifert blod og lymfevæv; de består af forskellige populationer, som adskiller sig med hensyn til særlige celleoverflademolekylers ekspression og produktion af forskellige cytokiner, men deler en fælles knap reaktion på antigen stimulering og en immunsuppressiv aktivitet.

De bedst karakteriserede Treg-lymfocytter er de såkaldte "naturligt forekommende Tregs" (nTregs), en undergruppe af CD4+ T-celler, som opstår og udvikler sig i thymus under T-cellulær modningsproces og derefter normalt er til stede i perifert blod med funktionen at kontrollere selvantigener og forebygge autoimmune sygdomme. Disse lymfocytter er karakteriseret ved den konstitutive ekspression af CD-25 (interleukin-2 receptor α-kæde), Foxp3 transkriptionsfaktor (specifik for disse celler og impliceret i udviklingskontrollen i thymus), CTLA-4, GITR og LAG-3 overflade molekyler samt TGF-β cytokin, som er til stede i stor mængde på cellulær overflade og er fundamental for deres funktion.

Såkaldte "inducerede Tregs" (iTregs) bygger den anden Treg-lymfocytter-kategori: disse er CD4+ T-lymfocytter, som mangler iboende regulatorisk potentiale, men som opnår deres undertrykkende aktivitet takket være en specifik og cytokin-medieret aktivering (26). De produceres i periferi og tillader udvikling af perifer tolerance over for selvantigener, der ikke eller næsten ikke kommer til udtryk i thymus. iTregs består selv af to forskellige lymfocytiske subpopulationer: Tr1, til stede i tarmslimhinden og karakteriseret ved en høj produktion af IL-10 og TGF-β, men Foxp3 negativ; og T-hjælper 3 (Th3), der stammer fra induktionen af ​​native CD4+ T-celler på grund af indtagelsen af ​​fordøjelsesantigener, ansvarlige for oral tolerance. Th3 er Foxp3-positive og frigiver høje niveauer af TGF-β (27).

Mens iTregs kun ser ud til at fungere ved produktion af immunsuppressive cytokiner såsom IL-10 og TGF-β, kan nTregs også udøve deres aktivitet gennem forskellige mekanismer, såsom cytokinafhængig, cellekontaktafhængig eller begge dele, alt efter arten og intensiteten af ​​den inflammatoriske reaktion og af det målvæv, som sidstnævnte er rettet mod. Denne kontekstafhængige reguleringsmekanisme fører til udarbejdelsen af ​​modellen for tilpasningsevne og diversificering inden for funktionen af ​​disse celler: Tregs ville med andre ord udgøre en funktionelt homogen cellulær undergruppe, hvor hver enkelt celle kan udøve en anden mekanisme i henhold til egenskaberne af inflammatorisk respons. Nogle forfattere mener i stedet, at Tregs består af flere subpopulationer, som hver af disse præsenterer sine egne hæmmende mekanismer (27-28).

Fænotypisk karakterisering af Tregs blandt cirkulerende humane lymfocytter er blevet kompliceret af det faktum, at CD25 ikke udelukkende udtrykkes af Tregs, men også af ikke-regulatoriske lymfocytter efter aktivering, så på nuværende tidspunkt er det kun CD4+ celler, der udtrykker de højeste CD25 niveauer (CD4+CD25+bright) kan betragtes som autentiske Tregs.

I 2003 blev Forkhead Transcription Factor (Foxp3) identificeret som den vigtigste regulator i Tregs udvikling; dets ekspression er overvejende begrænset til CD4+CD25+ T-lymfocytter, og Foxp3-ekspression i naive T-celler understøtter deres omdannelse til en regulatorisk T-fænotype, der funktionelt ligner nTregs. Foxp3 betragtes derfor som en ekstremt specifik markør for Treg-celler og er fundamental for kontrol af deres udvikling og funktion. Nogle undersøgelser har især vist, at manglen på Foxp3 ved fødslen hos mennesker og rotter fører til en massiv T-cellulær hyperproliferation, hvilket resulterer i multi-organ autoimmunitet og for tidlig død (24), hvorimod dets deletion i voksne rotter forårsager hyperproliferation og udvidelse af dendritiske celler samt død inden for to uger. Baseret på disse resultater synes Foxp3 at være den ideelle markør for toleranceundersøgelse.

Tregs-produktion er strengt styret af signaler, der udsendes af forskellige typer celler, såsom epitelceller, T-lymfocytter og APC'er. Selvom tilstedeværelsen af ​​sidstnævnte er fundamental for TCR-medieret aktivering af Tregs, er den reelle suppressive fase in vitro induceret af nTregs faktisk APC-uafhængig. Det indebærer faktisk en kontaktmekanisme mellem CD4+CD25-effektor T-lymfocytter og CD4+CD25+ nTregs.

På nuværende tidspunkt råder vi over lidt viden om funktionelle konsekvenser af suppression udført af Tregs på CD4+ og CD8+ lymfocytter, som er følsomme over for dem, udover at de hæmmer IL-2-transkription og som følge heraf inducerer cellecyklusafbrydelse. Yderligere immunsuppressionsmekanismer rapporteret af andre undersøgelser, men endnu ikke bekræftet, er følgende: anergi-induktion i responsive T-celler, refraktær reaktion på de mitogene virkninger af IL-2, frigivelse af nye iTregs, som sandsynligvis vil undertrykke Th1s og Th2s ved at producere TGFβ1 og/eller IL-10.

NTregs kræver særlige cytokiner til deres udvikling og homeostase. Desuden resulterer Tregs for at være hypoproliferative eller anergiske for TCR-aktivering, sandsynligvis på grund af deres manglende evne til at transskribere og aktivt udskille IL-2. Dette cytokin frigives hovedsageligt af aktiverede T-lymfocytter, men ikke af nTregs, og det udøver sine biologiske aktiviteter ved at binde til dets receptor, et membranproteinkompleks dannet af tre underenheder: α (CD25), β- og γ-kæde.

Når IL-2 binder til sin receptor i T-celler, aktiverer det Janus-kinaser (JAK'er), som følgelig phosphorylerer og frigiver STAT5-proteiner (signaltransducere og transkriptionsaktivatorer). IL-2 udøver faktisk sine virkninger på T-celler ved at regulere adskillige målgener primært på transkriptionelt niveau; det øger ikke kun ekspressionen af ​​IL-2R α og β kæder, men det modulerer også ekspressionen af ​​gener involveret i cellecyklusregulering, ved at inducere for eksempel opreguleringen af ​​proto-onkogener såsom c-myc, c-fos og c-jun, såvel som anti-apoptotiske gener, såsom bcl-2 eller pro-apoptotiske gener, såsom Fas-ligand. IL-2 er essentiel for nTreg-udvikling og -vedligeholdelse, som nogle undersøgelser har vist: induceret IL-2-depletion hos rotter forårsager autoimmune sygdomme, som kan associeres med et reduceret antal Foxp3+ nTreg-lymfocytter i det perifere kompartment.

Et andet vigtigt cytokin for funktionen af ​​Tregs er TGF-β. På trods af dens hæmmende virkninger på andre T-celler, vil denne vækstfaktor sandsynligvis understøtte ekstratymisk produktion af Treg-celler og stigningen af ​​Foxp3-ekspression: denne handling er dog udelukkende nødvendig for den indledende induktion. TGF-β spiller derfor en anden, men komplementær rolle til IL-2.

Endelig er et yderligere kritisk cytokin for funktionen af ​​Tr1-lymfocytter IL-10. Kronisk aktivering in vitro af CD4+-lymfocytter i nærvær af IL-10 fører til deres differentiering i Tr1, høje niveauer af IL-10 og TGF-β, lave niveauer af IL-2 og IL-4 og en knap proliferation efter restimulering. IL-10 kan desuden inducere immunsuppression ved at understøtte dannelsen af ​​anergiske T-celler, der er i stand til at hæmme aktiviteten af ​​andre aktiverede T-lymfocytter gennem en kontaktafhængig mekanisme, ved at konkurrere med sidstnævnte om specifikke APC (Antigen Presenting Cells) receptorer og om lokalt producerede IL-2. Disse anergiske T-celler er i stand til at undertrykke immunrespons in vivo, da deres overførsel i rotter, som gennemgik allogen hudtransplantation, viste en længere transplantationsoverlevelse.

Udover de ovennævnte cytokiner ser andre ud til at være involveret på forskellige måder i Treg-generering og -induktion, såsom IL-4 og IL-13, hvorimod andre cytokiner har en antagonisteffekt på dem, såsom IL-6 for eksempel, som står i kontrast. deres immunsuppressive aktivitet uden at interferere med proliferation. Andre undersøgelser af Treg-funktion har også vist, at en transfusion af allogene Treg-lymfocytter og den efterfølgende hudtransplantation i IL2Rβ-/- rotter (hurtigt tilbøjelige til dødelige autoimmune sygdomme, hvis de ikke behandles) ikke kun kontrollerede og undertrykte disse sygdomme, selvom Tregs og selvreaktive T-celler var MHC-inkompatible, men fik derfor også lov til at etablere en tilstand af tolerance over for de transplantater, der præsenterede almindelige MHC-molekyler for donor-Tregs. Dette eksperiment har så bevist, at Tregs også undertrykker selvreaktive T-celler, der stammer fra ikke-MHC-korrelerede donorer, og så teoretisk set, at donorpuljen for Treg-baseret immunterapi potentielt ville være meget bred.

Takket være deres væsentlige rolle i immuntolerance og deres immunsuppressive funktion, får Treg-lymfocytter derfor mere og mere betydning i transplantologi, da eksperimentelle modeller af organtransplantationer har understreget deres evne til at modulere CD4+ og CD8+ celleaktivitet, begge ansvarlige for afstødning, ved at hæmme det, og at undertrykke GVHD (Graft-versus-host-sygdom), der på denne måde medierer allotransplantat-tolerance. Der er dog kontroversielle resultater vedrørende Treg-fænotype og deres virkningsmekanisme, afhængigt af den eksperimentelle model og af den protokol, der bruges til at inducere denne tolerance.