Wirkung verschiedener Therapiestrategien auf regulatorische T-Zellen bei Nierentransplantationen (EVERTWIST)

Die Immunantwort wird durch die Interaktion zwischen Antigen-präsentierenden Zellen (APC), CD4+-Helfer-T-Zellen (Th) und regulatorischen T-Zellen (Treg) vermittelt, einer Subpopulation von CD4+-T-Zellen, die den IL-2-Rezeptor (CD25) und die FoxP3-Transkription intensiv exprimiert Faktor. Treg-Zellen tragen zur Aufrechterhaltung der Toleranz bei, indem sie die Immunantwort auf normale oder tumoreigene Antigene unterdrücken. Treg-Zellen entstehen während der Ontogenese im Thymus und machen etwa 10 % der peripheren CD4+-Zellen aus. Alle Effektor-T-Lymphozyten entstehen im Thymus in den frühen Stadien des Lebens und entwickeln sich durch die Produktion neuer T-Lymphozyten sowie durch Antigen-induzierte Expansion jungfräulicher (naiver) peripherer T-Lymphozyten, die sich in „Gedächtnis“-T-Lymphozyten umwandeln und darin liegen periphere lymphatische Organe (17). Reife T-Lymphozyten machen 70–80 % der normalen Lymphozyten des peripheren Blutes, 30–40 % der Lymphknotenzellen und 20–30 % der Lymphzellen der Milz aus.

T-Lymphozyten sind primäre Effektoren der zellvermittelten Immunität und differenzieren sich in eine Subpopulation von CD8+-zytotoxischen T-Lymphozyten, die in der Lage sind, fremde Zellen oder virusinfizierte Wirtszellen zu lysieren, und eine Subpopulation von CD4+-T-Lymphozyten mit einer regulierenden Aktivität auf T- und B-Lymphozyten Monozyten, durch die Produktion von Zytokinen und Zell-zu-Zell-Kontakt.

Treg-Lymphozyten spielen unter den CD4+-Zellen eine zentrale Rolle beim Ausgleich von Toleranz und Immunität, da sie für die Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz durch die Kontrolle selbstreaktiver T-Zellen verantwortlich sind, die der Thymus-Deletion entgangen sind (19). Studien haben in der Tat gezeigt, dass eine durch diese Zellen vermittelte übermäßige Immunsuppression einerseits einen Defekt in ihrer Entwicklung oder Aktivität zu schweren Autoimmunerkrankungen führen kann, andererseits aber auch einen immundefizienten Zustand auch gegenüber Antigenen, die von neoplastischen Zellen produziert werden, begünstigt. in der Folge Tumorwachstum.

Treg-Lymphozyten machen etwa 10 % aller CD4+-T-Zellen aus, die im Thymus, im peripheren Blut und im Lymphgewebe vorhanden sind; Sie bestehen aus verschiedenen Populationen, die sich hinsichtlich der Expression bestimmter Zelloberflächenmoleküle und der Produktion verschiedener Zytokine unterscheiden, aber gemeinsam eine seltene Reaktion auf Antigenstimulation und eine immunsuppressive Aktivität haben.

Die am besten charakterisierten Treg-Lymphozyten sind die sogenannten „natürlich vorkommenden Tregs“ (nTregs), eine Untergruppe von CD4+ T-Zellen, die im Thymus während des T-Zell-Reifungsprozesses entstehen und sich dort entwickeln und anschließend normalerweise im peripheren Blut mit dieser Funktion vorhanden sind der Kontrolle von Selbstantigenen und der Vorbeugung von Autoimmunerkrankungen. Diese Lymphozyten sind durch die konstitutive Expression von CD-25 (Interleukin-2-Rezeptor-α-Kette), Foxp3-Transkriptionsfaktor (spezifisch für diese Zellen und an der Entwicklungskontrolle im Thymus beteiligt), CTLA-4, GITR und LAG-3-Oberfläche gekennzeichnet Moleküle sowie TGF-β-Zytokin, das in großen Mengen auf der Zelloberfläche vorhanden ist und für deren Funktion von grundlegender Bedeutung ist.

Sogenannte „induzierte Tregs“ (iTregs) bilden die andere Kategorie der Treg-Lymphozyten: Dabei handelt es sich um CD4+-T-Lymphozyten, denen das intrinsische regulatorische Potenzial fehlt, die ihre unterdrückende Aktivität jedoch dank einer spezifischen und Zytokin-vermittelten Aktivierung erlangen (26). Sie werden in der Peripherie produziert und ermöglichen die Entwicklung einer peripheren Toleranz gegenüber Selbstantigenen, die im Thymus nicht oder kaum exprimiert werden. iTregs bestehen selbst aus zwei verschiedenen lymphatischen Subpopulationen: Tr1, das in der Darmschleimhaut vorhanden ist und durch eine hohe Produktion von IL-10 und TGF-β gekennzeichnet ist, aber Foxp3-negativ ist; und T-Helfer 3 (Th3), der aus der Induktion nativer CD4+-T-Zellen aufgrund der Aufnahme von Nahrungsantigenen entsteht und für die orale Toleranz verantwortlich ist. Th3 sind Foxp3-positiv und setzen hohe Mengen an TGF-β frei (27).

Während iTregs offenbar nur durch die Produktion immunsuppressiver Zytokine wie IL-10 und TGF-β funktionieren, können nTregs ihre Aktivität je nach Art und Weise auch über verschiedene Mechanismen ausüben, z. B. zytokinabhängig, zellkontaktabhängig oder beides Intensität der Entzündungsreaktion und des Zielgewebes, auf das diese gerichtet ist. Dieser kontextabhängige Regulierungsmechanismus führt zur Ausarbeitung des Modells der Anpassungsfähigkeit und Diversifizierung innerhalb der Funktion dieser Zellen: Mit anderen Worten würden Tregs eine funktionell homogene zelluläre Untergruppe bilden, in der jede einzelne Zelle entsprechend den Merkmalen einen anderen Mechanismus ausüben kann einer Entzündungsreaktion. Einige Autoren glauben stattdessen, dass Tregs aus mehreren Subpopulationen bestehen, von denen jede ihre eigenen Hemmmechanismen aufweist (27-28).

Die phänotypische Charakterisierung von Tregs unter zirkulierenden menschlichen Lymphozyten wurde durch die Tatsache erschwert, dass CD25 nicht ausschließlich von Tregs, sondern nach der Aktivierung auch von nicht-regulatorischen Lymphozyten exprimiert wird, so dass derzeit nur CD4+-Zellen die höchsten CD25-Spiegel exprimieren (CD4+CD25+bright). können als authentische Tregs angesehen werden.

Im Jahr 2003 wurde der Forkhead-Transkriptionsfaktor (Foxp3) als wichtiger Regulator bei der Treg-Entwicklung identifiziert; seine Expression ist überwiegend auf CD4+CD25+-T-Lymphozyten beschränkt und die Foxp3-Expression in naiven T-Zellen unterstützt deren Umwandlung in einen regulatorischen T-Phänotyp, der nTregs funktionell ähnelt. Foxp3 gilt daher als äußerst spezifischer Marker für Treg-Zellen und ist von grundlegender Bedeutung für die Kontrolle ihrer Entwicklung und Funktion. Insbesondere haben einige Studien gezeigt, dass das Fehlen von Foxp3 bei der Geburt bei Menschen und Ratten zu einer massiven T-zellulären Hyperproliferation führt, was zu Multiorgan-Autoimmunität und vorzeitigem Tod führt (24), wohingegen seine Deletion bei erwachsenen Ratten zu Hyperproliferation und Expansion führt dendritische Zellen sowie Tod innerhalb von zwei Wochen. Basierend auf diesen Ergebnissen scheint Foxp3 der ideale Marker für Toleranzstudien zu sein.

Die Treg-Produktion wird streng durch Signale kontrolliert, die von verschiedenen Zelltypen wie Epithelzellen, T-Lymphozyten und APCs ausgehen. Obwohl das Vorhandensein letzterer für die TCR-vermittelte Aktivierung von Tregs von grundlegender Bedeutung ist, ist die durch nTregs induzierte tatsächliche supprimierende Phase in vitro tatsächlich APC-unabhängig. Es impliziert tatsächlich einen Mechanismus des Kontakts zwischen CD4+CD25-Effektor-T-Lymphozyten und CD4+CD25+ nTregs.

Derzeit verfügen wir über wenig Wissen über die funktionellen Konsequenzen der Unterdrückung von Tregs auf CD4+- und CD8+-Lymphozyten, die für sie empfindlich sind, außerdem hemmen sie die IL-2-Transkription und induzieren folglich eine Unterbrechung des Zellzyklus. Weitere Immunsuppressionsmechanismen, über die in anderen Studien berichtet, aber noch nicht bestätigt wurde, sind: Anergieinduktion in ansprechenden T-Zellen, refraktäre Reaktion auf die mitogenen Wirkungen von IL-2, Freisetzung neuer iTregs, die wahrscheinlich Th1s und Th2s durch die Produktion von TGFβ1 unterdrücken und/oder IL-10.

NTregs benötigen für ihre Entwicklung und Homöostase bestimmte Zytokine. Darüber hinaus reagieren Tregs hypoproliferativ oder anergisch auf die TCR-Aktivierung, was wahrscheinlich auf ihre Unfähigkeit zur Transkription und aktiven Sekretion von IL-2 zurückzuführen ist. Dieses Zytokin wird hauptsächlich von aktivierten T-Lymphozyten, nicht jedoch von nTregs, freigesetzt und übt seine biologischen Aktivitäten durch Bindung an seinen Rezeptor aus, einen Membranproteinkomplex, der aus drei Untereinheiten besteht: der α- (CD25), der β- und der γ-Kette.

Wenn IL-2 an seinen Rezeptor in T-Zellen bindet, aktiviert es Januskinasen (JAKs), die daraufhin STAT5-Proteine ​​(Signalwandler und Transkriptionsaktivatoren) phosphorylieren und freisetzen. Tatsächlich übt IL-2 seine Wirkung auf T-Zellen aus, indem es mehrere Zielgene hauptsächlich auf Transkriptionsebene reguliert; Es erhöht nicht nur die Expression der α- und β-Ketten von IL-2R, sondern moduliert auch die Expression von Genen, die an der Regulierung des Zellzyklus beteiligt sind, indem es beispielsweise die Hochregulierung von Protoonkogenen wie c-myc und c-fos induziert und c-jun sowie anti-apoptotische Gene wie bcl-2 oder pro-apoptotische Gene wie der Fas-Ligand. IL-2 ist für die Entwicklung und Aufrechterhaltung von nTreg essentiell, wie einige Studien gezeigt haben: Ein induzierter IL-2-Depletion bei Ratten verursacht Autoimmunerkrankungen, die mit einer verringerten Anzahl von Foxp3+ nTreg-Lymphozyten im peripheren Kompartiment verbunden sein können.

Ein weiteres wichtiges Zytokin für die Funktion von Tregs ist TGF-β. Trotz seiner hemmenden Wirkung auf andere T-Zellen unterstützt dieser Wachstumsfaktor wahrscheinlich die Produktion von Treg-Zellen außerhalb des Thymus und die Steigerung der Foxp3-Expression: Diese Wirkung ist jedoch ausschließlich für die anfängliche Induktion notwendig. TGF-β spielt daher eine andere, aber komplementäre Rolle als IL-2.

Schließlich ist IL-10 ein weiteres wichtiges Zytokin für die Funktion von Tr1-Lymphozyten. Die chronische Aktivierung von CD4+-Lymphozyten in vitro in Gegenwart von IL-10 führt zu ihrer Differenzierung in Tr1, hohen IL-10- und TGF-β-Spiegeln, niedrigen IL-2- und IL-4-Spiegeln und einer geringen Proliferation nach Restimulation. Darüber hinaus kann IL-10 eine Immunsuppression induzieren, indem es die Bildung anergischer T-Zellen unterstützt, die in der Lage sind, die Aktivität anderer aktivierter T-Lymphozyten durch einen kontaktabhängigen Mechanismus zu hemmen, indem sie mit letzteren um spezifische APC-Rezeptoren (Antigen Presenting Cells) und um lokal produzierte Zellen konkurrieren IL-2. Diese anergen T-Zellen sind in der Lage, die Immunantwort in vivo zu unterdrücken, da ihre Übertragung in Ratten, die sich einer allogenen Hauttransplantation unterzogen hatten, ein längeres Transplantatüberleben zeigte.

Neben den oben genannten Zytokinen scheinen andere Zytokine, wie IL-4 und IL-13, auf unterschiedliche Weise an der Treg-Erzeugung und -Induktion beteiligt zu sein, während andere Zytokine eine antagonistische Wirkung auf sie haben, wie zum Beispiel IL-6, was im Gegensatz dazu steht ihre immunsuppressive Aktivität, ohne die Proliferation zu beeinträchtigen. Andere Studien zur Treg-Funktion haben auch gezeigt, dass eine Transfusion allogener Treg-Lymphozyten und die anschließende Hauttransplantation bei IL2Rβ-/--Ratten (die ohne Behandlung schnell zu tödlichen Autoimmunerkrankungen neigen) diese Krankheiten nicht nur kontrolliert und unterdrückt, obwohl Tregs selbstreaktiv sind T-Zellen waren MHC-inkompatibel, konnten dadurch aber auch einen Toleranzzustand gegenüber jenen Transplantaten aufbauen, die den Spender-Tregs gemeinsame MHC-Moleküle präsentierten. Dieses Experiment hat dann bewiesen, dass Tregs auch selbstreaktive T-Zellen unterdrücken, die von nicht MHC-korrelierten Spendern stammen, und dass der Spenderpool für eine Treg-basierte Immuntherapie theoretisch möglicherweise sehr groß wäre.

Aufgrund ihrer wesentlichen Rolle bei der Immuntoleranz und ihrer immunsuppressiven Funktion gewinnen Treg-Lymphozyten daher in der Transplantologie immer mehr an Bedeutung, da experimentelle Modelle von Organtransplantationen ihre Fähigkeit unterstrichen haben, die Aktivität von CD4+- und CD8+-Zellen, die beide für die Abstoßung verantwortlich sind, durch Hemmung zu modulieren es, und die GVHD (Graft-versus-Host-Krankheit) zu unterdrücken und auf diese Weise Allotransplantationstoleranz zu vermitteln. Es gibt jedoch kontroverse Ergebnisse bezüglich des Treg-Phänotyps und ihres Wirkungsmechanismus, abhängig vom experimentellen Modell und vom Protokoll, das zur Induktion dieser Toleranz verwendet wird.