Регуляторные Т-клетки с супрессорной активностью. Зачем нужны супрессорные

Регуляторные Т-клетки с супрессорной активностью

Зачем нужны супрессорные Т-клетки? ИС защищает организм от множества чужеродных патогенных организмов, опухолевых клеток, уничтожает устаревшие клетки, но при этом не реагирует на антигены собственных тканей. Почему? Любой иммунный ответ включает неспецифический компонент за счет выработки различных провоспалительных молекул, которые могут повреждать не только патогенные микроорганизмы, но и нормальные клетки. Каким образом происходит ограничение иммунного ответа и его возможных побочных эффектов ?

История вопроса Начало XX века Эрлих - иммунный ответ может приводить к развитию или активировать течение различных заболеваний. Это касается избыточного иммунного ответа как на свои, так и чужие антигены. Должен быть контроль, который ограничивает нормальный иммунный ответ на собственные и чужеродные антигены. Один из механизмов такого контроля - негативная селекция в тимусе (центральная толерантность). Но если ауторективные Т-клетки с высокоаффинными рецепторами подвергаются апоптозу, то клетки с низкой и средней аффинностью рецепторов попадают на периферию. Следовательно и на периферии должен существовать контроль за аутореактивными клетками. Повреждающее действие может наблюдаться и при ответе на чужеродные антигены за счет продукции провоспалительных цитокинов. Чтобы этого не случилось, в организме существует система поддержания постоянного количества ИКК – система гомеостатического контроля.

Гомеостатический контроль Механизмы контроля Внешние Внутренние Апоптоз Анергия Супрессорные Т- клетки

Открытие супрессорных Т-клеток Gershon, конец 1960-х гг. – состояние толерантности против AgX может быть перенесено от одного животного к другому при переносе Т-клеток (угнетение продукции a-X антител) Т-клетки могут ингибировать ответ не только на чужеродные, но и аутоантигены Открытие CD4 и CD8 СD8 после взаимодействия с CD4 дифференцируются в супрессорные Т-клетки 1970-1986 гг. иммунологический бум вокруг Т- супрессоров

Конец исследованиям Отсутствуют маркеры, позволяющие отличать CD8- супрессоры от СD8 киллеров. Роль Т-супрессоров нельзя проверить in vivo - не существовало моноклональных антител к CD4 и CD8 - не были разработаны модели с генетическим нокаутом Не удалось клонировать и охарактеризовать антигенспецифические факторы, с которыми связывали механизм действия Т- супрессоров Не обнаружены гены супрессии На термин супрессорные клетки накладывается табу

Questions ? Answers Возрождение супрессорных Т-клеток 1992 г. 1995 - Present 1 n Number of publications * ответы Вопросы

Возрождение Т-супрессоров. Почему это произошло? 1992 г. Продемонстрирована роль супрессорных CD8 Т-клеток у экспериментальных животных in vivo 1995 г. Открыты супрессорные Т-клетки с фенотипом CD4, контролирующие развитие АИЗ

Выявление роли CD8 Т-супрессоров 1992 г., Science, 2 публикации Показана роль CD8 супрессоров в резистентности к экспериментальному энцефаломиелиту. Активация CD4 при связывании TCR с MHC II–пептидным комплексом индуцирует появление на Т-клетках Qa-1, связанного с аутопептидами. Qa-1-позитивные Т-клетки активируют предшественники CD8 супрессоров, которые после созревания супрессируют CD4+ T клетки, экспрессирующие Qa-1–аутопептидный комплекс.

Открытие CD4 Т-супрессоров Начало 1980-х, со-культивирование возрастающих концентраций активированных CD4+ T клеток с покоящимися клетками подавляет способность последних к индукции В-клеточной дифференцировки и Ig синтеза. Значение этих клеток in vivo у человека было не понятно. Середина 90-х гг, Sakaguchi. Эти клетки (CD4 Т-клетки) предупреждают развитие АИЗ после тимэктомии. Спустя 10 лет показано, что супрессия связана с малой субпопуляцией CD4 c фенотипом CD4+CD25+, хотя в ряде случаев может быть опосредована CD4+CD25- клетками. Супрессорные Т-клетки получили новое название –регуляторных Т-клеток.

Регуляторные Т-клетки с супрессорной активностью Гетерогенная популяция Т-клеток, которые различаются по фенотипу, цитокиновому профилю, механизмам действия, мишеням и функциям в организме Основная функция – индукция и поддержание периферической толерантности к аутоантигенам; дополнительная - ограничение иммунного ответа к чужеродным антигенам По происхождению – 2 типа - естественные Т-reg (предсуществуют до взаимодействия с антигеном ) - индуцированные Т-reg (генерируются после взаимодействия с антигеном)

Типы регуляторных Т-клеток: CD4+(CD25+/-) - естественные T reg - индуцированные Tr1 (IL-10), - индуцированные Tr2 (TGFb) CD8+ CD4-,CD8- NK-T gdT

CD4+CD25+ Regulatory T cells Составляют уникальную линию клеток, возникающих в тимусе Экспрессируют CD25 – цепь рецептора IL-2 Экспрессируют транскрипционный фактор FoxP3 Репертуар ТКР как у обычных Т-клеток (распознают аутопептиды, антигены HLA, ОАА, чужеродные пептиды) Анергичны (не пролиферируют, in vitro, но могут размножаться in vivo) Несут признаки активации Играют важную роль в предупрежде-нии органоспецифических АИЗ Естественные регуляторные Т-клетки (Trn). Общая характеристика

Количественное содержание CD4+CD25+ регуляторных T cells CD4 CD25 Secondary lymphoid tissues 5-10% Mice Humans Non-human primates.

Возможные маркеры CD4+CD25+ регуляторных T клеток? CD25 CTLA-4 (СD152) GITR CD103 L-селектин (СD62L) OX-40 (CD134) СD122 (-цепь IL-2R) Unidentified X,Y,Z ?? CD4+CD25+ Regulatory T cell HLA-DR

MHC/peptide TCR Activated CD4+ T cell Resting CD4+ T cell Т-клеточная активация индуцирует появление активационных маркеров TCR APC CD40L CD25 CD69 CD44 CD25 не является маркером Treg на активированных Т-клетках

Foxp3 и Trn Foxp3 –относится к семейству транскрипционных факторов. Он связывается с ДНК, выступает в роли репрессора транскрипции и ингибирует продукцию провоспалительных цитокинов. У мышей мутация, ведущая к потере Foxp3, приводит к развитию фатальных лимфопролиферативных заболеваний, а CD4+CD25+ клетки не обладают супрессорной активностью. Трансфекция гена Foxp3 превращает наивные CD4+CD25- клетки в клетки со свойствами Тrn, способными, подавлять аутоиммунный гастрит и колит у мышей in vivo. Foxp3 является ключевым фактором развития и в функционировании CD4+CD25+ клеток.

Супрессорная активность CD4+CD25+ регуляторных T клеток in vivo Тимэктомия (на 3 сутки) Облучение Деплеция In vivo Гастрит, оофорит, орхит, тиреоидит, панкреатит, колит Перенос иммунодефицитным мышам CD4+CD25-T Перенос иммунодефицитным мышам CD4+CD25+ T клеток подавляет АИЗ

Супрессорная активность Trn in vitro CD8+ CD8+/- CD8+/+ Активация клеток требует связывания через ТКР Супрессия антигеннеспецифична и не рестриктирована по антигенам ГКГ IL-2 mRNA IL-2 продукция Пролиферация CD4+ and CD8+ T cells

Контакт-зависимый и цитокин-независимый характер супрессии in vitro

Механизм действия CD4+CD25+ регуляторных T клеток 1. Супрессия обусловлена блоком клеточного цикла (G1-S ) в резуль- тате подавления продукции IL-2. 2. Супрессия обратима и не связана с гибелью клеток. 3. Супрессорный эффект может нивелироваться IL-2, IL-15 5. В качестве контактных механизмов супрессии обсуждается роль мембранных молекул CTLA-4, TFG-β и GITR. 6. Мишени – Т-клетки, АПК

Effector T cell CD4+ CD25+ Cytokines ? In vitro и in vivo роль цитокинов в реализации супрессорной активности CD4+CD25+ регуляторных T клеток Супрессия цитокин-независима нейтрализация цитокинов не отменяет супрессию Цитокины в супернатантах отсутствуют Treg от цитокин-дефицитных животных полноценны in vitro In vitro In vivo Cупрессия цитокин-зависима Аутоиммунный колит подавляется при переносе CD4CD25, но не у IL-10 или TGF-β дефицитных мышей.

Роль CTLA-4 молекул в реализации супрессорной активности T reg Treg Treg T effector T effector APC IDO АПС TCR-Ag Ag-TCR CTLA-4-CD80/86) CTLA-4-CD80/86) TCR-Ag Ag-TCR Активация Активация Триптофан

Роль mTGF- Trn несут mTGF-β, который связывается со своим рецептором на Т эффекторах иингибирует функцию последних 2.Trn могут индуцировать ингибировать Т-эффекторы опосредованно через стимуляцию TGF-β продукции АПК

Блокада супрессии Чтобы заблокировать супрессию, нужно либо подавить активность Treg, либо индуцировать резистентность мишеней Супрессорная активность Trn нивелируется в присутствии IL-2 Резистентность Т-эффекторов может индуцироваться IL-6, который продуцируется АПК при их стимуляции LPS через TLR4, либо при взаимодействие GITR на эффекторных Т-клетках с его лигандом на АПК

CD4+CD25+/- Regulatory T cells (Tr1, Tr2) Генерируются на периферии после контакта с антигеном Могут экспрессируют CD25 Анергичны Опосредуют эффект через IL-10 и TRF- Супрессия не специфична Мишени – Т- клетки и АПС Условия генерации – субоптимальная презентация антигена, недостаточная костимуляция Играют важную роль в предотвращении системных АИЗ, подавляют противоинфекционный и трансплантационный иммунитет Индуцированные (адоптивные) регуляторные Т-клетки (Tr). Общая характеристика Tr2 TGF-β Tr1 IL-10

Механизм действия индуцированных T reg Ингибиция Т-клеток цитокинами (через IL-10 и TGF-β) 2. Угнетение АПК подавление экспрессии костимуляторных молекул ингибиция IL-12 и стимуляция IL-10

Генерируются на периферии после повторного контакта с антигеном в присутствие IL-10 Продуцируют IL-10, небольшое количество IL-5 и IFN- не продуцируют IL-2 и IL-4 Экспрессируют CD25 и CTLA-4 Анергичны Опосредуют эффект через IL-10 (TGF-β) a-IL10 антитела блокируют генерацию и активность Играют важную роль в предотвращении системных АИЗ, подавляют противо-инфекционный и трансплантационный иммунитет Регуляторные Т-клетки 1-го типа (Tr1) Общая характеристика Tr1 IL-10

Tr1-подобные Т-клетки

Генерируются при попадании антигена per os (низкие дозы Ag) Продуцируют TGF-β> IL-10>IL-4 Опосредуют эффект через TGF-β a-TGF-β антитела блокируют генерацию и активность Tr2 Супрессия неспецифична IL-4 и TGF-β стимулируют генерацию Tr2 Экспрессируют CD25 и CTLA-4 Анергичны, не отвечают на митогены и антигены Играют важную роль в развитии пищевой толерантности, ингибируют трансплантационные реакции Регуляторные Т-клетки 2-го типа (Tr2/Th3) Общая характеристика Tr2 TGF-β

Tr2-подобные Т-клетки

Сравнительная характеристика различных типов Treg

Взаимоотношения между T reg Субпопуляции T reg формируют сеть взаимодействий. Trn не являются предшественниками индуцированных Treg, однако облегчают генерацию Tr1 и Tr2 (инфекционная толерантность) CD4+CD25+ Trn, несущие α4β7-интегрин, (мигрируют в зону воспаления) способствуют генерации Tr1 CD4CD25 Trn, несущие α4β1-интегрин, (мигрируют в слизистую оболочку) способствуют генерации Tr2

Взаимоотношения T reg Феномен инфекционной толерантности Инфекционная толерантность – приобретение супрессорных свойств другими Т- клетками Толерантность, которую генерируют к (Ag-Y), приводит к развитию толерантности против независимого Ag-X или Ag-Z, которые могут экспрессироваться на поверхности той же ДК. Механизмы инфекционной толерантности связывают как с контактным, так и цитокин- опосредованным действием T reg

??? Нерешенные вопросы Существует ли внетимическая генерация Trn - При индукции низкодозовой толерантности супрессорные Т-клетки схожи с Trn по фенотипу, функциям и экспрессии Foxp3 - Схожие с Trn клетки могут появляться у тимэктомированных мышей Могут ли CD4+CD25- Т-клетки трансформироваться в Trn - Антигенная стимуляция не индуцирует экспрессии Foxp3 - TGF-β индуцирует экспрессию Foxp3 и супрессорную активность в популяции CD4+CD25- Т-клеток

??? Нерешенные вопросы Экспрессируют ли Tr1 Foxp3 - Foxp3 трансдуцированные Т-клетки осуществляют суперссорный эффект контакт-зависимо - Foxp3 трансдуцированные Т-клетки не продуцируют IL-10 Можно полагать, что экспрессия Foxp3 не характерна для Tr1

Treg и патология Аутоиммунные заболевания Аллергия Противоинфекционный иммунитет Противоопухолевый иммунтиет Трансплантационный иммунитет Беременность

Позитивный эффект 1.Поддержание Т-клеточного гомеостаза 2.Предупреждение АИЗ 3.Индукция толерантности при трансплантации и беременности 4.Предупреждение аллергии Негативный эффект Угнетение противоопухолевого иммунитета 2. Угнетение противоинфекционного иммунитета Двойственный эффект T reg

Роль Treg при АИЗ Элиминация CD4Т-клеток приводит к возникновению АИЗ у экспериментальных животных а перенос T reg к подавлению АИЗ У человека развитию АИЗ часто предшествует стресс, который связан с истощением Т-клеток Функция NKT продемонстрирована в экспериментальных моделях колита, энцефаломиелита и диабета 1 типа Роль Tr1 показана при аутоиммунном энцефломиелите. У человека при АИЗ (миастения гравис и диабет 1 типа) количество и функции Treg (CD4CD25) снижены: при миастении гравис снижено количество и функция CD4CD25 в тимусе (в том числе экспрессия Foxp3) При диабете 1 типа снижается супрессорная функция CD4CD25 in vitro и их количество на периферии При рассеянном склерозе снижено число NKT клеток

Treg и аллергия T reg (Trn и Tr1/2) способны подавлять Th2 ответ на аллергены У атопиков супрессорная активность CD4+CD25+ и количество Tr1 снижено Индукция Treg предотвращает развитие аллергии у экспериментальных животных Специфическая иммунотерапия при аллергии опосредуется индукцией T reg

Treg и аллергия 1.Экспозиция с высокими дозами аллергена приводит Th2→Th1/Th0 переключению и генерации Tr1/Tr2 2.Tr1/2 дополнительно ингибируют Th2 ответ, а соответственно IgE продукцию и активацию эозинофилов 3. IL-10 и TRF-β стимулируют В-клетки к продукции IgG4 и IgA

CD4+ CD25- T cells CD4+ CD25+ T reg T reg и инфекция Количество T reg при инфекции возрастает IL-10 CD4+ CD25+ T reg CD4+ CD25+ T reg Tr1/Tr2 CD4+ CD25+ T reg Экспансия Trn Ag-стимуляция Генерация индуцированных T reg

Роль Treg при инфекции Возрастание Treg наблюдается при различных типах инфекции -вирусной, бактериальной и грибковой Увеличение T reg направлено на ограничение иммунного и воспалительного ответа. Regulatory T cells Regulatory T cells Regulatory T cells CD4+ CD8+ T cells (-) Антигенспецифический иммунный ответ Повреждение собственных тканей Trn после антигенной стимуляции начинают экспрессировать α4β7 интегрин, который обеспечивает выход Trn в зону воспаления

Роль Treg при инфекции У мышей, инфицированных возбудителем коклюша (Bordetella pertusis), T reg из легких подавляют Th1ответ против возбудителя in vitro и in vivo При грибковой инфекции - индуцированные T reg через продукцию IL-4, IL-10 и TGF- подавляют Th1 ответ против C. albicans in vivo. - уменьшение Trn у мышей, инфицированных C. albicans, усиливает противогрибковый ответ, но и увеличивает частоту гастроинтестинальной патологии При хроническом вирусном гепатите С и ВИЧ-инфекции - количество Trn в периферии увеличено - их элиминация ведет к усилению АГ-специфического ответа in vitro - с другой стороны количество Trn обратно коррелирует с активностью воспалительного процесса в печени ( при вирусном гепатите) Увеличение T reg может приводить к развитию иммунодепрессии и реактивации латентной инфекции (туберкулез, герпетическая инфекция) и более тяжелому их течению

Роль Treg при инфекции Таким образом Чрезмерное увеличение T reg при инфекции ведет к иммунной недостаточности, в том числе ослаблению антигенспецифического ответа и персистенции инфекции Недостаточность T reg при инфекции приводит к избыточному проявлению воспалительного компонента и неспецифическому повреждению органов и тканей

CD4+ Опухоль IL-10 IL-10 Th2 IL-10 Treg Treg Treg

Роль Treg при онкологических заболеваниях T reg могут подавлять иммунный ответ против рака В эксперименальных моделях показано, что элиминация Treg способствует отторжению трансплантируемой опухоли У человека при раке легкого и раке яичников происходит увеличение относительного количества CD4+CD25+ лимфоцитов в зоне опухолевого роста. При многих опухолях (рак поджелудочной железы, желудка ) повышен уровень CD4+CD25+ в периферической крови. Причем, CD4+ клетки больных характеризуются сниженной пролиферативной активностью, которая восстанавливалась при истощении CD25+ субпопуляции При колоректальном раке уровень Т-reg коррелирует с ростом опухоли. Причем T reg способны ингибировать CTL через TGF-.

Выживаемость больных при раке яичника в зависимости от количества Treg Kaplan-Meier curve in 70 individuals with stages I-IV

Роль Treg при трансплантации Обоснование Регуляторные Т-клетки играют важную роль в развитии и поддержании толерантности к аллоантигенам трансплантируемых органов и тканей; они способны обеспечить приживление трансплантата и подавление РТПХ Аллоантиген-специфические T reg могут генерироваться in vitro (cтимуляция аллоантигенами im DC) и in vivo и подавлять ответ на аллоантигены Trn за счет явления инфекционной толерантности способствует переводу потенциально агрессивных аллореактивных эффекторных клеток в индуцированные T reg

Роль Treg при трансплантации Подтверждение Адоптивный перенос донорских Trn (CD4+CD25+) снижает летальность мышей-реципиентов от острой РТПХ, индуцированной донорскими CD4+CD25- клетками. Аллоантиген-индуцированные CD4+CD25+ реципиента способны подавлять отторжение пересаженного органа. ДК трансплантата способны индуцировать T reg среди отвечающих Т-клеток донора in vivo Наряду с CD4 T reg подавление трансплантационных реакций может обеспечиваться TCR+CD4-CD8- клетками

Источник аллоантиген-специфических Treg Образование аллоантиген- реактивных Trn в тимусе (позитивная селекция) 2. Генерация Treg на периферии Клональная экспансия Treg, реактивных к аллоантигенам Превращение наивных или активированных эффекторных клеток в Treg (конверсия суперссии или инфекционная толерантность)

Роль Treg при трансплантации 1. ДК реципиента активируют аллореактивные Trn (кроспрезентация). 2. Trn ингибируют контактно или через цитокины CD4 и СD8 Т-клетки, распознающие аллоантигены. 3. Эти же Trn ингибируют функции АПК, несущих (донор) и кросспрезентирующих (реципиент) аллоантигены

Treg при трансплантационной толерантности Для приживления трансплантата можно использовать Treg 2. Генерация Treg in vitro c последующим переносом клеток пациенту 3. Генерация Treg in vivo c помощью неактивных aCD3 а/т, IL-10, витамина D3

Роль Treg при беременности Успешное течение беременности требует формирования толерантности к аллоантигенам отца. Генерация T reg является одним из механизмов развития и поддержания периферической толерантности к аллоантигенам - Аллоантигены отца способны стимулировать экспансию аллореактивных Trn (CD4+CD25+) - генерации индуцированных Treg при беременности способствует экспрессия АПК HLA-G1 антигенов и доминирование Th2 цитокинов

T reg при беременности Th2/3 CD4+CD25- T r1/Tr2 Беременность прогестерона IL-10, TGF-β Отторжение плода Индуцированы аллоантигенами CD4+CD25+ Trn Аллоантигены Trn Trn Trn Экспансия

T cell Effector CD4+ CD25+ Pathways to T cell suppression Antigen Presenting Cell Co-stimulation Adhesion X A B CD4+CD25+ cells modulate co-stimulation? MHC class I/II, B7.1/2, CD40 expression is unaffected. Suppression is still operative with fixed LPS blasts. Not overcome with  numbers of APCs. CD4+CD25+ mediated suppression is contact-dependent. Requirement for APC? Piccirillo et al. J.Immunology 167:1137-1140.