CD1-restricted T Cells at the Crossroad of Innate and Adaptive Immunity
Abstract
Lipid-specifikke T-celler omfatter en gruppe af T-celler, der genkender lipider bundet til MHC klasse I-lignende CD1-molekyler. Der findes fire isoformer af CD1, som udtrykkes på overfladen af antigenpræsenterende celler og derfor er i stand til at præsentere lipidantigener: CD1a, CD1b, CD1c og CD1d. Hver af disse isoformer har forskellige strukturelle egenskaber og cellulære lokaliseringer, hvilket fremmer bindingen til en bred vifte af forskellige typer lipider. Lipidantigener stammer enten fra eget væv eller fra fremmede kilder som f.eks. bakterier, svampe eller planter, og deres genkendelse af CD1-restriktionerede T-celler har vigtige implikationer i forbindelse med infektioner, men også i forbindelse med kræft og autoimmunitet. I denne gennemgang beskriver vi egenskaberne ved CD1-molekyler og CD1-restrikerede lipidspecifikke T-celler og fremhæver de medfødte og adaptive egenskaber ved de forskellige CD1-restrikerede T-celle-subtyper.
1. Indledning
CD1-restrikerede T-celler genkender lipidantigener bundet til MHC klasse I-lignende CD1-molekyler. Den første artikel, der beskrev CD1-restrikerede T-celler, blev offentliggjort i 1989, men arten af det præsenterede antigen blev ikke identificeret . Det blev først 5 år senere fastslået, at lipider er T-celleantigener, der præsenteres af CD1-molekyler, da man opdagede de antigeniske egenskaber ved mycolsyre . I dag ved man, at en række lipider, både af egen og anden oprindelse, binder CD1-molekyler og deltager i lipidspecifik T-celleudvikling og -aktivering.
CD1-restriktionerede T-celler omfatter specialiserede undertyper, der deltager i immunreaktioner med medfødte og adaptive træk. Relevansen af disse celler blev beskrevet i forbindelse med infektion og immunrespons mod tumorer . Derfor er det blevet afgørende at forstå egenskaberne ved CD1-molekyler, mekanismen for CD1-medieret lipidantigenpræsentation og CD1-restricted T-cellers biologi for at udvikle nye strategier til bekæmpelse af infektion og kræft.
2. CD1-molekyler
Den menneskelige CD1-molekyle er kodet af 5 forskellige gener lokaliseret til kromosom 1. Disse gener koder for 5 forskellige CD1 isoformer: CD1a-CD1e. De funktionelle CD1-molekyler er heterodimere, der er sammensat ved associering af CD1 med β2-mikroglobulin. På grundlag af sekvenshomologi kan CD1-isoformerne inddeles i tre grupper. Gruppe I består af CD1a-, CD1b- og CD1c-isoformerne, gruppe II af CD1d og gruppe III af CD1e.
2.1. Ekspression
Gruppe I CD1-molekyler udtrykkes næsten kun på thymocytter og dendritiske celler (DC’er) og findes hos mennesker, men ikke hos mus og rotter. CD1a udtrykkes også på Langerhansceller og CD1c i en delmængde af B-celler . CD1d har et bredt ekspressionsmønster og er til stede i både hæmatopoietiske og ikke-hæmatopoietiske afledte celler. CD1d er stærkt udtrykt i cortikale thymocytter, men nedreguleres i medullære thymocytter. I perifert blod udtrykker B-celler, monocytter, DC’er og aktiverede T-celler CD1d. CD1d udtrykkes også i tarmen, leveren, galdegangsepitelet, pancreas, nyrerne, endometrium, testis, epididymis, konjunktiva, bryst og hud . I den menneskelige tarm udtrykker og præsenterer tarmepitelcellerne antigener ved hjælp af CD1d . For nylig blev det også konstateret, at adipocytter udtrykker CD1d, og der er blevet foreslået en rolle i lipidantigenpræsentation . CD1e udtrykkes på DC’er, men fungerer ikke som et antigenpræsenterende molekyle, da det ikke er til stede ved plasmamembranen. Dette molekyle fungerer som et lipidtransferprotein (LTP) .
2.2. Strukturelle træk
CD1 har mange strukturelle træk til fælles med MHC-klasse I-molekyler. Alle CD1-isoformer er sammensat af en tung kæde, der indeholder tre ekstracellulære domæner (α1, α2 og α3), et transmembrandomæne og en intracellulær hale. De ekstracellulære α1- og α2-domæner er sammensat af to antiparallelle α-helixer på toppen af 6 β-strenge. Disse understøttes af α3-domænet, der interagerer med β2-mikroglobulin (den lette kæde) og skaber en heterodimer . Den markante forskel mellem CD1- og MHC-klasse I-molekyler beror på de antigenbindende lommer. I modsætning til MHC klasse I er CD1-lommerne beklædt med hydrofobiske rester, der interagerer med den hydrofobiske del af lipiderne, mens de polære dele er udsat for TCR-genkendelse . Lommernes størrelse, form og antal varierer mellem CD1-isoformerne, hvilket muliggør modtagelse af lipider med varierende fedtsyrekædelængde (figur 1) .
I lighed med MHC klasse I har CD1-molekyler to dybe lommer: A′ og F′. CD1b har to yderligere lommer, C′ og T′, der gør det muligt at binde lipider med større hydrofobiske kæder . CD1a har den mindste bindingsrille, og i modsætning til, hvad der er observeret i de andre CD1-isoformer, er dens A′-lomme ikke direkte forbundet med de andre lommer, men slutter i stedet brat dybt inde i bindingsrillen og fungerer som en “molekylær lineal”, der forhindrer binding af lange hydrofobiske kæder (figur 1) . F′-lommen er mere eftergivende og tillader binding af lipopeptider . CD1a har også en halvåben konformation, der gør det lettere at indlæse lipider ved neutral pH og uden LTP-virkning . CD1b har det større bindingssted, der består af fire lommer, hvoraf tre er indbyrdes forbundet til at danne en stor A′T′F′ superkanal. Denne egenskab giver CD1b den unikke evne til at binde langkædede mycolyllipider . Lysosomernes sure pH-værdi gør det muligt for CD1b at slappe af, hvilket forbedrer lipidbindingen . I lighed med CD1a har CD1c en F′-lomme, der tillader lipopeptidbinding og normalt associeres med antigener, der kun har én alkylkæde, hvilket tyder på, at A′-lommen kan være besat af spacerlipider, der stabiliserer CD1c-strukturen . CD1d blev krystalliseret i kompleks med flere lipider . I alle glykosfingolipider, der indeholder en ceramidrygge, binder sfingosinkæden F′-lommen, mens fedtsyren besætter A′-lommen, hvorved sukkerhovedet eksponeres for TCR’en. Selv om CD1e-strukturen ikke er i stand til at præsentere lipidantigener, indeholder den også A′- og F′-lommer, selv om de ikke er klart adskilt, hvorved der skabes en større rille . CD1e har også en rille, der er eksponeret for opløsningsmidler. Disse to egenskaber giver tilsammen mulighed for hurtig binding og frigivelse af forskellige typer lipider, hvilket er foreneligt med CD1e’s funktion i LTP .
2.3. Syntese og trafikering
Efter oversættelse indleder CD1-molekylerne deres modningsproces i det endoplasmatiske reticulum (ER). I ER giver glykosylering mulighed for binding af calnexin, calreticulin og thioloxidoreduktase ERp57, der fremmer korrekt foldning og samling med β2-mikroglobulin . Et andet ER-protein med en central rolle i CD1-samlingen er mikrosomalt triglyceridtransferprotein (MTP). Fravær af MTP resulterer i alvorlige defekter i lipidantigenpræsentation af gruppe I- og gruppe II-CD1-isoformerne . Analysen af opløselige CD1-molekyler viste, at de under samlingen er associeret med forskellige lipider i stedet for at have tomme lommer. Det blev således foreslået, at MTP kunne fylde ER-lipider i disse lommer og dermed stabilisere molekylerne . En anden rapport viste imidlertid, at fravær af MTP ikke ændrer biosyntesen, glykosyleringsmodningen eller plasmamembraninternaliseringen af CD1-molekyler, men det er vigtigt for genanvendelsen fra lysosomet til celleoverfladen, hvilket tyder på en anden funktion for MTP ud over CD1-stabilisering gennem lipidladning .
CD1-molekyler fortsætter deres modning i trans-Golgi-netværket (figur 2). Identifikationen af nogle Golgi-syntetiserede lipider, der er bundet til CD1, tyder på, at de indlæses langs sekretionsvejen, efter at de har forladt ER’et . I trans-Golgi-netværket fuldfører CD1-molekylerne også deres glykosyleringsproces, inden de eksponeres på celleoverfladen. Når CD1-molekylerne befinder sig i plasmamembranen, genanvendes de via den endosomale vej, hvor de møder lipidantigener (figur 2). Internalisering af CD1b, CD1c og CD1d formidles ved interaktion mellem den cytoplasmatiske hale og adaptorproteinkomplekset (AP-) 2, som sorterer fragtproteinerne i clathrinbelagte pits . I modsætning hertil interagerer CD1a ikke med AP-2 og internaliseres ved hjælp af clathrin- og dynamin-uafhængige veje . Efter internalisering i sorteringsendosomer har de forskellige CD1-isoformer forskellige skæbner (figur 2). CD1a og CD1c lokaliseres i det endocytiske genanvendelseskompartment, hvilket indikerer, at de følger den langsomme genanvendelsesvej tilbage til plasmamembranen. CD1c kan dog også findes i sene endosomer. CD1b og mus CD1d (mCD1d) interagerer med AP-3, som sorterer disse molekyler til de sene endosomer og lysosomer. Mærkeligt nok interagerer menneskets CD1d ikke med AP-3 og kan findes i sene endosomer . Undersøgelser med mCD1d, der mangler den cytoplasmatiske hale (og derfor ikke internaliseres med henblik på genanvendelse), afslørede tilstedeværelsen af mCD1d-molekyler i lysosomer, hvilket tyder på, at der findes en alternativ vej, der direkte sorterer mCD1d til lysosomer . Dette blev forklaret ved, at mCD1d er forbundet med den invariante kæde (Ii) og MHC-klasse II i ER, hvilket direkte sender mCD1d til MHC-klasse II-kompartmenter eller lysosomer . Senere blev det også påvist, at Ii associerer sig med CD1a, hvilket tyder på, at dette kan gælde for alle CD1-isoformer . Når CD1-molekylerne når frem til de endocytiske kompartmenter, udskifter de ikke-immunogene lipider, der er erhvervet under samlingen, med antigeniske lipider ved hjælp af flere LTP . De mekanismer, der er ansvarlige for målretning af CD1-molekyler fra lysosomet til plasmamembranen, er ikke godt forstået, men det er kendt, at lokalisering af disse molekyler i lipid rafts forbedrer antigenpræsentationen . For nylig blev det vist, at lysosomal pH havde indflydelse på CD1d lokalisering ved plasmamembranen .
2.4. CD1-bindende lipider
Lipidantigener omfatter hovedsagelig fosfolipider og sfingolipider (tabel 1). Det er interessant, at sfingolipider er de eneste lipider, der hidtil har vist sig at blive præsenteret af alle CD1-isoformer. Det blev imidlertid vist, at en række forskellige lipidklasser binder nogle CD1-isoformer og aktiverer CD1-restriktionerede T-celler (tabel 1). Mærkeligt nok kan nogle antigener præsenteres af mere end én CD1-isoform. Det mest slående eksempel er sulfatid, som har den unikke egenskab, at det binder og aktiverer T-celler, der er begrænset til alle CD1-isoformer .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PE: Phosphoethanolamin; PC: Phosphatidylcholin; PG: Phosphatidylglycerol; PI: Phosphatidylinositol; DPG: Diphosphatidylglycerol; Sph: Sphingomyelin; GalCer: Galactosylceramid; GlcCer: Glucosylceramid; GlcSph: Glucosylsphingosin; iGb3: isoglobotriaosylceramid; GSL-1: glykosfingolipid 1; pLPE: lysophosphatidylethanolamin; mLPA: methyl-lysophosphatidinsyre; eLPA: lysophosphatidinsyre; GalDag: galactosyldiacylglycerol; GMM: glukosemonomykolat; PIM: phosphatidylinositol mannose; LAM: lipoarabinomannan; LPG: lipophosphoglycan; MPM: mannosylphosphomycoketid; PM: phosphomycoketid. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Det er ikke alle CD1-bindende lipider, der er immunogene. En anden vigtig gruppe af CD1-bindende lipider er spacerlipider. CD1-isoformer binder typisk lipider med hydrofobiske kæder, der passer til størrelsen af bindingsrillen, hvilket tyder på en 1 : 1-støkiometri. Det blev imidlertid konstateret, at CD1b er associeret med ret små lipider, der ikke fuldt ud besætter bindingslommen. Dette rejste spørgsmålet om, hvorvidt CD1b var i stand til at binde to lipider på samme tid. Krystallografisk analyse af CD1b-strukturen og lipidomisk analyse af CD1b-eluerede lipider identificerede ud over den antigeniske lipid flere spacerlipider, som stabiliserer CD1b-molekylet, og som omarrangeres ved bindingen for at muliggøre antigengengenkendelse . Bevis fra krystallografiske undersøgelser tyder også på tilstedeværelsen af spacerlipider i CD1a, CD1c og CD1d .
I blandt ikke-immunogene CD1-bindende lipider kan vi også finde molekyler med inhiberende egenskaber. Glykosfingolipidet globotriaosylceramid blev vist at binde CD1d og hæmme aktiveringen af en undergruppe af CD1d-restriktionerede T-celler, de invariante Natural Killer T-celler (iNKT) . Hæmningen opnås gennem en direkte konkurrence mellem globotriaosylceramid og iNKT-celleantigener om CD1d-binding. Det er muligt, at denne inhiberende egenskab deles af andre CD1-bindende lipider, der ikke genkendes af en TCR, og dermed udgør en vigtig mekanisme til kontrol af aktiveringen af lipidspecifikke T-celler.
2.5. Lipidbelastning på CD1-molekyler
Lipider er hydrofobiske og har derfor brug for hjælp til transport, optagelse og forarbejdning. Denne rolle spilles af LTP’er. I blodbanen transporteres lipider i lipoproteinpartikler med meget lav tæthed eller høj tæthed eller associeret med nogle monomere proteiner . Cellernes optagelse af lipidantigenerne sker ved interaktion med cellulære receptorer som f.eks. low density lipoproteinreceptorer og scavengerreceptorer. Receptorernes anvendelse synes at være afhængig af celletypen og påvirket af lipidstrukturen . Lipidstrukturen har også indflydelse på den intracellulære trafikering. Mens lipidantigener med korte umættede alkylkæder lokaliseres i det endocytære genanvendelseskompartment, bevæger lipider med lange mættede haler sig til de sene endocytære kompartmenter . Denne forskel i trafikering gør det muligt for de forskellige CD1-isoformer at møde deres foretrukne ligander.
I de endocytiske kompartmenter hjælper specialiserede LTP’er med at binde lipider til CD1. Selv om nogle selvlipider indlæses i CD1 under foldning i ER, skal eksogene lipider indlæses fra membraner eller lipid-protein-komplekser, når de er internaliseret. De lysosomale proteiner, der letter denne proces, omfatter saposiner, GM2-aktivatorprotein, Niemann-Pick C2 (NPC2)-protein og CD1e . Saposiner er en gruppe på 4 proteiner, der opstår som følge af spaltning af en fælles forløber: prosaposin. Det blev påvist, at de er vigtige for fjernelse af endogene og eksogene lipider og for indlæsning i musens og menneskets CD1d, både i steady-state og under infektion . Saposin B forbedrer i høj grad den humane CD1d-medierede lipid-antigenpræsentation, men saposinerne A og C blev også vist at udføre effektiv lipidudveksling i mCD1d-molekyler . Saposin C binder både CD1b og CD1c, hvilket letter lipidbelastningen i disse molekyler . Det er vigtigt, at denne funktion er begrænset til lipidudveksling, hvilket betyder, at saposiner ikke er i stand til at fjerne lipider fra CD1, hvis de ikke kan erstattes af andre. GM2-aktivatorprotein er en cofaktor for β-hexosaminidase A, men det fjerner også mCD1d-bundne lipider, uden at det er nødvendigt at binde andre lipider . En lignende funktion blev fundet for NPC2-proteinet . CD1e blev beskrevet som en isoform, der ikke er i stand til at præsentere lipidantigener, fordi den ikke er til stede i plasmamembranen. Den endosomale lokalisering og lighederne i den bindingslomme, der deles af de forskellige CD1-isoformer, tyder imidlertid på, at CD1e binder lipidantigener. I 2005 blev CD1e’s rolle i lipidantigenbehandling påvist ved identifikation af CD1e som en cofaktor for α-mannosidase, et lysosomalt enzym, der i tilstedeværelse af CD1e nedbryder komplekse ikke-immunogene mykobakterielle lipider til antigeniske former . Det er vigtigt, at CD1e fremmer indlæsning og udlæsning af lipider i CD1d og også påvirker lipidpræsentation af CD1b og CD1c .
Bortset fra LTP fremmes CD1 lipidudveksling i endosomale rum også af den lave pH, der inducerer afslapning af CD1-strukturen, hvilket fremmer en mere dynamisk binding og dissociation af lipider .
3. CD1-begrænsede T-celler
CD1-begrænsede T-celler kan klassificeres som begrænset til gruppe I CD1-molekyler eller til CD1d. CD1d-restriktionerede T-celler betegnes også som Natural Killer T-celler (NKT-celler), fordi de fleste af disse celler deler overflademarkører fra NK- og T-celler. NKT-celler er yderligere opdelt i to undergrupper. Type I NKT-celler, eller iNKT-celler, er karakteriseret ved ekspression af en semi-invariant TCR (Vα24Jα18Vβ11 hos mennesker og Vα14Jα18 parret med et begrænset repertoire af Vβ-kæder hos mus) og ved genkendelse af lipidantigenet α-galactosylceramid (α-GalCer) . Type II NKT-celler genkender en række lipidantigener og udtrykker variable TCR’er, dog med en bias mod nogle Vα- og Vβ-kæder .
Gruppe I CD1-restriktionerede T-celler er polyklonale og undergår sandsynligvis klonale ekspansioner i periferien efter antigenmøde. Dette resulterer i et forsinket effektorsvar, der er i overensstemmelse med et adaptivt lignende immunrespons, svarende til det, der er observeret for MHC-restrikterede T-celler . iNKT-celler adskiller sig fra de fleste T-celler på grund af deres medfødte lignende funktioner. Efter ekspansion og modning i thymus er iNKT-celler i stand til at reagere på medfødte signaler, f.eks. cytokinstimulering, inden for få timer. De reagerer imidlertid også på TCR-engagement ved specifikke antigener og står således midt i mellem det medfødte og det adaptive immunrespons.
3.1. Adaptiv-lignende gruppe I CD1-restrikerede T-celler
Der findes til dato ingen specifik metode til at identificere alle lipidspecifikke gruppe I CD1-restrikerede T-celler. Undersøgelser, der analyserer selvreaktive gruppe I CD1-restricted T-celler, beskriver imidlertid en høj frekvens af disse celler, svarende til det, der er observeret for autoreaktive konventionelle T-celler . Desuden findes autoreaktive CD1-restrikerede T-celler af gruppe I i både navlestrengsblod og perifert blod med samme hyppighed . De udtrykker hovedsagelig markøren CD45RA, men der ses et fald i antallet af CD45RA-positive celler i perifert blod sammenlignet med navlestrengsblod, hvilket stemmer overens med en adaptiv fænotype . I overensstemmelse med disse cellers adaptive fænotype er tilstedeværelsen af Mycobacterium tuberculosis-specifikke CD1b-restrikerede T-celler også afhængig af tidligere kontakt med M. tuberculosis .
Ved aktivering udviser gruppe I CD1-restrikerede T-celler en Th0- eller Th1-fænotype og producerer store mængder IFN-γ og TFN-α . De kan også udvise cytotoksisk aktivitet og inducere lysis af intracellulære mykobakterier .
CD1a-restrikerede T-celler er blandt de hyppigste selvreaktive CD1-restrikerede T-celler i perifert blod . Desuden er de almindelige i huden. CD1a-restricted T-celler i huden aktiveres, når de kommer i kontakt med CD1a, der udtrykkes af Langerhansceller. Ved aktivering producerer de IFN-γ, IL-2 og IL-22, et cytokin, der formodes at spille en rolle i hudens immunitet . CD1a-restrikterede T-celler er unikke på den måde, at deres TCR kan genkende CD1a-molekylet direkte uden kernegenkendelse af et lipidantigen . Selvligander for CD1a kan enten være permissive, såsom lysophosphatidylcholin, der tillader aktivering af autoreaktive T-celler, da det tillader kontakt mellem CD1a og TCR, eller ikke-permissive, såsom sfingomyelin, der forstyrrer TCR-CD1a-kontaktzonen og på denne måde ikke tillader aktivering af CD1a-restrikerede T-celler . Ikke desto mindre blev det vist, at nogle CD1a-restrikterede T-cellekloner kan genkende antigener, der stikker ud af CD1a-lommen, såsom sulfatid , hvilket tyder på, at nogle TCR’er kræver et lipidantigen til genkendelse.
Antallet af CD1b-restrikterede selvreaktive T-celler i blodet er meget lavt . CD1b-restriktive T-celler synes at være særlig vigtige i mykobakteriel immunitet . For nylig er det blevet påvist, at lipider fra Staphylococcus aureus, Brucella melitensis og Salmonella Typhimurium aktiverer CD1b-restrikerede T-celler . Interessant nok udviste disse celler også autoreaktivitet, hvilket tyder på, at bakterier og pattedyrceller deler CD1b-antigener.
Frekvensen af CD1c-autoreaktive T-celler er ikke konsensus i litteraturen , idet en undersøgelse rapporterer en meget lav frekvens og en anden undersøgelse rapporterer en mellemliggende frekvens mellem de højfrekvente CD1a autoreaktive T-celler og de lavfrekvente CD1b og CD1d autoreaktive T-celler . Selv om CD1c er bredt udtrykt i DC’er og B-celler fra perifert blod, blev kun sulfatid og mLPA identificeret som selvantigener, der præsenteres af CD1c (tabel 1) . I lighed med det, der blev observeret for andre CD1-begrænsede T-celler, inducerer mykobakterielle lipider CD1c-afhængige T-celleresponser (tabel 1) .
3.2. Innate-Like CD1-restricted T-celler: iNKT-celler
iNKT-celler kan let identificeres ved farvning med CD1d-tetramere ladet med α-GalCer eller med antistoffer mod den semi-invariante TCR. Disse er således de mest undersøgte lipidspecifikke T-celler. iNKT-cellefrekvensen varierer mellem mus og mennesker. Hos mus er iNKT-celler hyppigere i leveren og fedtvævet og er til stede i en lavere procentdel i thymus, milt, knoglemarv, perifert blod og lymfeknuder. Hos mennesker er iNKT-celler hyppigere i fedtvævet efterfulgt af leveren og forekommer i lavere procentdel i milt, perifert blod, lymfeknuder, knoglemarv og thymus .
Et vigtigt træk ved iNKT-celler er relateret til deres evne til hurtigt at producere store mængder cytokiner ved stimulering, enten ved en TCR-afhængig eller uafhængig måde . Denne medfødte fænotype hos iNKT-celler demonstreres yderligere af ekspressionen af CD45RO hos mennesker og CD44 hos mus og den tidlige aktiveringsmarkør CD69 . Desuden udviser iNKT-celler en høj autoreaktivitet. De mekanismer, der gør det muligt at kontrollere iNKT-cellernes autoreaktivitet, er endnu ikke helt forstået. Det er imidlertid blevet påvist, at nogle selvlipider er i stand til at hæmme iNKT-celleaktivering og derfor kan fungere som begrænsende faktorer for iNKT-celleaktivering .
Udviklingen af iNKT-celler starter i thymus ved interaktioner mellem CD1d, der er ladet med selvantigener, udtrykt i dobbelt-positive (DP) thymocytter, og DP-thymocytter, der udtrykker den semi-invariante TCR . Denne interaktion fører i sidste ende til ekspression af transkriptionsfaktoren PLZF og til modning af iNKT-celler. Hos mus udtrykker iNKT-celler forskellige typer af transkriptionsfaktorer, der driver dem til NKT1-, NKT2- eller NKT17-undergrupper (tabel 2).
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I C57BL/6-mus. hi: høj; lo: lav. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NKT1-celler udtrykker hovedsagelig IFN-γ, høje niveauer af T-bet og lave niveauer af GATA3. De er også karakteriseret ved NK1.1-ekspression, fravær af IL-17RB og afhængighed af IL-15 . Under differentieringen nedregulerer disse celler PLZF .
NKT2-celler producerer hovedsageligt IL-4 og er karakteriseret ved ekspression af transkriptionsfaktoren GATA-3 . De er hovedsageligt lokaliseret i lungen og er hyppigere hos BALB/c-mus. I modsætning til NKT1-celler er NKT2-celler afhængige af IL-17RB-ekspression for at kunne udvikle sig og udtrykker høje niveauer af PLZF . Hos mennesker er de funktionelle egenskaber af CD4+ iNKT-celler i høj grad forbundet med NKT2-fænotypen .
NKT17-undergruppen er karakteriseret ved den præferentielle produktion af IL-17 og IL-22 i stedet for IL-4 og IFN-γ . De blev identificeret inden for NK1.1- CD4-celler og er hovedsageligt til stede i lunge, lymfeknuder og hud . Det er for nylig blevet påvist, at de udtrykker syndecan-1 . På trods af at nogle IL-17-producerende celler er bestemt til denne skæbne i thymus, kan iNKT-celler også erhverve denne evne i periferien under visse betingelser . På transkriptionelt niveau undertrykkes udviklingen af NKT17-celler af ThPOK og drives af RORγt-ekspression . Det blev også påvist, at E-protein er vigtigt for at drive subgruppeforpligtelsen. Øget ekspression af dette protein fører til en reduktion af NKT1-celler med en stigning i NKT2- og NKT17-celler .
Så vidt vides det ikke, om der findes disse undergrupper hos mennesker. I mennesker defineres iNKT-celleundergrupper således stadig på grundlag af ekspression af celleoverflademolekyler (såsom CD4 og CD8) og cytokinproduktion. I modsætning til hvad der er observeret hos mus, kan iNKT-celler hos mennesker kun udtrykke CD4, kun CD8 eller ingen af molekylerne. Det er vigtigt at bemærke, at CD4- og CD8-ekspression definerer funktionelt forskellige undergrupper. CD4- iNKT-celler (som omfatter både CD8+ og dobbeltnegative celler) er karakteriseret ved en Th0-fænotype, mens CD4+ iNKT-celler har en tendens til at producere større mængder Th2-cytokiner . Blandt CD4- iNKT-cellerne har de, der udtrykker CD8, en Th1-forbias, idet de producerer større mængder IFN-γ og næsten ingen IL-4 sammenlignet med dobbeltnegative celler . De udviser også den højeste cytotoksiske aktivitet . En anden undergruppe er karakteriseret ved celler, der producerer IL-17, som opstår som reaktion på proinflammatoriske forhold, og som udtrykker CD161 . Det er derfor nødvendigt at analysere de forskellige delmængder af iNKT-celler i patologi, da deres indvirkning på sygdom kan være forskellig. Der blev faktisk beskrevet ændringer i iNKT-cellernes CD4+/CD4-undergrupper i Fabrys sygdom, en lysosomal lagersygdom, der er karakteriseret ved ophobning af glykosfingolipider, på trods af at der blev observeret en normal procentdel af de samlede iNKT-celler i patienternes perifere blod .
3.3. Type II NKT-celler: En blandet population af Innate-Like og Adaptive-Like T-celler
Type II NKT-celler er de hyppigste CD1d-restrikerede T-celler hos mennesker, men udgør mindretallet hos mus . I modsætning til iNKT-celler udtrykker type II NKT-celler forskellige TCR’er og reagerer på en række forskellige lipidantigener af enten selv- eller ikke-selv-oprindelse (tabel 1). Derfor er det i øjeblikket en udfordring at identificere hele populationen af type II NKT-celler. Oprindeligt beskrev sammenligningen af MHC-deficiente mus (uden konventionelle T-celler) med MHC/CD1d-dobbelt knockouts en population af CD4+ ikke-α-GalCer-reaktive T-celler, der udviste en effektorhukommelsesfænotype og bias mod nogle autoreaktive TCR’er .
Men for nylig blev det ved hjælp af 4get-mus (hvor celler, der udtrykker IL-4, er GFP+) vist, at type II NKT-celler konstitutivt udtrykker IL-4 . Disse mus blev således krydset med Jα18-/-, for at opnå en model, hvor type II NKT-celler identificeres ved GFP-ekspression . En polyklonal population, der deler nogle udviklingsmæssige træk med iNKT-celler, blev karakteriseret. Mangel på SAP og PLZF kompromitterer udviklingen af iNKT-celler, men fører også til fald i type II NKT-celleprocenten . Fænotypisk er disse polyklonale type II NKT-celler meget lig iNKT-celler. De er kendetegnet ved en aktiveret hukommelsestilstand, som bestemmes af CD69- og CD44-ekspression. Med hensyn til coreceptorudtryk kan de kun udtrykke CD4 eller hverken CD4 eller CD8 . De adskiller sig imidlertid fra iNKT-celler, når man ser på cytokinproduktionen. De producerer mindre IL-4 og mindre IFN-γ, men tilsvarende niveauer af IL-13 og GM-CSF . Selv om de er polyklonale, viste type II NKT-celler en bias i retning af brugen af TCR Vβ 8.1/8.2-kæder .
En anden fremgangsmåde til karakterisering af type II NKT-celler beror på brugen af CD1d-tetramere, der er lastet med lipidantigener. Farvning af humane PBMC’er med sulfatid-belastede CD1d-tetramere afslørede, at de fleste sulfatid-reaktive NKT-celler besidder γδ TCR’er, der udtrykker Vδ1-segmentet . En anden rapport, der karakteriserede β-glucosylceramid- og β-glucosylsphingosin-specifikke type II NKT-celler, viste, at disse celler kunne udtrykke CD4 eller CD8 . Endvidere kan disse celler konvertere til en T-follikulær-helper-fænotype ved injektion af antigen og inducere antistofproduktion, dannelse af germinalcentre og differentiering af B-celler i plasmablaster, hvilket indikerer en rolle i forbindelse med hjælp til B-celler, som tidligere beskrevet for iNKT-celler . Det er vigtigt, at de β-glucosylceramid- og β-glucosylsphingosin-specifikke type II NKT-celler, der blev identificeret i denne undersøgelse, hovedsageligt udtrykte CD45RA, hvilket er i overensstemmelse med en naiv fænotype, i stedet for den effektor-hukommelsesfænotype, der tidligere er beskrevet i mus .
Samlet set tyder disse undersøgelser på, at type II NKT-celler repræsenterer en heterogen gruppe af CD1d-restriktionerede T-celler, med celler, der udviser et medfødt-lignende respons svarende til iNKT-celler, men også med andre celler, der udviser adaptive-lignende immunfunktioner. Det relative bidrag fra de medfødte-lignende og adaptive-lignende celler til den samlede gruppe af type II NKT-celler er stadig uklart.
4. Afsluttende bemærkninger
Lipidspecifikke CD1-restrikerede T-celler udgør en vigtig del af immunforsvaret. De eksisterende undersøgelser hidtil har imidlertid ikke været i stand til fuldstændigt at karakterisere og utvetydigt at inkludere CD1-restrikerede T-celler i de medfødte eller adaptive immunresponser. I stedet står de på kryds og tværs af disse responser og kan spille en vigtig rolle som brobygger mellem den adaptive og den medfødte del af immunsystemet. En fuldstændig karakterisering af lipidspecifikke CD1-restrikerede T-celler er vanskeliggjort af manglen på specifikke markører til at identificere de forskellige CD1-restrikerede T-cellepopulationer. Derfor stammer de fleste af de foreliggende oplysninger om disse celler fra undersøgelsen af individuelle T-cellekloner. Selv om disse oplysninger er værdifulde, er de måske ikke repræsentative for dynamikken in vivo. I de seneste par år er der gjort store fremskridt på dette område, hovedsagelig takket være udviklingen af CD1-tetramere, der er ladet med lipidantigener. Ved hjælp af CD1-tetramere er det muligt at analysere lipidspecifikke CD1-restrikerede T-celler ex vivo og at karakterisere dem fænotypisk og funktionelt. Lipidantigener blev vist at være til stede i kræftceller og infektiøse agenser, og derfor er den fuldstændige viden om disse celler vigtig for at udvikle nye strategier mod kræft og infektionssygdomme.
Konkurrerende interesser
Forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikter i forbindelse med offentliggørelsen af denne artikel.
Anerkendelser
Finansiel støtte blev ydet af projekt Norte-01-0145-FEDER-000012, støttet af det regionale operationelle program Norte Portugal (NORTE 2020), under partnerskabsaftalen PORTUGAL 2020, gennem Den Europæiske Fond for Regionaludvikling (EFRU). Catia S. Pereira blev støttet af Fundação para a Ciência e a Tecnologia (SFRH/BD/79211/2011).
Leave a Reply