CD1-Restricted T Cells at the Crossroad of Innate and Adaptive Immunity

Abstract

Lipid-specifieke T cellen bestaan uit een groep T cellen die lipiden herkennen die gebonden zijn aan de MHC klasse I-achtige CD1 moleculen. Er zijn vier isovormen van CD1 die tot expressie komen op het oppervlak van antigeenpresenterende cellen en daardoor in staat zijn lipide-antigenen te presenteren: CD1a, CD1b, CD1c, en CD1d. Elk van deze isovormen heeft verschillende structurele kenmerken en cellulaire lokalisaties, waardoor binding aan een breed scala van verschillende soorten lipiden wordt bevorderd. Lipide antigenen zijn afkomstig van eigen weefsel of vreemde bronnen, zoals bacteriën, schimmels of planten en hun herkenning door CD1-gelimiteerde T-cellen heeft belangrijke implicaties in infectie, maar ook in kanker en auto-immuniteit. In dit overzicht beschrijven we de karakteristieken van CD1 moleculen en CD1-restricted lipide-specifieke T cellen, waarbij we de nadruk leggen op de aangeboren en adaptieve kenmerken van verschillende CD1-restricted T cel subtypes.

1. Inleiding

CD1-restricted T-cellen herkennen lipide antigenen gebonden aan MHC klasse I-achtige CD1 moleculen. Het eerste artikel dat CD1-erkende T cellen beschreef werd gepubliceerd in 1989, maar de aard van het gepresenteerde antigen werd niet geïdentificeerd. De opkomst van lipiden als T cel antigenen gepresenteerd door CD1 moleculen werd pas 5 jaar later vastgesteld door de ontdekking van de antigene eigenschappen van mycolzuur . Tegenwoordig is van een verscheidenheid van lipiden, van zowel eigen als niet-zelf-origine, bekend dat ze CD1-moleculen binden en deelnemen aan lipidespecifieke T-celontwikkeling en -activering.

CD1-restricted T-cellen omvatten gespecialiseerde subtypes die deelnemen aan immuunreacties met aangeboren en adaptieve kenmerken. De relevantie van deze cellen werd beschreven in de context van infectie en immuunrespons tegen tumoren. Daarom is het van cruciaal belang geworden om de eigenschappen van CD1 moleculen, het mechanisme van CD1-gemedieerde lipide antigeen presentatie, en de biologie van CD1-restricted T cellen te begrijpen, om nieuwe strategieën te ontwikkelen om infectie en kanker te bestrijden.

2. CD1 Moleculen

Humane CD1 moleculen worden gecodeerd door 5 verschillende genen gelokaliseerd op chromosoom 1. Deze genen coderen voor 5 verschillende CD1 moleculen. Deze genen coderen voor 5 verschillende CD1-isovormen: CD1a-CD1e. De functionele CD1-moleculen zijn heterodimeren die zijn samengesteld door associatie van CD1 met β2-microglobuline. Op basis van sequentiehomologie kunnen de CD1-isovormen in drie groepen worden ingedeeld. Groep I wordt gevormd door CD1a, CD1b, en CD1c isovormen, groep II door CD1d, en groep III door CD1e.

2.1. Expressie

Groep I CD1-moleculen komen vrijwel alleen tot expressie op thymocyten en dendritische cellen (DC’s) en zijn aanwezig in mensen, maar niet in muizen of ratten. CD1a komt ook tot expressie op Langerhanscellen en CD1c in een subset van B-cellen. CD1d heeft een breed expressiepatroon en is aanwezig in zowel hematopoietische als niet-hematopoietische afgeleide cellen. CD1d komt sterk tot expressie in corticale thymocyten, maar wordt gedownreguleerd in medullaire thymocyten. In perifeer bloed brengen B-cellen, monocyten, DC’s en geactiveerde T-cellen CD1d tot expressie. CD1d komt ook tot expressie in de darm, lever, galwegepitheel, pancreas, nier, endometrium, testis, epididymis, conjunctiva, borst en huid. In de menselijke darm brengen darmepitheelcellen antigenen tot expressie en presenteren deze door CD1d . Meer recent werd ontdekt dat ook adipocyten CD1d tot expressie brengen en werd een rol in de presentatie van lipide antigenen gesuggereerd. CD1e komt tot expressie op DC’s maar functioneert niet als een antigeen presenterend molecuul, aangezien het niet aanwezig is op de plasmamembraan. Deze molecule functioneert als een lipid transfer protein (LTP) . Structurele kenmerken

CD1 heeft veel structurele kenmerken gemeen met MHC klasse I moleculen. Alle CD1-isovormen bestaan uit een zware keten die drie extracellulaire domeinen (α1, α2, en α3), een transmembraandomein, en een intracellulaire staart bevat. De α1- en α2-extracellulaire domeinen bestaan uit twee antiparallelle α-helices op de top van 6 β-strengen. Deze worden ondersteund door het α3-domein dat interageert met β2-microglobuline (de lichte keten) waardoor een heterodimeer ontstaat. Het opvallende verschil tussen CD1- en MHC klasse I-moleculen is gelegen in de antigeenbindingsplaatsen. In tegenstelling tot MHC klasse I, zijn de CD1 pockets bekleed met hydrofobe residuen die interageren met het hydrofobe deel van de lipiden terwijl de polaire moleculen vrij blijven voor TCR herkenning. De grootte, de vorm en het aantal van de pockets variëren tussen CD1-isovormen, waardoor lipiden met variabele vetzuurketenlengte kunnen worden geaccommodeerd (figuur 1)

Figuur 1

Schematische weergave van de bindingspockets van de verschillende CD1-moleculen (dwarsdoorsnede). Het gestippelde lichtgekleurde gebied in CD1a vertegenwoordigt het eindpunt van de A′-zak. β2M: β2-microglobuline.

Gelijkaardig aan MHC klasse I bezitten CD1-moleculen twee diepe pockets: A′ en F′. CD1b heeft twee extra pockets, C′ en T′, die de binding van lipiden met grotere hydrofobe ketens mogelijk maken. CD1a heeft de kleinste bindingsgroef en, in tegenstelling tot wat wordt waargenomen in de andere CD1-isovormen, is zijn A′-zak niet rechtstreeks verbonden met de andere zakken, maar eindigt hij abrupt diep in de bindingsgroef, waardoor hij functioneert als een “moleculaire liniaal” die de binding van lange hydrofobe ketens verhindert (figuur 1). De F′-zak is toegeeflijker en staat binding van lipopeptiden toe. CD1a heeft ook een halfopen conformatie die het laden van lipiden vergemakkelijkt bij neutrale pH en zonder de werking van LTP . CD1b heeft een grotere bindingsplaats, bestaande uit vier pockets, waarvan er drie onderling verbonden zijn om een groot A′T′F′ superkanaal te vormen. Dit kenmerk verleent CD1b het unieke vermogen om lange-keten mycolyl lipiden te binden. De zure pH van de lysosomen maakt relaxatie van CD1b mogelijk, waardoor de lipidenbinding verbetert. Net als CD1a heeft CD1c een F′-zak die permissief is voor lipopeptide binding en gewoonlijk associeert met antigenen die slechts één alkylketen hebben, wat suggereert dat de A′-zak bezet zou kunnen zijn door spacer lipiden die de CD1c-structuur stabiliseren. CD1d werd gekristalliseerd in complex met verschillende lipiden. In alle glycosfingolipiden die een ceramide ruggengraat bevatten, bindt de sfingosineketen de F′-zak terwijl het vetzuur de A′-zak bezet, waardoor de suikerkop blootgesteld wordt aan het TCR. Ondanks zijn onvermogen om lipide-antigenen te presenteren, bevat de structuur van CD1e ook A′- en F′-pockets, hoewel ze niet duidelijk gescheiden zijn, waardoor een grotere groef ontstaat. Ook heeft CD1e een aan oplosmiddelen blootgestelde groef. Deze twee karakteristieken samen maken een snelle binding en vrijlating van verschillende soorten lipiden mogelijk, compatibel met CD1e functie van LTP .

2.3. Synthese en transport

Na translatie beginnen CD1 moleculen hun maturatieproces in het endoplasmatisch reticulum (ER). In het ER zorgt de glycosylering voor de binding van calnexine, calreticuline en het thioloxidoreductase ERp57, die de correcte vouwing en assemblage met β2-microglobuline bevorderen. Een ander ER-eiwit met een cruciale rol in CD1-assemblage is microsomaal triglyceride transfer proteïne (MTP). Afwezigheid van MTP resulteert in ernstige defecten in lipide antigeen presentatie door groep I en groep II CD1 isovormen. Uit de analyse van oplosbare CD1-moleculen bleek dat zij tijdens de assemblage geassocieerd zijn met verschillende lipiden in plaats van lege pockets te hebben. Daarom werd gesuggereerd dat MTP ER-lipiden in deze pockets zou kunnen laden, waardoor de moleculen gestabiliseerd worden. Echter, een ander rapport toonde aan dat MTP afwezigheid niet de biosynthese, glycosylatie rijping, of plasma membraan internalisatie van CD1 moleculen verandert, maar het is belangrijk voor de recycling van het lysosoom naar het celoppervlak, wat een andere functie voor MTP suggereert dan CD1 stabilisatie door lipide lading.

CD1 moleculen zetten hun rijping voort in het trans-Golgi netwerk (figuur 2). De identificatie van sommige Golgi-gesynthetiseerde lipiden gebonden aan CD1 suggereert dat ze worden geladen langs de secretorische route, na het verlaten van de ER . In het trans-golgi-netwerk voltooien CD1-moleculen ook hun glycosyleringsproces voordat ze aan het celoppervlak worden blootgesteld. In het plasmamembraan worden CD1-moleculen gerecycleerd via de endosomale route, waar ze in contact komen met lipide-antigenen (Figuur 2). Internalisatie van CD1b, CD1c en CD1d vindt plaats door interactie van de cytoplasmatische staart met het adaptor-eiwitcomplex (AP) 2, dat ladingseiwitten sorteert in met clathrin gecoate putjes. CD1a daarentegen heeft geen interactie met AP-2 en wordt geïnternaliseerd via clathrine- en dynamin-onafhankelijke routes. Na internalisatie in sorterende endosomen, hebben de verschillende CD1-isovormen verschillende lotgevallen (Figuur 2). CD1a en CD1c lokaliseren in het endocytische recycling compartiment, wat aangeeft dat ze de langzame recycling route terug naar het plasma membraan volgen. CD1c kan echter ook worden aangetroffen in late endosomen. CD1b en muis CD1d (mCD1d) interageren met AP-3, dat deze moleculen naar de late endosomen en lysosomen sorteert. Vreemd genoeg heeft menselijk CD1d geen interactie met AP-3 en kan het in late endosomen worden aangetroffen. Studies met mCD1d zonder de cytoplasmatische staart (en dus niet geïnternaliseerd voor recycling) toonden de aanwezigheid aan van mCD1d moleculen in lysosomen, wat het bestaan suggereert van een alternatieve route die mCD1d direct naar lysosomen sorteert. Dit werd verklaard door de associatie van mCD1d met de invariante keten (Ii) en MHC klasse II in het ER, waardoor mCD1d direct naar MHC klasse II compartimenten of lysosomen wordt gestuurd. Later werd ook aangetoond dat Ii associeert met CD1a, wat suggereert dat dit van toepassing zou kunnen zijn op alle CD1 isovormen. Na het bereiken van de endocytische compartimenten, wisselen CD1 moleculen de niet-immunogene lipiden, verworven tijdens de assemblage, uit met antigene lipiden, met de hulp van verschillende LTP. De mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de targeting van CD1 moleculen van het lysosoom naar het plasmamembraan zijn niet goed begrepen, maar het is bekend dat lokalisatie van deze moleculen in lipide rafts de antigeen presentatie verbetert . Onlangs werd aangetoond dat de lysosomale pH van invloed is op de CD1d-lokalisatie aan het plasmamembraan .

Figuur 2

De cellulaire trafficking van CD1-moleculen. Na de synthese associëren CD1-moleculen zich met β2-microglobuline in het endoplasmatisch reticulum. Vervolgens gaan ze naar het trans-golgi-netwerk, waar ze worden geglycosyleerd en naar het plasmamembraan worden gebracht (vaste pijlen). Daar worden CD1-moleculen geïnternaliseerd door de endocytische route, waar het grootste deel van de lading plaatsvindt. De verschillende CD1-isovormen lokaliseren in verschillende endocytische compartimenten. De geladen CD1-moleculen gaan vervolgens naar het plasmamembraan, waar ze T-cellen activeren (gestippelde pijlen). EE: vroeg endosoom; LE: laat endosoom; hCD1d: humaan CD1d; mCD1d: muis CD1d.

2.4. CD1-bindende lipiden

Lipide-antigenen omvatten meestal fosfolipiden en sfingolipiden (tabel 1). Interessant is dat sfingolipiden tot nu toe de enige lipiden zijn die door alle CD1-isovormen worden aangetroffen. Nochtans werd aangetoond dat een verscheidenheid van lipideklassen sommige CD1-isovormen bindt en CD1-gereserveerde T-cellen activeert (Tabel 1). Merkwaardig genoeg kunnen sommige antigenen door meer dan één CD1-isovorm worden gepresenteerd. Het meest opvallende voorbeeld is sulfatide dat de unieke eigenschap heeft T-cellen te binden en te activeren die beperkt zijn tot alle CD1-isovormen.

Niet alle CD1-bindende lipiden zijn immunogeen. Een andere belangrijke groep CD1-bindende lipiden zijn spacer lipiden. CD1-isovormen binden doorgaans lipiden met hydrofobe ketens die overeenkomen met de grootte van de bindingsgroef, wat een 1 : 1 stoichiometrie suggereert. CD1b bleek echter geassocieerd te zijn met vrij kleine lipiden die de bindingsgroef niet volledig bezetten. Dit riep de vraag op of CD1b in staat was twee lipiden tegelijk te binden. Kristallografische analyse van de CD1b structuur en lipidomics analyse van CD1b geëlueerde lipiden identificeerden, naast de antigene lipide, verscheidene spacer lipiden die het CD1b molecuul stabiliseren en die zich herschikken bij binding om antigeen herkenning mogelijk te maken. Ook kristallografische studies wijzen op de aanwezigheid van afstandslipiden in CD1a, CD1c en CD1d.

Onder de niet-immunogene CD1-bindende lipiden vinden we ook moleculen met remmende eigenschappen. Van de glycosfingolipide globotriaosylceramide is aangetoond dat deze CD1d bindt en de activering remt van een subset van CD1d-restricted T-cellen, de invariant Natural Killer T (iNKT) cellen. De remming wordt bereikt door een directe competitie tussen globotriaosylceramide en iNKT celantigenen voor CD1d binding. Het is mogelijk dat deze remmende eigenschap gedeeld wordt door andere CD1 bindende lipiden die niet herkend worden door een TCR, en zo een belangrijk mechanisme vormt voor het controleren van de activatie van lipide-specifieke T cellen.

2.5. Lipide Loading on CD1 Molecules

Lipiden zijn hydrofoob en hebben daarom hulp nodig voor transport, opname en verwerking. Deze rol wordt gespeeld door LTPs. In de bloedbaan worden lipiden vervoerd in lipoproteïnedeeltjes met zeer lage of hoge dichtheid of geassocieerd met sommige monomere proteïnen. De opname van de lipide-antigenen door de cellen gebeurt door interactie met cellulaire receptoren, zoals lipoproteïnereceptoren met lage dichtheid en scavenger-receptoren. Het gebruik van de receptoren schijnt afhankelijk te zijn van het celtype en te worden beïnvloed door de lipidestructuur. De lipidestructuur beïnvloedt ook de intracellulaire tracering. Terwijl lipide-antigenen met korte onverzadigde alkylketens in het endocytische recyclingcompartiment worden gelokaliseerd, gaan lipiden met lange verzadigde staarten naar de late endocytische compartimenten. Dit verschil in trafficking maakt de ontmoeting mogelijk van de verschillende CD1 isovormen met hun geprefereerde liganden.

In endocytische compartimenten helpen gespecialiseerde LTPs bij de binding van lipiden aan CD1. Hoewel sommige zelflipiden in CD1 worden geladen tijdens het vouwen in de ER, moeten exogene lipiden worden geladen vanuit membranen of lipide-eiwitcomplexen, zodra ze geïnternaliseerd zijn. De lysosomale eiwitten die dit proces vergemakkelijken zijn onder meer saposinen, GM2-activatoreiwit, Niemann-Pick C2 (NPC2)-eiwit en CD1e . Saposines zijn een groep van 4 eiwitten die ontstaan door splitsing van een gemeenschappelijke precursor: prosaposine. Er werd aangetoond dat ze belangrijk zijn voor endogene en exogene lipideverwijdering en -lading in muis en humaan CD1d, zowel in de steady-state als tijdens infectie . Saposine B verbetert sterk de humane CD1d-gemedieerde lipide antigeen presentatie, maar saposines A en C bleken ook efficiënt lipide uitwisseling uit te voeren in mCD1d moleculen . Saposine C bindt zowel CD1b als CD1c, waardoor het laden van lipiden in deze moleculen wordt vergemakkelijkt. Belangrijk is dat deze functie beperkt is tot lipidenuitwisseling, wat betekent dat saposinen niet in staat zijn lipiden van CD1 te verwijderen als ze niet door een ander kunnen worden vervangen. GM2 activator proteïne is een cofactor voor β-hexosaminidase A maar het verwijdert ook mCD1d gebonden lipiden, zonder dat het andere lipiden hoeft te binden . Een soortgelijke functie werd gevonden voor het NPC2-eiwit . CD1e werd beschreven als een isovorm die niet in staat is lipide-antigenen te presenteren, omdat het niet in het plasmamembraan aanwezig is. Echter, de endosomale lokalisatie en de overeenkomsten in de bindingszak gedeeld door de verschillende CD1 isovormen suggereerden dat CD1e lipide antigenen bindt. In 2005 werd de rol van CD1e in de verwerking van lipide antigenen aangetoond door de identificatie van CD1e als cofactor voor α-mannosidase, een lysosomaal enzym dat in de aanwezigheid van CD1e complexe niet-immunogene mycobacteriële lipiden afbreekt tot antigene vormen. Belangrijk is dat CD1e het laden en lossen van lipiden in CD1d bevordert en ook de lipidepresentatie door CD1b en CD1c beïnvloedt.

Naast LTP wordt CD1 lipidenuitwisseling in endosomale compartimenten ook vergemakkelijkt door de lage pH die ontspanning van de CD1 structuur induceert, waardoor een meer dynamische binding en dissociatie van lipiden wordt bevorderd.

3. CD1-restricted T Cells

CD1-restricted T cells kunnen worden geclassificeerd als beperkt tot groep I CD1 moleculen of tot CD1d. CD1d-restricted T-cellen worden ook wel Natural Killer T (NKT) cellen genoemd, omdat de meeste van deze cellen oppervlaktemarkers van NK- en T-cellen gemeen hebben. NKT-cellen worden verder onderverdeeld in twee subsets. Type I NKT cellen, of iNKT cellen, worden gekenmerkt door de expressie van een semi-invariante TCR (Vα24Jα18Vβ11 bij de mens en Vα14Jα18 gekoppeld aan een beperkt repertoire van Vβ ketens bij de muis) en door de herkenning van het lipide antigeen α-galactosylceramide (α-GalCer) . NKT-cellen van type II herkennen een verscheidenheid van lipide-antigenen en brengen variabele TCR’s tot expressie, zij het met een voorkeur voor sommige Vα- en Vβ-ketens.

Groep I CD1-gereserveerde T-cellen zijn polyklonaal en ondergaan waarschijnlijk klonale expansie in de periferie, na antigeencontact. Dit resulteert in een vertraagde effectorrespons, consistent met een adaptief-achtige immuunrespons, vergelijkbaar met wat wordt waargenomen voor MHC-beperkte T-cellen. iNKT-cellen verschillen van de meeste T-cellen door hun aangeboren-achtige functies. Na expansie en maturatie in de thymus zijn iNKT cellen in staat om binnen enkele uren te reageren op aangeboren signalen, zoals cytokine stimulatie. Zij reageren echter ook op TCR-engagement door specifieke antigenen, waardoor zij in het midden staan van de aangeboren en de adaptieve immuunrespons.

3.1. Adaptive-Like Group I CD1-Restricted T Cells

Tot op heden is er geen specifieke methode om alle lipide-specifieke groep I CD1-restricted T cellen te identificeren. Studies die zelf-reactieve groep I CD1-beperkte T-cellen analyseerden beschreven echter een hoge frequentie van deze cellen, vergelijkbaar met wat wordt waargenomen voor autoreactieve conventionele T-cellen. Bovendien zijn autoreactieve groep I CD1-beperkte T-cellen in vergelijkbare frequenties aanwezig in zowel navelstrengbloed als perifeer bloed. Zij brengen voornamelijk de merker CD45RA tot expressie, maar een afname van CD45RA-positieve cellen wordt waargenomen in perifeer bloed in vergelijking met navelstrengbloed, hetgeen consistent is met een adaptief fenotype. Eveneens in overeenstemming met het adaptieve fenotype van deze cellen is de aanwezigheid van Mycobacterium tuberculosis-specifieke CD1b-restricted T-cellen afhankelijk van eerder contact met M. tuberculosis.

Bij activering vertonen groep I CD1-restricted T-cellen een Th0- of Th1-fenotype, waarbij ze grote hoeveelheden IFN-γ en TFN-α produceren. Ze kunnen ook cytotoxische activiteit vertonen en de lysis van intracellulaire mycobacteriën induceren.

CD1a-geïsoleerde T-cellen behoren tot de meest frequente zelf-reactieve CD1-geïsoleerde T-cellen in perifeer bloed. Bovendien komen ze veel voor in de huid. Huid-CD1a-beperkte T-cellen worden geactiveerd wanneer ze in contact komen met CD1a dat door Langerhanscellen tot expressie wordt gebracht. Na activering produceren zij IFN-γ, IL-2, en IL-22, een cytokine waarvan vermoed wordt dat het een rol speelt in de immuniteit van de huid. CD1a-beperkte T-cellen zijn uniek in de manier waarop hun TCR het CD1a-molecuul direct kan herkennen zonder kernherkenning van een lipide-antigeen . Zelf-liganden voor CD1a kunnen permissief zijn, zoals lysofosfatidylcholine dat activering van autoreactieve T-cellen mogelijk maakt omdat het contact van CD1a met het TCR mogelijk maakt, of niet-permissief, zoals sfingomyeline dat de TCR-CD1a contactzone verstoort en op deze wijze geen activering van CD1a-beperkte T-cellen mogelijk maakt . Niettemin is aangetoond dat sommige CD1a-restricted T cel klonen antigenen herkennen die buiten de CD1a pocket uitsteken, zoals sulfatide , wat aangeeft dat sommige TCR’s een lipide antigeen nodig hebben voor herkenning.

Het aantal CD1b-restricted zelf-reactieve T cellen in bloed is zeer laag . CD1b-restricted T cells seem to be especially important in mycobacterial immunity . Meer recent werd aangetoond dat lipiden van Staphylococcus aureus, Brucella melitensis, en Salmonella Typhimurium CD1b-gereserveerde T-cellen activeren. Interessant is dat deze cellen ook autoreactiviteit vertoonden, wat erop wijst dat bacteriën en zoogdiercellen CD1b-antigenen delen.

De frequentie van CD1c-autoreactieve T-cellen is niet eensluidend in de literatuur , met één studie die een zeer lage frequentie rapporteerde en een tweede studie die een tussenliggende frequentie rapporteerde tussen de hoog frequente CD1a autoreactieve T-cellen en de laag frequente CD1b en CD1d autoreactieve T-cellen . Hoewel CD1c wijd wordt uitgedrukt in DCs en B cellen van perifeer bloed, werden alleen sulfatide en mLPA geïdentificeerd als zelf-antigenen gepresenteerd door CD1c (Tabel 1) . Vergelijkbaar met wat werd waargenomen voor andere CD1-restricted T cellen, induceren mycobacteriële lipiden CD1c-afhankelijke T cel responsen (Tabel 1) .

3.2. Innate-Like CD1-Restricted T Cells: iNKT Cells

iNKT cellen zijn gemakkelijk te identificeren door kleuring met CD1d tetramers geladen met α-GalCer of met antilichamen tegen de semi-invariante TCR. Dit zijn dus de meest bestudeerde lipide-specifieke T cellen. De frequentie van iNKT cellen varieert tussen muizen en mensen. Bij muizen komen iNKT-cellen vaker voor in de lever en het vetweefsel en zijn ze in een lager percentage aanwezig in de thymus, de milt, het beenmerg, het perifere bloed en de lymfeknopen. Bij de mens komen iNKT-cellen vaker voor in het vetweefsel, gevolgd door de lever, en in lagere percentages in milt, perifeer bloed, lymfeklieren, beenmerg en thymus.

Een belangrijk kenmerk van iNKT-cellen houdt verband met hun vermogen om bij stimulatie snel grote hoeveelheden cytokinen te produceren, hetzij op een TCR-afhankelijke hetzij op een onafhankelijke manier. Dit aangeboren fenotype van iNKT cellen wordt verder aangetoond door de expressie van CD45RO bij mensen en CD44 bij muizen en de vroege activeringsmarker CD69 . Bovendien vertonen iNKT cellen een hoge autoreactiviteit. Tot op heden zijn de mechanismen die de controle van de autoreactiviteit van iNKT cellen mogelijk maken niet volledig begrepen. Er is echter aangetoond dat sommige zelflipiden in staat zijn om de activering van iNKT cellen te remmen en daarom kunnen fungeren als begrenzers van de activering van iNKT cellen.

De ontwikkeling van iNKT cellen begint in de thymus door interacties van CD1d geladen met zelf-antigenen, tot expressie gebracht in dubbel-positieve (DP) thymocyten, met DP thymocyten die de semi-invariante TCR tot expressie brengen. Deze interactie leidt uiteindelijk tot de expressie van de transcriptiefactor PLZF en de maturatie van iNKT-cellen. Bij muizen brengen iNKT-cellen verschillende soorten transcriptiefactoren tot expressie die hen tot NKT1-, NKT2-, of NKT17-subsets aanzetten (tabel 2).

NKT1-cellen brengen voornamelijk IFN-γ tot expressie, hoge niveaus van T-bet, en lage niveaus van GATA3. Zij worden ook gekenmerkt door NK1.1-expressie, afwezigheid van IL-17RB, en afhankelijkheid van IL-15 . Tijdens de differentiatie downreguleren deze cellen PLZF.

NKT2 cellen produceren voornamelijk IL-4 en worden gekenmerkt door de expressie van de transcriptiefactor GATA-3 . Zij zijn voornamelijk gelokaliseerd in de longen en komen vaker voor bij BALB/c-muizen. In tegenstelling tot NKT1-cellen zijn NKT2-cellen voor hun ontwikkeling afhankelijk van IL-17RB-expressie en brengen zij hoge niveaus van PLZF tot expressie. Bij de mens zijn de functionele eigenschappen van CD4+ iNKT-cellen sterk geassocieerd met het NKT2-fenotype.

De NKT17-subgroep wordt gekenmerkt door de preferentiële productie van IL-17 en IL-22, in plaats van IL-4 en IFN-γ . Zij werden geïdentificeerd binnen NK1.1- CD4- cellen en zijn voornamelijk aanwezig in de long, lymfeklieren en huid . Onlangs werd aangetoond dat zij syndecan-1 tot expressie brengen. Ondanks het feit dat sommige IL-17 producerende cellen zich tot dit lot hebben verbonden in de thymus, kunnen iNKT cellen dit vermogen ook verwerven in de periferie, onder bepaalde voorwaarden . Op transcriptioneel niveau wordt de ontwikkeling van NKT17 cellen onderdrukt door ThPOK en aangestuurd door RORγt expressie . Er werd ook aangetoond dat het E eiwit belangrijk is voor het aansturen van de subset binding. Verhoogde expressie van dit eiwit leidt tot een afname van NKT1-cellen met een toename van NKT2- en NKT17-cellen.

Tot nu toe is het bestaan van deze subsets bij de mens niet opgehelderd. Bij de mens worden iNKT cel subsets dus nog steeds gedefinieerd op basis van de expressie van celoppervlak moleculen (zoals CD4 en CD8) en cytokine productie. In tegenstelling tot wat wordt waargenomen bij muizen, kunnen iNKT cellen bij de mens alleen CD4, alleen CD8, of geen van de moleculen tot expressie brengen. Belangrijk is dat CD4 en CD8 expressie functioneel verschillende subsets definiëren. CD4- iNKT cellen (die zowel CD8+ als dubbel negatieve cellen omvatten) worden gekarakteriseerd door een Th0 fenotype, terwijl CD4+ iNKT cellen de neiging hebben grotere hoeveelheden Th2 cytokines te produceren. Onder de CD4- iNKT-cellen vertonen die welke CD8 tot expressie brengen een Th1 bias, en produceren grotere hoeveelheden IFN-γ en bijna geen IL-4, in vergelijking met dubbel negatieve cellen. Zij vertonen ook de hoogste cytotoxische activiteit. Een andere subset wordt gekenmerkt door cellen die IL-17 produceren, die ontstaan als reactie op pro-inflammatoire omstandigheden en CD161 tot expressie brengen. Het is daarom noodzakelijk om de verschillende iNKT cel subsets in de pathologie te analyseren, aangezien hun impact in ziekte verschillend kan zijn. Inderdaad werden veranderingen in iNKT cel CD4+/CD4- subsets beschreven bij de ziekte van Fabry, een lysosomale opslagziekte die wordt gekenmerkt door accumulatie van glycosfingolipiden, ondanks het feit dat een normaal percentage van totaal iNKT cellen werd waargenomen in het perifere bloed van patiënten. NKT-cellen type II: A Mixed Population of Innate-Like and Adaptive-Like T Cells

Type II NKT cellen zijn de meest frequente CD1d-restricted T cellen bij de mens maar vormen de minderheid bij muizen . In tegenstelling tot iNKT cellen, drukken type II NKT cellen diverse TCRs uit en reageren op een verscheidenheid van lipide antigenen, van al dan niet zelf-originele oorsprong (Tabel 1). Daarom is het identificeren van de volledige populatie van type II NKT cellen momenteel een uitdaging. Aanvankelijk beschreef de vergelijking van MHC-deficiënte muizen (zonder conventionele T-cellen) met MHC/CD1d dubbele knock-outs een populatie van CD4+ niet-α-GalCer reactieve T-cellen die een effector-geheugen fenotype vertoonden en een bias naar sommige autoreactieve TCR’s.

Meer recent werd met behulp van 4get muizen (waarin cellen die IL-4 tot expressie brengen GFP+ zijn) aangetoond dat type II NKT-cellen constitutief IL-4 tot expressie brengen. Daarom werden deze muizen gekruist met Jα18-/-, om een model te verkrijgen waarin type II NKT cellen worden geïdentificeerd door GFP expressie . Een polyklonale populatie die een aantal ontwikkelingskenmerken deelt met iNKT cellen werd gekarakteriseerd. Deficiëntie van SAP en PLZF compromitteert de ontwikkeling van iNKT cellen maar leidt ook tot dalingen in het type II NKT cel percentage. Fenotypisch zijn deze polyklonale type II NKT cellen zeer vergelijkbaar met iNKT cellen. Zij worden gekenmerkt door een geactiveerde geheugentoestand, zoals bepaald door CD69 en CD44 expressie. Wat de expressie van coreceptoren betreft, kunnen zij alleen CD4 of noch CD4 noch CD8 tot expressie brengen. Wat de cytokineproductie betreft, verschillen zij echter van iNKT-cellen. Zij produceren minder IL-4 en minder IFN-γ, maar vergelijkbare niveaus van IL-13 en GM-CSF . Hoewel polyklonaal, vertoonden NKT-cellen van type II een bias naar het gebruik van TCR Vβ 8.1/8.2 ketens.

Een andere benadering voor de karakterisering van NKT-cellen van type II berust op het gebruik van CD1d tetramers geladen met lipide-antigenen. Kleuring van menselijke PBMC’s met sulfatide-geladen CD1d tetramers toonde aan dat de meeste sulfatide-reactieve NKT-cellen γδ TCR’s bezitten, die het Vδ1-segment tot expressie brengen. Een ander rapport dat β-glucosylceramide en β-glucosylsphingosine-specifieke type II NKT-cellen karakteriseerde, toonde aan dat deze cellen CD4 of CD8 tot expressie kunnen brengen. Bovendien kunnen deze cellen zich na injectie van antigeen omvormen tot een T folliculair-helper fenotype en de productie van antilichamen, de vorming van kiemcentra en de differentiatie van B-cellen in plasmablasten induceren, wat wijst op een rol in de hulp aan B-cellen, zoals eerder beschreven voor iNKT-cellen. Belangrijk is dat de β-glucosylceramide en β-glucosylsphingosine-specifieke type II NKT cellen die in deze studie werden geïdentificeerd voornamelijk CD45RA tot expressie brachten, consistent met een naïef fenotype, in plaats van het effector-geheugenfenotype dat eerder in muizen werd beschreven.

Al met al suggereren deze studies dat NKT cellen van het type II een heterogene groep van CD1d-restricted T cellen vertegenwoordigen, met cellen die een aangeboren-achtige respons vertonen, vergelijkbaar met iNKT cellen, maar ook met andere cellen, die adaptief-achtige immuunfuncties vertonen. De relatieve bijdrage van de aangeboren-achtige en adaptief-achtige cellen voor de totale groep van type II NKT cellen is nog onduidelijk.

4. Slotopmerkingen

Lipide-specifieke CD1-restricted T cellen vormen een belangrijk deel van het immuunsysteem. Echter, de bestaande studies tot nu toe waren niet in staat om CD1-beperkte T cellen volledig te karakteriseren en eenduidig op te nemen in de aangeboren of adaptieve immuunresponsen. Integendeel, zij staan op het kruispunt van deze reacties en kunnen een belangrijke rol spelen in de overbrugging van de adaptieve en de aangeboren tak van het immuunsysteem. Een volledige karakterisering van lipide-specifieke CD1-restricted T cellen wordt belemmerd door het gebrek aan specifieke merkers om de verschillende CD1-restricted T cel populaties te identificeren. Daarom is de meeste beschikbare informatie over deze cellen afkomstig van de studie van individuele T cel klonen. Hoewel dit waardevolle informatie is, is het mogelijk dat deze niet representatief is voor de in vivo dynamiek. De laatste jaren werd grote vooruitgang geboekt op dit gebied, vooral door de ontwikkeling van CD1 tetramers geladen met lipide antigenen. Met behulp van CD1-tetrameren is het mogelijk lipidespecifieke CD1-restricted T-cellen ex vivo te analyseren en ze fenotypisch en functioneel te karakteriseren. Lipide antigenen werden aangetoond aanwezig te zijn in kankercellen en infectieuze agentia, en daarom is de volledige kennis van deze cellen belangrijk om nieuwe strategieën tegen kanker en infectieziekten te ontwikkelen.

Belangenverstrengeling

De auteurs verklaren dat er geen belangenconflict is met betrekking tot de publicatie van dit artikel.

Acknowledgments

Financiële ondersteuning werd gegeven door project Norte-01-0145-FEDER-000012, ondersteund door Norte Portugal Regionaal Operationeel Programma (NORTE 2020), in het kader van de partnerschapsovereenkomst PORTUGAL 2020, via het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO). Catia S. Pereira werd gesteund door Fundação para a Ciência e a Tecnologia (SFRH/BD/79211/2011).