Regulation af immunresponset A-kursus i teoretisk immunologi Odense, 15. april 2015 Søren T. Lillevang Klinisk Immunologisk Afdeling Odense Universitetshospital
Krav til det adaptive immunsystem I steady state: opretholde tolerance overfor autoantigener og kommensale bakterier Under infektion: rejse et effektivt respons mod fremmede anti- (pato-) gener, med minimal skade for værten (kontrolleret) Efter infektion: væv og immunceller retur til steady-state (homeostasis)
Nedregulering af klonstørrelse Klonal proliferation efterfølges af nedregulering, først og fremmest vha. Fas/FasL systemet, men også regulatoriske celler deltager formentlig.
B-lymfocyttolerance
Mekanismer der bidrager til opretholdelse af tolerance Negativ selektion i thymus Klonal deletion af autoreaktive B-lymfocytter i knoglemarv Ekspression af vævsspecifikke proteiner i thymus (AIRE) Mangel på lymfocytadgang til visse væv Suppression vha. regulatoriske T-lymfocytter (FoxP3+) Begrænset antal celler med konstitutiv MHC II ekspression Anergi-induktion i perifere B- og T-lymfocytter Krav om kostimulation for aktivering af naive T-lymfocytter Krav om T-cellehjælp for aktivering af antistofproduktion
Nishizuka/Sakakura (1969): Thymectomi af nyfødte hunmus førte til tab af ovarier Mangel på hormon produceret af thymus? Autoimmun sygdom som kan forhindres ved transfer af normale T-celler
Gershon, (1975): (7) generation of suppressor cells requires or results from complex interactions between subpopulations of cells, making it impossible under present conditions to determine which cell is doing what and to which; (8) further work is required before a full understanding of the importance, mechanism of action and other aspects of suppressor T cell function can be fully understood
Sakagushi (1995): CD4+CD25+ T-celler i periferien har regulatoriske egenskaber Fjernelse af CD25+ T-celler medfører generaliseret autoimmun sygdom
Regulatoriske T-celler Cellulær regulation Tolerance Suppression Immunregulation
Regulatoriske celler CD4+CD25++Foxp3+ (ntreg) IL-10-producerende Tr1 TGF-β-producerende Th3 Qa1 (HLA-E)-restringerede CD8+ T-celler CD8+CD28- T-celler CD8+CD122+ T-celler NKT-celler γ -T-celler Th35-celler (IL-35-producerende, IL-12α/IL- 27β) MDSC (myeloid derived suppressor cells) Suppressor B cells
Baecher-Allan C et al, J Immunol 2001
Intensity of CD25 expression on FoxP3+ Treg (TR) of naïve or memory phenotype (Banham AH et al, Eur J Immunol 2006)
De regulatoriske celler findes i CD4 + CD25 high populationen
Foxp3 Transkriptionsfaktor af Forkhead/winged helix -familien Identificeret i scurfy mouse strain X- bundet recessiv sygdom m. hyperaktivering af CD4+ T-celler og overprod. af inflammatoriske cytokiner Mutationer i Foxp3 årsagen til IPEX (immun-dysregulering, polyendokrinopati, enteropati, X-bundet syndrom
Foxp3 vender IL-2/IL-2R ratio
Treg (FoxP3+) IPEX: immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome
Foxp3 (fortsat) Udtrykkes af CD25 + CD4 + CD8 - thymocytter Udtrykkes af CD4 + CD25 ++ perifere T-celler Retroviral transduktion af CD4 + CD25 - perifere T- celler m. Foxp3 inducerer Treg (funktionelt og fænotypisk) (kontrovers: state or lineage?) Foxp3 -/- mus: hyperaktivering af T-celler Foxp3 + celler ofte GITR + (glukokortikoidinduceret TNF-receptor familie-relateret gen/protein)
Foxp3 (fortsat) Helios (transkriptionsfaktor) muligvis markør for thymusderiverede Treg (Thornton, J.Immunol 2010) Op til 30% af cirkulerende FoxP3+ Treg er Helios-negative (og altså formentlig perifert inducerede)
GITR Udtrykkes konstitutivt på ntreg Udtrykkes på aktiverede T-celler GITRL udtrykkes på B-celler, DC, Mø Anti-GITR hæmmer ntregs funktion Betydning for overlevelse/ekspansion af Treg?
Selektion af regulatoriske T-celler (ntreg)
(Foreslåede) virkningsmekanismer Forhindre priming v. at virke på APC Forhindre migration af effektorceller til målorgan eller lymfeknuder Induktion af anergi i potentielle effektorer Forhindre ekspansion ved at virke direkte på effektor T-celler Forhindre at celler opnår effektorfunktion Dræbe effektorceller eller APC (Grz-pos)
Treg virkningsmekanisme(r)
Transendocytose ( ripping ) af CD80/CD86 fra DC (Qureshi et al, Science 2011) CD4+CD25+CTLA4+ T- celler endocyterer og nedbryder CD86 fra overfladen af dendritiske celler (GFP-mærket)
IL-2 forbrug i Treg ( sulter effektor T- cellerne)
IL-10 supprimerende effekt (e.g. spontan IBD i IL-10Rmut) IL-35 inhiberer T-effektorcelleproliferation (specielt efter langtidsstimulation af Treg) TGF-β: infektiøs tolerance (celle-celle kontakt); TGF -/- udbredt autoimmunitet
Hydrolyse af ekstracellulært ATP og ADP af CD39 og CD73 (degraderer AMP til adenosin) Adenosin binder til adenosinreceptoren A2A og øger camp hæmmer cytokintranskription og sekretion (IL-2 mm) camp kan også overføres direkte til Teff fra Treg gennem gap junctions
Treg hæmmer Ca 2+ -signalering i Teff Transkription af Th1 cytokiner hæmmes i løbet af 2-3 timer uafhængigt af TGF-β, IL-10, IL-2- forbrug, apoptoseinitiering eller tilstedeværelse af APC TCR-induceret Ca 2+ -frigivelse fra intracellulære depoter (og dermed: Ca 2+ -influx) hæmmes fuldstændig Præaktivering af Treg (fx anti-cd3, 30 min) nødvendig
Inducerede Tr1-celler Induceres af antigen-stimulation, i en IL-10 afhængig proces IL-10-producerende DC spiller en rolle Tr1 producerer IL-10 og, i mindre grad, TGF-β Inducerer IgG4-produktion i B-celler, hæmmer IgE-produktion
Sml.: Tolerance efter EBV-induceret lymfom i Tx ptt. (og suppression in vitro) (NB: vil-10)
TH3-celler: TGF-β-producerende TGF-β-præsenterende
NKT-celler (inkt): (Invariant) Natural Killer T-celler CD1-restringerede TCR specificitet: αgalcer NK1.1/CD161/NKR-P1-pos CD4-pos eller CD4/CD8 DN
γ -T-celler: DECT (dendritic epidermal T cells) IEL (intraepithelial lymphocytes)
CD8+ regulatoriske celler Induceres af pdc (IFN-α) NB: IL-10 + IFN-α in vitro pdc i sig selv immunregulatoriske?
IDO (indole-amine 2,3-dioxygenase) Første (hastighedsbegrænsende trin) i tryptophan-metabolisme Katalyserer omdannelsen af L-tryptophan til N- formyl-kynurenine Induceres af bl.a. IFN-γ Produceres af visse DC, omdannede Mø Hæmmer intracellulære mikroorganismer Hæmmer det adaptive immunrespons Formentlig vigtigt for maternel tolerance
TDO (tryptophan 2,3-dioxygenase) Leverspecifikt Inhiberer vækst af mikroorganismer (Toxoplasma, stafylokokker, HSB) Inhiberer T-cellefunktion (anti-cd3- induceret proliferation, IFN-produktion) Inhiberer allo-response in vitro Betydning for leverens særlige tolerogene immunologiske status Schmidt SK et al. Eur J Immunol 2009
Vævsspecifikke (el. kontekst-specifikke ) pathways for Treg-funktion (?) Treg-specifik IRF4-/-: Autoimmun Th2- patologi i mange væv Bcl-6-/-: hjerte- og lungeinflammation Treg-specifik Itch-/-: autoimmun inflammation i lunger, lever, ventrikel, hud (Itch: E3 Ub ligase involveret bl.a. i TGF-βsignalering)
CK2 (casein kinase 2) Treg-specifik CK2-/- udvikler Th2- autoimmun inflammation i lunger CK2-inhibitor (silmitasertib) i fase 1 mod myelomatose
Regulation af immunresponset i lungevæv Stort areal Kraftig exponering for luftbårne antigener Mange af disse immunogene, omend ikke en trussel mod værtsorganismen (allergener) Stort potentiale for kronisk inflammation hipex, mipexmut: kronisk allergisk lungesygdom TGF-β +/- : inflammatorisk response i lunger
Regulation af immunresponset i lungevæv Lloyd CM. Immunity 2009
Regulation af immunresponset i lungevæv Lloyd CM. Immunity 2009
Allergen-specifik immunterapi (hyposensibilisering) inducerer Agspecifikke IL-10-producerende Tr1-celler og øger konc. af IL-10 og TGF-β i perifert blod og allergiske væv i patienter (Jutel M et al, Allergy, 2011)
Regulation af tarmens immunrespons
Treg hæmmer germinalcentre
Terapeutiske muligheder Cancerbehandling (e.g. anti-ctla4, anti- PD1) Behandling af allergi/autoimmunitet (Foxp3 transgene celler?) Transplantationstolerance (in vitro dyrkning af recipientceller m. donorantigen, IL-10 etc)
Ipilimumab (anti-ctla4) Godkendt til behandling af ptt med metastaserende malignt melanom Humant, monoklonalt antistof (IgG1)
Kliniske forsøg med Tr1
Tim-3 T cell immunoglobulin domain and mucin domain 3 Negativ regulator af T-celler Tim-3Ig hæmmer induktion af perifer tolerance i Th1-celler Ligand: galectin-9
Regulation by exhaustion (Elahi et al, Nature Med 2011) Patienter med HLA-allelerne *B27 og *B57 er bedre til at kontrollere HIV-infektionen end fx ptt med *A03 HIV-specifikke CD8+ T-celler fra *B27 og *B57 opregulerer ikke Tim-3 i nær samme grad som T-celler fra *A03 CD8+ kloner fra *B27 og *B57 individer resistente overfor Treg
MDSC Akkumulerer i inflammerede væv og lymfoide organer i ptt. med autoimmune sygdomme Heterogen gruppe af umodne myeloide celler (humane: CD14+CD16+ el. CD14+CD16-) Hovedsageligt studeret i cancermodeller Prostaglandin E2 og IL-6 af betydning for akkumulation Virker fx gennem arginase-1, NO, TGF-β
Regulation via B-celler B10 (mus): virker gennem IL-10-produktion 1-3% i milt Ingen specifik fænotype, transkriptionsfaktor eller linje-markør (funktionelt defineret ved cytoplasmatisk IL-10-akkumulation efter 5 timers stim. med PMA+ionomycin) Kan kontrollere EAE onset, dæmpe colitis
Repetition Mange celletyper Kvalitativt (antigenspecifikt) såvel som kvantitativt fænomen Fænotypevariation (CD4, CD8, CD25, Foxp3, αβ, γ, CTLA-4, PD-1, TGF-β, NK1.1, IL-10, CD103, etc.) More to come!