Forståelse af udviklingen og funktionen af T follikulære hjælperceller

Naiv T-celleaktivering og funktionel differentiering udløses af det medfødte immunsystem. Som reaktion på patogener opregulerer dendritiske celler (DCer) costimulatoriske molekyler for at hjælpe primære antigenspecifikke T-celler. Derudover udskiller APCer også flere cytokiner, der regulerer T-celle-terminal differentiering i effektor-T-celler. Nylige undersøgelser har etableret kritiske roller for costimulatoriske molekyler og visse cytokiner i Tfh-celledifferentiering (figur 2).

Costimulation

T-celleaktivering reguleres af costimulatoriske molekyler. CD28, som udtrykkes på naive T-celler, er den vigtigste costimulatoriske receptor involveret i T-celleaktivering.28 I fravær af CD28 eller dens ligander CD80 og CD86 blev Th-celledifferentiering i alle linjer fundet signifikant reduceret. CD28-costimulation er også vigtig for Tfh-celleudvikling, så CD28-mangelfulde mus er forbundet med mislykket opregulering af CXCR5 og OX40 på T-celler og forstyrrede dannelse af germinal-center.17 CD28-medierede responser, dannelsen af Tfh-celler og germinal- centerdannelse bliver uafhængig af CD28 og afhængig af ICOS, når E3 ubiquitin ligase Roquin muteres.29

ICOS hører til CD28 familien og udtrykkes på aktiverede T-celler. 30, 31 mens dens ligand, B7h, udtrykkes bredt på APCer i ikke-lymfoide væv.32, 33 ICOS-B7h-interaktionen er nødvendig for optimal T-celleaktivering såvel som for visse effektorfunktioner, såsom IL-4 og IL-17-ekspression. 34, 35, 36, 37, 38 Derudover spiller ICOS en vigtig rolle i reguleringen af T-celleafhængige antistofresponser og germinal-centerreaktioner. Mus, der mangler ICOS eller B7h, udviser nedsat germinal-centerdannelse og skift af isotype.34, 35, 36, 37, 39 For nylig blev denne costimulatoriske vej også fundet vigtig for generering og vedligeholdelse af CXCR5 + Tfh-celler. Mere specifikt viste ICOS-mangelfulde mus nedsat udvikling af CXCR5 + Tfh-celler som reaktion på primær eller sekundær immunisering med fåres røde blodlegemer.6 I mellemtiden resulterede ablation af B7h på APCer i nedsat ekspression af IL-21 af T-celler.24 Det har også vist, at ICOS udtrykkes stærkt af humane tonsillære CXCR5 + T-celler inden for lyszonen i germinale centre og effektivt understøtter immunoglobulinproduktion. 40, 41 Derudover resulterede ICOS-mangel hos mennesker og mus i væsentligt reduceret antal Tfh-celler og dybe defekter i B-celle modning og immunglobulin isotype skift, hvilket indikerer en væsentlig rolle for ICOS i differentieringen af Tfh celler.11, 19 Interessant nok provokerede en mutation i RING-typen E3 ubiquitin ligase Roquin hos mus spontan germinal-center dannelse og forbedret autoantistofproduktion , som er forbundet med stærkt forøget antal Tfh-celler og forbedret IL-21 og ICOS-ekspression.13

Da B7h er con stitutivt udtrykt på B-celler, undersøgte vi, om Tfh-cellegenerering krævede beslægtet B-T-celle-interaktion.24 Analyse af en betinget knockout-mus, der mangler B-celleekspression af B7h, afslørede, at fraværet af ICOS-ligand fra B-celler fører til en meget reduceret Tfh-cellefrekvens. Ud over lavere CXCR5-ekspression fandt vi, at IL-21-ekspression af T-celler var stærkt reduceret hos disse mus. ICOS-B7h-interaktionen kan således regulere Tfh-celler via produktion af IL-21. Vi observerede også, at antigenspecifik IgG-produktion og Peanut-agglutinin (PNA) + germinal-center B-celler blev stærkt reduceret i fravær af B7h-ekspression på B-celler. Vores data indikerer således, at B7h-ekspression på B-celler er nødvendig til dannelse af CXCR5 + Tfh-celler såvel som til IL-21-produktion og passende antistofresponser, hvilket antyder en vigtig in vivo-funktion for B-celler i dannelsen eller vedligeholdelsen af Tfh-celler .

Alle ovenstående observationer antyder, at defekter i Tfh-celleudvikling og germinal-centerdannelse hos ICOS-mangelfulde mus og patienter til dels kan skyldes mangelfuld IL-21-produktion, som normalt fungerer som en autokrin faktor, der udvider Tfh-cellepopulationen. Faktisk blev Tfh-celleantal reduceret i IL-21-mangelfulde mus. En nylig undersøgelse præsenterede bevis for, at ICOS fremmer Tfh-celledannelse gennem opregulering af c-Maf-ekspression, hvilket forstærkede IL-21-ekspression på en dosisafhængig måde.42 ICOS-induceret c-Maf-ekspression kan således understøtte Tfh-celledannelse og -vedligeholdelse via produktion af den autokrine vækstfaktor IL-21.

SAP udtrykkes i T-celler og medierer reaktioner på medlemmer af SLAM-familien ved at binde til et konserveret domæne på disse receptorer. SLAM-familien af receptorer består af syv medlemmer: CD150 / SLAM, CD48 / SLAMF2, CD229 / Ly9 / SLAMF3, CD224 / 2B4 / SLAMF4, CD84 / SLAMF5, NTB-A / Ly108 / SLAMF6 og CD319 / CRACC / SLAMF7.Mutation af SAP hos mennesker såvel som undersøgelser, der involverede SAP-mangelfulde mus, foreslog en kritisk rolle for SAP i B-cellehjælp og klasseskift i Th-celler.43 Bemærk, at SAP-mangelfulde T-celler udviste forsinket og nedsat ICOS-ekspression, men forhøjet og forlænget CD40L-ekspression.44 SAP-mangelfuld CD4 + T-celler undlader også stabilt at interagere med beslægtede B-celler, hvorfor de ikke inducerer B-celle-klonudvidelse.45 Imidlertid udtrykker disse mangelfulde T-celler stadig normale niveauer af CXCR5. SAP spiller således en nøglerolle i Tfh-cellemedieret dannelse af germinale centre efter stød på en beslægtet B-celle snarere end at regulere Tfh-cellernes “migration.

CD84 / SLAMF5 og Ly108 / SLAMF6 udtrykkes stærkt i humant og mus Tfh-celler.46, 47 Ved anvendelse af CD84-mangelfulde mus viste Cannons et al., at CD84 er påkrævet til germinal-centerdannelse og Tfh-celledifferentiering in vivo på en T-celle-iboende måde.47 Derfor CD84-SAP-aksen er sandsynligvis den kanoniske vej i CD4 + T-celler, der medierer Tfh-celleudvikling og -funktion.

Cytokiner

Cytokiner er hovedregulatorer for Th-celledifferentiering. 1, 3 Th1-differentiering fremmes af IL -12 gennem aktivering af STAT4. IFN-γ-STAT1-banen opretholder igen Th1-celleudvikling, hvilket fører til induktion af transkriptionsfaktoren T-bet. I mellemtiden udskilles IL-4 af aktiverede T-celler og driver Th2-polarisering i en STAT6-afhængig måde, hvilket resulterer i aktivering af transkriptionsfaktoren GATA3 dditionelt inducerer IL-6 / IL-21 i kombination med TGF-β Th17-celledifferentiering via STAT3-afhængig opregulering af RORy. Denne cytokin-medierede Tfh-celledifferentiering varierer imidlertid mellem mus og mennesker.

IL-21

IL-21 spiller en kritisk rolle i reguleringen af immunglobulinproduktion og germinal-centerdannelse. 12, 48 Denne cytokinreceptor hører til den fælles y-kædefamilie, som også inkluderer receptorer for IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 og IL-15. IL-21 signaler via STAT3 eller STAT5a for at regulere funktionerne i en række celletyper, såsom T-celler, B-celler, naturlige dræberceller og DCer, og udtrykkes hovedsageligt af CD4 + T-celler og naturlige dræber-T-celler.49 Tidligere blev det også rapporteret, at IL- 21 udtrykkes ved højere niveauer af Th2 end af Th1-celler.50 I sidstnævnte tilfælde nedsætter tilføjelsen af IL-21 under differentiering IFN-y-produktion ved at undertrykke Eomes-ekspression.51 Det er også blevet observeret, at IL-21 induceres af IL-6 ved hjælp af STAT3 og i kombination med TGF-β er nødvendig og tilstrækkelig til dannelsen af Th17-celler via STAT3-afhængig opregulering af RO Rγ.52, 53, 54 Både IL-21- og IL-21R-mangelfuld mus er defekte i Th17-celleudvikling, hvilket antyder, at IL-21 virker på en autokrin måde, ligesom IFN-y gør for Th1-celler og IL-4 gør for Th2-celler.

Desuden er germinal-centerudvikling svækket i IL-21- og IL-21R-mangelfulde mus.12 I denne sammenhæng som højere producenter af IL-21 end Th1, Th2 og Th17-undergrupper, Tfh-celler har en gavnlig indvirkning på antistofklasseswitch og germinal-centerdannelse. To grupper har for nylig fremhævet rollen som IL-21 i dannelsen af Tfh-celler og germinal-center B-celler. 24, 55 Immunisering af IL-21-mangelfulde mus med et T-celleafhængigt antigen resulterede i en dramatisk reduktion i CD4 + CXCR5 + T-celler, hvilket antyder, at IL-21 fungerer som en autokrin måde under Tfh-celleudvikling.24 Ud over Tfh-celler blev der observeret signifikant lavere antal germinal-center B-celler og reduceret IgG1-produktion i immuniserede IL-21-mangelfulde mus . Vogelzang et al. viste, at disse defekter var T-celle snarere end B-celle iboende.55

Det har vist sig, at IL-21 induceres af IL-6 på en STAT3-afhængig måde.24 Imidlertid, i modsætning til Th17 celler, var Tfh-cellegenerering uafhængig af TGF-β eller de Th17-specifikke forældreløse nukleare receptorer RORa og RORy.24 Desuden har vi vist, at IL-21-producerende Th-celler kan genereres in vitro i nærvær af IL-21, men ikke TGF-β, og at disse celler erhverver Tfh-genekspressionsprofilen.24 Overførsel af disse in vitro-genererede, IL-21-producerende Tfh-lignende celler til naive mus letter B-cellefunktion, svarende til Tfh-celler. Samlet set bekræfter disse fund identiteten af Tfh-celler som en separat Th-afstamning og antyder, at IL-21 er vigtig for dannelsen af Tfh-celler og germinal-centerreaktioner hos mus.

IL-12

På trods af fremskridt med karakterisering af de mekanismer, der ligger til grund for murin Tfh-celleudvikling, forblev udviklingsreguleringen af humane Tfh-celler uklar indtil for nylig. To uafhængige undersøgelser har vist, at IL-12 inducerer in vitro-dannelse af humane Tfh-lignende celler fra naive CD4 + T-celler.46, 56 Tfh-celler, der differentierer under indflydelse af IL-12, deler nøglefunktioner med Tfh-celler, der findes i de perifere lymfoide væv, herunder IL-21-produktion, vedvarende ICOS- og CXCR5-ekspression, og evnen til at hjælpe B-celledifferentiering til immunglobulin- udskille celler. Interessant nok forårsagede eksponering af tonsillar, ledningsblod eller voksne perifere blodnaive T-celler for IL-12 (Th1-betingelser) en signifikant stigning i IL-21-ekspression, hvorimod IL-21, IL-6 og IL-23 inducerede IL-21-sekretion i mindre grad.46 Schmitt et al. viste, at IL-12 udløser høje niveauer af IL-21-produktion via STAT4-aktivering, mens IL-21 og IL-23 inducerer mindre IL-21-produktion i humane CD4 + T-celler.56 Det blev også observeret, at IL-12-induceret IL- 21-producerende celler inkluderede IFN-γ + og IFN-γ- undergrupper.

Det er uklart, om autokrin IL-21 og STAT3-aktivering spiller nogen rolle i differentieringen af IL-12-induceret, IL-21 -producerende Th-celler hos mennesker. Interessant nok har Ma et al. viste, at IFN-γ + IL-21− og IFN-γ + IL-21 + celler udtrykker høje niveauer af T-bet, mens generering af IFN-γ − IL-21 + celler er stærkt afhængig af Bcl6-ekspression.46 Desuden er humane naive CD4 + T-celler dyrket i nærvær af IL-12 udtrykker høje niveauer af CXCR5, hvilket kan være vigtigt for lokaliseringen af disse celler til B-cellefolliklerne. Ud over CXCR5-ekspression forhøjede IL-12-behandling også niveauer af ICOS-ekspression. Mere vigtigt er, at in vitro IL-12-primede, IL-21-secernerende celler inducerede signifikant mere immunoglobulinsekretion af naive B-celler. Denne effekt var afhængig af IL-21 og ICOS signalering, men ikke af IFN-γ. Således deler humane ICOS + CXCR5 + CD4 + T-celler genereret in vitro i nærvær af IL-12 fænotypiske og funktionelle egenskaber med Tfh-celler. IL-21 og IL-12 kræves derfor til henholdsvis udvikling af mus og humane Tfh-celler.

Type I IFNer

Type I IFNer repræsenterer en familie af cytokiner med antivirale og immunmodulatoriske funktioner.57 Flere undertyper af IFN-α og en enkelt IFN-β-undertype induceres hurtigt som reaktion på infektion og signal gennem en fælles IFN-α-receptor.57 Disse IFNer har vist sig at forstærke det primære antistofrespons mod en opløselig proteinantigen, der øger produktionen af alle underklasser af IgG.58, 59 Derudover fremmede type I IFNer antistofresponser, når vildtype-DCer blev overført til IFN-a-receptormangel-mus, hvilket giver direkte bevis for, at type I-IFN-stimulering af DCer forbedre immunforsvaret in vivo.58, 59

En nylig undersøgelse afslørede, at type I-IFN-signalering i DCer selektivt stimulerer Tfh-celleudvikling som reaktion på antigen bundet til Toll-lignende receptor 3 eller 4 agonister.60 Desuden kræves DC-produktion af IL-6 til in vivo Tfh cellegenerering og antistofaffinitetsmodning. Type I IFNer forbedrer således T-celleafhængige antistofresponser ved at tjene som en naturlig adjuvans til generering af lymfeknude-residente CXCR5 + Tfh-celler. Det er stadig at afgøre, hvilken DC-delmængde der regulerer dannelsen af Tfh-celler.

Patienter med systemisk lupus erythematosus (SLE) har øget IFN-α-niveauer, hvilket korrelerer med sygdommens sværhedsgrad.61 Derudover har undersøgelser i forskellige lupus-tilbøjelige musestammer har afsløret den kritiske rolle af type I IFNer i lupuslignende patologi.62, 63, 64 Et øget antal Tfh-celler er også blevet observeret i musemodeller af SLE, 6, 65, hvor de er nødvendige for lupus -lignende patologi.66 Imidlertid er type I IFN-afhængig generation af Tfh-celler under et autoimmunt respons endnu ikke behandlet og kræver yderligere undersøgelse.

Transkriptionsfaktorer

Differentieringen af naiv CD4 + T-celler i forskellige slægter bestemmes ved cytokinsignalering og efterfølgende aktivering af specifikke transkriptionsfaktorer (figur 1). F.eks. Regulerer IFN-γ / IL-12-signalering via STAT1 / STAT4 T-bet-transkription i Th1-celler, 67 mens IL-4-signalering gennem STAT6 aktiverer GATA3-ekspression i Th2-celler.68 IL-6 og IL-21 virker begge via STAT3, hvilket fører til opregulering af ekspressionen af de to Th17-specifikke forældreløse nukleare receptorer RORy og RORa, som i sidste ende bestemmer Th17-celleterminal differentiering.3 For Tfh-celledifferentiering er det blevet vist, at hverken Th1-specifik (STAT4, T-bet ) eller Th2-selektive (STAT6, GATA3) transkriptionsfaktorer er påkrævet.24 På trods af at både Th17- og Tfh-slægter kræver IL-6 / IL-21 og STAT3, kræver Tfh-celleudvikling ikke Th17-relaterede transkriptionsfaktorer (RORa og RORy). Snarere er Bcl6 master transkriptionel regulator for Tfh-celledifferentiering.

STAT3

IL-21 er rapporteret at være nødvendig for Tfh-celledifferentiering24 og induceres i T-celler af IL- 6 på en STAT3-afhængig måde.52 For at bestemme, om STAT3-signalering er påkrævet til Tfh-celleudvikling, Nurieva et al. analyserede Tfh-cellegenerering i Stat3f / f-mus krydset med CD4-cre-mus.24 Immunisering af disse mus med nøglehullet hæmocyanin i komplet Freunds adjuvans afslørede en stor reduktion i CXCR5 + Tfh-celler i fravær af STAT3. Desuden førte STAT3-mangel i T-celler til defekt B-cellegenerering i germinal-center og reduceret produktion af nøglehul limpet hæmocyaninspecifik IgG og IgM. Således spiller STAT3 en vigtig rolle i Tfh-celledifferentiering.

Bcl6

Transkriptionsfaktoren Bcl6 udtrykkes selektivt af mus og humane Tfh-celler. 69, 70 Det blev tidligere vist at hæmme Th2-respons ved at blokere STAT6-binding til DNA, 71, 72, mens Bcl6-mangelfulde mus udviser inflammatoriske sygdomme med flere organer, forbedret IgE-produktion og defekte germinal-center-reaktioner.71, 73 Imidlertid var uklart, om den germinale centerdefekt i disse mus var forårsaget af mangel på korrekt T- og / eller B-cellefunktion, da germinal-center B-celler også udtrykker Bcl6.74 For nylig viste vores gruppe og andre, at transkriptionsfaktoren Bcl6 er en mester r egulator af Tfh-celledifferentiering.25, 26, 27

Bcl6-ekspression induceres af IL-6 og IL-21, og overekspression af Bcl6 fremmer Tfh-celleudvikling i fravær af eksogene cytokiner.25 Bcl6-overekspression fører også til øget ekspression af endogent Bcl6-mRNA såvel som IL-21R, IL-6R og CXCR5-mRNA, som det er tilfældet i celler behandlet med IL-6 eller IL-21. Interessant nok blev IL-21-ekspression ikke opreguleret af Bcl6-overekspression. Bcl6-ekspression var heller ikke påkrævet til udvikling af Th1-, Th2- eller Th17-celler, og faktisk undertrykte Bcl6-overekspression produktionen af Th1-, Th2- og Th17-cytokiner.25

Bcl6-funktion synes at være afhængig af DNA binding.25, 26 Det binder til promotorerne af de transkriptionelle regulatorer T-bet og RORγt, som bestemmer henholdsvis Th1- og Th17-celle-skæbne, hvilket resulterer i undertrykkelse af IFN-y- og IL-17-produktion.26 Desuden undertrykker Bcl6 ekspression af mikroRNAer, der menes at hæmme Tfh-cellesignaturen, herunder miR-17-92, som undertrykker CXCR5-ekspression. Således regulerer Bcl6 Tfh-celleudvikling via undertrykkelse af Th1-, Th2- og Th17-specifikke transkriptionsfaktorer. Bcl6-mangel i T-celler resulterede i nedsat Tfh-celleudvikling både in vitro og in vivo, og mangel på både B- og T-celler er påkrævet til germinal-centerreaktioner.25, 26, 28

Tilsammen er disse resultater viser, at Bcl6 både er nødvendig og tilstrækkelig til Tfh-celleudvikling og tilvejebringer yderligere dokumentation, der understøtter ideen om, at Tfh-celler er en særskilt afstamning af Th-celler.

c-Maf

c- Maf var den første transkriptionsfaktor, der blev identificeret, fortrinsvis udtrykt i Th2-celler.75 Den binder til den proximale IL-4-promotor75 og fungerer som en Th2-specifik faktor. T-celler med mangel på c-Maf blev nedsat i IL-4-ekspression under effektorfasen, mens ekspressionen af andre Th2-cytokiner enten var moderat reduceret eller upåvirket.76 Tidligere under anvendelse af ICOS- og B7h-mangelfulde mus, Dong et al. beskrevne mekanismer, hvormed ICOS medierer IL-4-produktion ved at regulere c-Maf-ekspression i effektor-Th-celler.36, 77 På denne linje ligner fænotypen af c-Maf-knockout-mus den hos ICOS-mangelfulde mus. Desuden gendanner c-Maf-overekspression IL-4-frigivelse af T-celler aktiveret i fravær af ICOS-B7h-interaktion. Ud over defekt IL-4-produktion er ICOS- og B7h-mangelfuld mus svækket i Tfh-cellegenerering og IL-21-produktion.24 Kuchroo et al. for nylig demonstreret, at Tfh-celler er karakteriseret ved høj c-Maf-ekspression, og at c-Maf forstærkede IL-21-niveauer på en dosisafhængig måde.42 I mellemtiden førte sletning af c-Maf til et reduceret antal IL-21-udtrykkende Tfh celler.42 ICOS regulerer således differentieringen af IL-21-producerende Tfh-celler via opregulering af c-Maf-ekspression.

IFN-regulatorisk faktor 4 (IRF4)

IRF4 blev oprindeligt beskrevet som en Th2-specifik transkriptionsfaktor, 78, 79 delvist, da IRF4-mangelfulde mus viser signifikant reducerede niveauer af serumimmunoglobulin.80 Nylige undersøgelser afslørede imidlertid, at denne transkriptionsfaktor induceres ved IL-1-signalering og er nødvendig til Th17-celledifferentiering .81, 82 IRF4-mangelfulde T-celler på den anden side undlader at inducere Th17-slægten ved IL-21 og TGF-β-stimulering.83 Desuden udviser T-celler, der mangler IRF4-bindende protein, en naturlig antagonist af IRF4, forhøjet IL-21-produktion.84 IRF4 er således kritisk for produktionen af IL-21 såvel som for IL-2 1-medieret Th-celledifferentiering.

I betragtning af disse fund ser det ud til, at IRF4 også kan spille en rolle i Tfh-celledifferentiering. Faktisk genererer IRF4-mangelfulde mus færre CXCR5 + ICOS + Tfh-celler efter immunisering, hvilket indikerer betydningen af IRF4 under in vivo Tfh-celledifferentiering. Det er stadig at afgøre, om IRF4-afhængig Tfh-cellegenerering er T-celle iboende, og om IRF4 regulerer Bcl6 og B-lymfocyt-induceret modningsprotein-1 (Blimp-1) under Tfh-linieudvikling.

Negativ regulering

Tfh-celledifferentiering reguleres af et program, der modvirker udviklingen af andre Th-linier ved at undertrykke afstamningsspecifikke transkriptionsfaktorer (T-bet, GATA3 og RORγ). Det er imidlertid ikke rapporteret, om disse faktorer også regulerer Tfh-celledifferentiering negativt. Blimp-1, som tidligere blev beskrevet som antagoniserende Bcl6 i B-celler, er 86 signifikant reduceret i Tfh-celler sammenlignet med ikke-Tfh CD4 + T-celler.27 Overekspression af Blimp-1 i CD4 + T-celler forhindrer således Bcl6-ekspression og reducerer signifikant differentiering af Tfh-celler uden at påvirke Th2-, Th17- og Treg-celleudvikling. Desuden viste Blimp-1-mangelfuld CD4 + T-celler forbedret differentiering i Tfh-linjen.27