Forståelse for utvikling og funksjon av T follikulære hjelperceller

Naiv T-celleaktivering og funksjonell differensiering utløses av det medfødte immunsystemet. Som svar på patogener oppregulerer dendritiske celler (DCs) kostimulerende molekyler for å hjelpe primære antigenspesifikke T-celler. I tillegg utskiller APC også flere cytokiner som regulerer T-celle terminal differensiering i effektor T-celler. Nyere studier har etablert kritiske roller for costimulatoriske molekyler og visse cytokiner i Tfh-celledifferensiering (Figur 2).

Costimulation

T-celleaktivering reguleres av costimulatoriske molekyler. CD28, som uttrykkes på naive T-celler, er den viktigste costimulatoriske reseptoren involvert i T-celleaktivering.28 I fravær av CD28 eller dens ligander CD80 og CD86, ble Th-celledifferensiering i alle linjer funnet signifikant redusert. CD28-kostimulering er også viktig for Tfh-celleutvikling, så CD28-mangelfulle mus er knyttet til mislykket oppregulering av CXCR5 og OX40 på T-celler og forstyrret dannelse av germinal-center.17 CD28-mediert respons, generering av Tfh-celler og germinal- senterdannelse blir uavhengig av CD28 og avhengig av ICOS når E3 ubiquitin ligase Roquin muteres.29

ICOS tilhører CD28 familien og uttrykkes på aktiverte T-celler. 30, 31 mens liganden, B7h, er bredt uttrykt på APC i ikke-lymfoide vev.32, 33 ICOS-B7h-interaksjonen er nødvendig for optimal T-celleaktivering så vel som for visse effektorfunksjoner, slik som IL-4 og IL-17-ekspresjon. 34, 35, 36, 37, 38 I tillegg spiller ICOS en viktig rolle i reguleringen av T-celleavhengige antistoffresponser og germinalsenterreaksjoner. Mus med mangel på ICOS eller B7h viser nedsatt germinal-senter dannelse og bytte av isotype. 34, 35, 36, 37, 39 Nylig ble denne costimulatory pathway også funnet å være viktig for generering og vedlikehold av CXCR5 + Tfh celler. Mer spesifikt viste ICOS-mangelfulle mus nedsatt utvikling av CXCR5 + Tfh-celler som respons på primær eller sekundær immunisering med sauerøde blodceller.6 I mellomtiden resulterte ablasjon av B7h på APCs i redusert ekspresjon av IL-21 av T-celler.24 Det har Det er også vist at ICOS er høyt uttrykt av humane tonsillære CXCR5 + T-celler i lyssonen til germinale sentre og effektivt støtter immunoglobulinproduksjon. 40, 41 I tillegg resulterte ICOS-mangel hos mennesker og mus i vesentlig redusert antall Tfh-celler og dype mangler i B-celle modning og immunoglobulin isotype bytte, noe som indikerer en viktig rolle for ICOS i differensieringen av Tfh celler.11, 19 Interessant, en mutasjon i RING-type E3 ubiquitin ligase Roquin hos mus provoserte spontan kim-sentrum dannelse og forbedret autoantistoffproduksjon , som er assosiert med sterkt økt antall Tfh-celler og forbedret IL-21 og ICOS-ekspresjon.13

Siden B7h er con stitutivt uttrykt på B-celler, undersøkte vi om Tfh-cellegenerering krevde tilhørende B-T-celleinteraksjon.24 Analyse av en betinget knockout-mus som mangler B-celleekspresjon av B7h, avslørte at fraværet av ICOS-ligand fra B-celler fører til en redusert Tfh-cellefrekvens. I tillegg til lavere CXCR5-ekspresjon, fant vi at IL-21-ekspresjon av T-celler var sterkt redusert i disse musene. ICOS-B7h-interaksjonen kan således regulere Tfh-celler via produksjon av IL-21. Vi observerte også at antigenspesifikk IgG-produksjon og Peanut-agglutinin (PNA) + germinalsenter B-celler ble kraftig redusert i fravær av B7h-ekspresjon på B-celler. Våre data indikerer således at B7h-ekspresjon på B-celler er nødvendig for generering av CXCR5 + Tfh-celler, så vel som for IL-21-produksjon og passende antistoffresponser, noe som tyder på en viktig in vivo-funksjon for B-celler i generering eller vedlikehold av Tfh-celler .

Alle de ovennevnte observasjonene antyder at defekter i Tfh-celleutvikling og germinalsenterdannelse hos ICOS-mangelfulle mus og pasienter delvis kan skyldes mangelfull IL-21-produksjon, som vanligvis fungerer som en autokrin faktor som utvider Tfh-cellepopulasjonen. Faktisk ble Tfh-celletall redusert i IL-21-mangelfulle mus. En nylig studie presenterte bevis for at ICOS fremmer Tfh-celledannelse gjennom oppregulering av c-Maf-ekspresjon, noe som forbedret IL-21-ekspresjon på en doseavhengig måte.42 Dermed kan ICOS-indusert c-Maf-ekspresjon støtte Tfh-celledannelse og vedlikehold via produksjon av den autokrine vekstfaktoren IL-21.

SAP uttrykkes i T-celler og formidler respons til medlemmer av SLAM-familien ved å binde til et konservert domene på disse reseptorene. SLAM-reseptorfamilien består av syv medlemmer: CD150 / SLAM, CD48 / SLAMF2, CD229 / Ly9 / SLAMF3, CD224 / 2B4 / SLAMF4, CD84 / SLAMF5, NTB-A / Ly108 / SLAMF6 og CD319 / CRACC / SLAMF7.Mutasjon av SAP hos mennesker, så vel som studier som involverer SAP-mangelfulle mus, foreslo en viktig rolle for SAP i B-cellehjelp og klassebytte i Th-celler.43 Merk: SAP-mangelfulle T-celler utviste forsinket og redusert ICOS-ekspresjon, men forhøyet og langvarig CD40L-uttrykk.44 SAP-mangelfull CD4 + T-celler klarer heller ikke å interagere stabilt med tilhørende B-celler, og klarer derfor ikke å indusere B-celle klonal ekspansjon.45 Imidlertid uttrykker disse mangelfulle T-cellene fortsatt normale nivåer av CXCR5. SAP spiller således en nøkkelrolle i Tfh-celleformidlet dannelse av kimsentre etter å ha møtt en besluttet B-celle, i stedet for å regulere Tfh-cellene «migrasjon.

CD84 / SLAMF5 og Ly108 / SLAMF6 er høyt uttrykt i humant og mus Tfh-celler.46, 47 Ved bruk av CD84-mangelfulle mus, viste Cannons et al. at CD84 er nødvendig for germinalsenterdannelse og Tfh-celledifferensiering in vivo på en T-celle-iboende måte.47 Derfor CD84-SAP-aksen er sannsynligvis den kanoniske banen i CD4 + T-celler som formidler Tfh-celleutvikling og -funksjon.

Cytokiner

Cytokiner er hovedregulatorer for Th-celledifferensiering. -12 gjennom aktivering av STAT4. IFN-γ-STAT1-veien opprettholder i sin tur utvikling av Th1-celler, noe som fører til induksjon av transkripsjonsfaktoren T-bet. I mellomtiden utskilles IL-4 av aktiverte T-celler og driver Th2-polarisering i en STAT6-avhengig måte som resulterer i aktivering av transkripsjonsfaktoren GATA3 dessuten induserer IL-6 / IL-21, i kombinasjon med TGF-β, Th17-celledifferensiering via STAT3-avhengig oppregulering av RORy. Denne cytokinmedierte Tfh-celledifferensieringen varierer imidlertid mellom mus og mennesker.

IL-21

IL-21 spiller en kritisk rolle i reguleringen av immunglobulinproduksjon og germinalsenterdannelse. 12, 48 Denne cytokinreseptoren tilhører den vanlige y-kjedefamilien, som også inkluderer reseptorene for IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 og IL-15. IL-21 signaler via STAT3 eller STAT5a for å regulere funksjonene til en rekke celletyper, for eksempel T-celler, B-celler, naturlige drapsceller og DC, og uttrykkes hovedsakelig av CD4 + T-celler og naturlige drapsmann-T-celler.49 Tidligere ble det også rapportert at IL- 21 uttrykkes ved høyere nivåer av Th2 enn av Th1-celler.50 I sistnevnte tilfelle reduserer tilsetning av IL-21 under differensiering IFN-y-produksjon ved å undertrykke Eomes-ekspresjon.51 Det er også blitt observert at IL-21 er indusert av IL-6 ved hjelp av STAT3, og i kombinasjon med TGF-β, er nødvendig og tilstrekkelig for generering av Th17-celler via STAT3-avhengig oppregulering av RO Rγ.52, 53, 54 Både IL-21- og IL-21R-mangelfulle mus er defekte i Th17-celleutvikling, noe som tyder på at IL-21 virker på en autokrin måte, akkurat som IFN-y gjør for Th1-celler og IL-4 gjør for Th2-celler.

I tillegg er germinal-senterutviklingen svekket hos IL-21- og IL-21R-mangelfulle mus.12 I denne sammenheng, som høyere produsenter av IL-21 enn Th1, Th2 og Th17-undergrupper, Tfh-celler har en gunstig innvirkning på antistoffklassebryter og dannelse av germinsenter. To grupper har nylig fremhevet rollen som IL-21 i genereringen av Tfh-celler og germinalsenter B-celler. 24, 55 Immunisering av IL-21-mangelfulle mus med et T-celleavhengig antigen resulterte i en dramatisk reduksjon i CD4 + CXCR5 + T-celler, noe som tyder på at IL-21 fungerer som en autokrin måte under Tfh-celleutvikling.24 I tillegg til Tfh-celler ble signifikant redusert antall germinal-sentrum B-celler og redusert IgG1-produksjon observert i immuniserte IL-21-mangelfulle mus . Vogelzang et al. demonstrerte at disse feilene var T-celle, snarere enn B-celle iboende.55

Det er vist at IL-21 er indusert av IL-6 på en STAT3-avhengig måte.24 Imidlertid, i motsetning til Th17 celler, var Tfh-cellegenerering uavhengig av TGF-β eller de Th17-spesifikke foreldreløse kjernefysiske reseptorene RORa og RORγ.24 Videre har vi vist at IL-21-produserende Th-celler kan genereres in vitro i nærvær av IL-21, men ikke TGF-β, og at disse cellene tilegner seg Tfh-genuttrykkelsesprofilen.24 Overføring av disse in vitro-genererte, IL-21-produserende Tfh-lignende celler til naive mus lette B-cellefunksjon, lik Tfh-celler. Samlet sett bekrefter disse funnene identiteten til Tfh-celler som en egen Th-avstamning og antyder at IL-21 er viktig for generering av Tfh-celler og germinalsenterreaksjoner hos mus.

IL-12

Til tross for fremgang i karakterisering av mekanismene som ligger til grunn for murin Tfh-celleutvikling, forble utviklingsreguleringen av humane Tfh-celler uklar til nylig. To uavhengige studier har vist at IL-12 induserer in vitro generering av humane Tfh-lignende celler fra naive CD4 + T-celler.46, 56 Tfh-celler som skiller seg under påvirkning av IL-12, deler nøkkelfunksjoner med Tfh-celler som finnes i perifere lymfoide vev, inkludert IL-21-produksjon, vedvarende ICOS- og CXCR5-ekspresjon, og evnen til å hjelpe B-celledifferensiering til immunoglobulin- utskiller celler. Interessant, eksponering av tonsiller, ledningsblod eller voksne perifere blodnaive T-celler for IL-12 (Th1-forhold) forårsaket en signifikant økning i IL-21-ekspresjon, mens IL-21, IL-6 og IL-23 induserte IL-21-sekresjon i mindre grad.46 Schmitt et al. demonstrerte at IL-12 utløser høye nivåer av IL-21-produksjon via STAT4-aktivering, mens IL-21 og IL-23 induserer mindre IL-21-produksjon i humane CD4 + T-celler.56 Det ble også observert at IL-12-indusert IL- 21-produserende celler inkluderte IFN-γ + og IFN-γ- undergrupper.

Det er uklart om autokrin IL-21 og STAT3-aktivering spiller noen rolle i differensieringen av IL-12-indusert, IL-21 -produksjon av Th-celler hos mennesker. Interessant, Ma et al. viste at IFN-γ + IL-21− og IFN-γ + IL-21 + celler uttrykker høye nivåer av T-bet, mens generering av IFN-γ − IL-21 + celler er sterkt avhengig av Bcl6-ekspresjon.46 Videre humane naive CD4 + T-celler dyrket i nærvær av IL-12 uttrykker høye nivåer av CXCR5, noe som kan være viktig for lokaliseringen av disse cellene til B-cellefolliklene. I tillegg til CXCR5-ekspresjon, forhøyet IL-12-behandling også nivåene av ICOS-ekspresjon. Enda viktigere, in vitro IL-12-primet, IL-21-utskillende celler induserte signifikant mer immunoglobulinsekresjon av naive B-celler. Denne effekten var avhengig av IL-21 og ICOS signalering, men ikke av IFN-γ. Dermed deler humane ICOS + CXCR5 + CD4 + T-celler generert in vitro i nærvær av IL-12 fenotypiske og funksjonelle egenskaper med Tfh-celler. IL-21 og IL-12 er derfor nødvendig for henholdsvis utvikling av mus og humane Tfh-celler.

Type I IFNs

Type I IFNs representerer en familie av cytokiner med antivirale og immunmodulerende funksjoner.57 Flere undertyper av IFN-α og en enkelt IFN-β-undertype induseres raskt som respons på infeksjon og signal gjennom en felles IFN-α-reseptor.57 Disse IFN-ene har vist seg å styrke den primære antistoffresponsen mot en løselig proteinantigen, som øker produksjonen av alle underklasser av IgG.58, 59 I tillegg fremmet type I IFNs antistoffresponser når villtype DCs ble overført til IFN-α-reseptormangel mus, og ga direkte bevis for at type I-IFN stimulering av DCs forbedre immunforsvaret in vivo.58, 59

En nylig studie avslørte at type I-IFN-signalering i DC-er selektivt stimulerer Tfh-celleutvikling som respons på antigen bundet til Toll-lignende reseptor 3 eller 4 agonister.60 Videre kreves DC-produksjon av IL-6 for in vivo Tfh cellegenerering og antistoffaffinitetsmodning. Dermed forbedrer type I IFNs T-celleavhengige antistoffresponser ved å tjene som en naturlig adjuvans for generering av CXCR5 + Tfh-celler med lymfeknute. Det gjenstår å avgjøre hvilken DC-delmengde som regulerer genereringen av Tfh-celler.

Pasienter med systemisk lupus erythematosus (SLE) har økt IFN-α-nivå, noe som korrelerer med sykdommens alvorlighetsgrad.61 I tillegg har studier i forskjellige lupusutsatte musestammer har avslørt den kritiske rollen av IFN-er av type I i lupuslignende patologi.62, 63, 64 Et økt antall Tfh-celler har også blitt observert i musemodeller av SLE, 6, 65 hvor de kreves for lupus -lik patologi.66 Imidlertid er type I IFN-avhengig generering av Tfh-celler under en autoimmun respons ennå ikke adressert og krever nærmere undersøkelse.

Transkripsjonsfaktorer

Differensiering av naiv CD4 + T-celler i forskjellige linjer er bestemt av cytokinsignalering og påfølgende aktivering av spesifikke transkripsjonsfaktorer (figur 1). For eksempel regulerer IFN-γ / IL-12-signalering via STAT1 / STAT4 T-bet-transkripsjon i Th1-celler, 67 mens IL-4-signalering gjennom STAT6 aktiverer GATA3-ekspresjon i Th2-celler. 68 IL-6 og IL-21 virker begge via STAT3, noe som fører til oppregulering av ekspresjonen av de to Th17-spesifikke foreldreløse kjernefysiske reseptorene RORγ og RORα, som til slutt bestemmer Th17-celleterminal differensiering.3 For Tfh-celledifferensiering er det vist at verken Th1-spesifikk (STAT4, T-bet ) eller Th2-selektive (STAT6, GATA3) transkripsjonsfaktorer er påkrevd.24 Til tross for at både Th17- og Tfh-linjer krever IL-6 / IL-21 og STAT3, krever Tfh-celleutvikling ikke Th17-relaterte transkripsjonsfaktorer (RORα og RORγ). Snarere er Bcl6 hovedtranskripsjonsregulator for Tfh-celledifferensiering.

STAT3

IL-21 er rapportert å være nødvendig for Tfh-celledifferensiering24 og er indusert i T-celler av IL- 6 på en STAT3-avhengig måte.52 For å bestemme om STAT3-signalering er nødvendig for Tfh-celleutvikling, Nurieva et al. analyserte generering av Tfh-celler i Stat3f / f-mus krysset med CD4-cre-mus.24 Immunisering av disse musene med nøkkelhulls limocyt hemocyanin i Freunds komplette adjuvans avslørte en stor reduksjon i CXCR5 + Tfh-celler i fravær av STAT3. Videre førte STAT3-mangel i T-celler til mangelfull generering av B-celle i B-celler og redusert produksjon nøkkelhull limpet hemocyanin-spesifikk IgG og IgM. Dermed spiller STAT3 en viktig rolle i Tfh-celledifferensiering.

Bcl6

Transkripsjonsfaktoren Bcl6 uttrykkes selektivt av mus og humane Tfh-celler. 69, 70 Det ble tidligere vist å hemme Th2-responser ved å blokkere STAT6-binding til DNA, 71, 72 mens Bcl6-mangelfulle mus utviser inflammatoriske sykdommer i flere organer, forbedret IgE-produksjon og defekte germinalsenterreaksjoner.71, 73 Imidlertid var uklart om den germinale senterdefekten i disse musene var forårsaket av mangel på riktig T- og / eller B-cellefunksjon siden germinal-center B-celler også uttrykker Bcl6.74 Nylig viste vår gruppe og andre at transkripsjonsfaktoren Bcl6 er en mester r egulator av Tfh-celledifferensiering.25, 26, 27

Bcl6-ekspresjon induseres av IL-6 og IL-21 og overekspresjon av Bcl6 fremmer Tfh-celleutvikling i fravær av eksogene cytokiner.25 Bcl6 overekspresjon fører også til økt ekspresjon av endogent Bcl6 mRNA så vel som IL-21R, IL-6R og CXCR5 mRNA, slik tilfellet er i celler behandlet med IL-6 eller IL-21. Interessant, IL-21-uttrykk ble ikke oppregulert av Bcl6-overekspresjon. Bcl6-ekspresjon var heller ikke nødvendig for utvikling av Th1-, Th2- eller Th17-celler, og faktisk undertrykket Bcl6-overekspresjon produksjonen av Th1-, Th2- og Th17-cytokiner.25

Bcl6-funksjon ser ut til å være avhengig av DNA binding.25, 26 Det binder seg til promotorene av transkripsjonsregulatorene T-bet og RORγt, som bestemmer henholdsvis Th1- og Th17-celle skjebne, noe som resulterer i undertrykkelse av IFN-y og IL-17 produksjon.26 Videre undertrykker Bcl6 uttrykk for mikroRNA som antas å hemme Tfh-cellesignaturen, inkludert miR-17-92, som undertrykker CXCR5-ekspresjon. Dermed regulerer Bcl6 Tfh-celleutvikling via undertrykkelse av Th1-, Th2- og Th17-spesifikke transkripsjonsfaktorer. Bcl6-mangel i T-celler resulterte i svekket Tfh-celleutvikling både in vitro og in vivo, og mangel i både B- og T-celler er nødvendig for germinalsentereaksjoner.25, 26, 28

Til sammen, disse resultatene viser at Bcl6 både er nødvendig og tilstrekkelig for Tfh-celleutvikling og gir ytterligere bevis som støtter ideen om at Tfh-celler er en distinkt avstamning av Th-celler.

c-Maf

c- Maf var den første transkripsjonsfaktoren som ble identifisert som fortrinnsvis uttrykt i Th2-celler.75 Den binder seg til IL-4 proksimal promoter75 og fungerer som en Th2-spesifikk faktor. T-celler med mangel på c-Maf ble svekket i IL-4-ekspresjon under effektorfasen, mens ekspresjonen av andre Th2-cytokiner enten var moderat redusert eller upåvirket.76 Tidligere, ved bruk av ICOS- og B7h-mangelfulle mus, Dong et al. beskrevne mekanismer som ICOS formidler IL-4-produksjon ved å regulere c-Maf-ekspresjon i effektor-Th-celler. 36, 77 På denne linjen ligner fenotypen til c-Maf knockout-mus den med ICOS-mangelfulle mus. Videre gjenoppretter c-Maf overekspresjon IL-4 frigjøring av T-celler aktivert i fravær av ICOS-B7h-interaksjonen. I tillegg til mangelfull IL-4-produksjon, er ICOS- og B7h-mangelfulle mus svekket i Tfh-cellegenerering og IL-21-produksjon.24 Kuchroo et al. demonstrerte nylig at Tfh-celler er preget av høyt c-Maf-ekspresjon og at c-Maf forbedret IL-21-nivåer på en doseavhengig måte.42 I mellomtiden førte sletting av c-Maf til et redusert antall IL-21-uttrykkende Tfh celler.42 ICOS regulerer således differensieringen av IL-21-produserende Tfh-celler via oppregulering av c-Maf-ekspresjon.

IFN regulatorisk faktor 4 (IRF4)

IRF4 ble opprinnelig beskrevet som en Th2-spesifikk transkripsjonsfaktor, 78, 79 delvis siden IRF4-mangelfulle mus viser signifikant reduserte nivåer av serumimmunglobulin.80 Imidlertid viste nylige studier at denne transkripsjonsfaktoren er indusert av IL-1-signalering og er nødvendig for Th17-celledifferensiering .81, 82 IRF4-mangelfulle T-celler, derimot, klarer ikke å indusere Th17-linjen ved IL-21 og TGF-ß-stimulering.83 Videre viser T-celler som mangler IRF4-bindende protein, en naturlig antagonist av IRF4, forhøyet IL-21 produksjon.84 IRF4 er således kritisk for produksjon av IL-21 så vel som for IL-2 1-mediert Th-celledifferensiering.

Gitt disse funnene ser det ut til at IRF4 også kan spille en rolle i Tfh-celledifferensiering. Faktisk genererer IRF4-mangelfulle mus færre CXCR5 + ICOS + Tfh-celler ved immunisering, 85 som indikerer viktigheten av IRF4 under in vivo Tfh-celledifferensiering. Det gjenstår å avgjøre om IRF4-avhengig Tfh-cellegenerering er T-celle iboende, og om IRF4 regulerer Bcl6 og B lymfocytt-indusert modningsprotein-1 (Blimp-1) under Tfh-linjen utvikling.

Negativ regulering

Tfh-celledifferensiering reguleres av et program som motvirker utviklingen av andre Th-linjer ved å undertrykke avstamningsspesifikke transkripsjonsfaktorer (T-bet, GATA3 og RORγ). Det er imidlertid ikke rapportert om disse faktorene også regulerer Tfh-celledifferensiering negativt. Blimp-1, som tidligere ble beskrevet som antagoniserende Bcl6 i B-celler, er 86 betydelig redusert i Tfh-celler sammenlignet med ikke-Tfh CD4 + T-celler.27 Overekspresjon av Blimp-1 i CD4 + T-celler forhindrer således Bcl6-ekspresjon og reduserer signifikant differensiering av Tfh-celler, uten å påvirke Th2-, Th17- og Treg-celleutvikling. Videre viste Blimp-1-mangelfulle CD4 + T-celler forbedret differensiering i Tfh-linjen.27