Înțelegerea dezvoltării și funcției celulelor T foliculare auxiliare

Activarea și diferențierea funcțională a celulelor T este declanșată de sistemul imunitar înnăscut. Ca răspuns la agenți patogeni, celulele dendritice (DC) reglează în sus moleculele costimulatoare pentru a ajuta la primirea celulelor T specifice antigenului. În plus, APC secretă, de asemenea, citokine multiple care reglează diferențierea terminală a celulelor T în celule T efectoare. Studii recente au stabilit roluri critice pentru moleculele costimulatoare și anumite citokine în diferențierea celulelor Tfh (Figura 2).

Costimulare

Activarea celulelor T este reglementată de molecule costimulatoare. CD28, care este exprimat pe celulele T naive, este cel mai important receptor costimulator implicat în activarea celulelor T.28 În absența CD28 sau a liganzilor săi CD80 și CD86, diferențierea celulelor Th în toate descendențele a fost găsită semnificativ redusă. Costimularea CD28 este, de asemenea, esențială pentru dezvoltarea celulelor Tfh, astfel încât șoarecii cu deficiență de CD28 sunt asociați cu reglarea nereușită a CXCR5 și OX40 pe celulele T și perturbarea formării centrului germinal.17 Cu toate acestea, răspunsurile mediate de CD28, generarea de celule Tfh și germinale- formarea centrului devine independentă de CD28 și dependentă de ICOS atunci când E3 ubiquitin ligaza Roquin este mutată.29

ICOS aparține familiei CD28 și este exprimat pe celulele T activate.30, 31 în timp ce ligandul său, B7h, este exprimată în general pe APC în țesuturile nelimfoide.32, 33 Interacțiunea ICOS-B7h este necesară pentru activarea optimă a celulelor T, precum și pentru anumite funcții efectoare, cum ar fi expresia IL-4 și IL-17.34, 35, 36, 37, 38 În plus, ICOS joacă un rol important în reglarea răspunsurilor anticorpilor dependenți de celulele T și a reacțiilor centrului germinal. Șoarecii deficienți în ICOS sau B7h prezintă o formare afectată a centrului germinal și comutarea izotipului.34, 35, 36, 37, 39 Recent, această cale de stimulare a fost, de asemenea, importantă pentru generarea și întreținerea celulelor CXCR5 + Tfh. Mai precis, șoarecii deficienți în ICOS au arătat dezvoltarea afectată a celulelor CXCR5 + Tfh ca răspuns la imunizarea primară sau secundară cu celule roșii din oaie.6 Între timp, ablația B7h pe APC a dus la scăderea exprimării IL-21 de către celulele T24. s-a arătat, de asemenea, că ICOS este extrem de exprimat de celulele T amigdaliene CXCR5 + T în zona ușoară a centrelor germinale și susține în mod eficient producția de imunoglobulină40, 41. Maturarea celulelor B și comutarea izotipului imunoglobulinei, indicând un rol esențial pentru ICOS în diferențierea celulelor Tfh.11, 19 Interesant, o mutație a R3 de tip RING ubiquitin ligază Roquin la șoareci a provocat formarea spontană a centrului germinal și creșterea producției de autoanticorpi , care este asociat cu un număr foarte mare de celule Tfh și o expresie îmbunătățită a IL-21 și ICOS.13

Deoarece B7h este con exprimată în mod constitutiv pe celulele B, am examinat dacă generarea de celule Tfh necesită o interacțiune cognitivă cu celulele T.24 Analiza unui șoarece knockout condițional deficitar în expresia celulei B a B7h a arătat că absența ligandului ICOS din celulele B duce la o frecvența celulei Tfh redusă. În plus față de expresia CXCR5 mai mică, am constatat că expresia IL-21 de către celulele T a fost mult redusă la acești șoareci. Interacțiunea ICOS-B7h poate astfel regla celulele Tfh prin producerea de IL-21. De asemenea, am observat că producția de IgG specifică antigenului și aglutinina de arahide (PNA) + celulele B din centrul germinal au fost mult reduse în absența expresiei B7h pe celulele B. Datele noastre indică astfel faptul că expresia B7h pe celulele B este necesară pentru generarea celulelor CXCR5 + Tfh, precum și pentru producerea IL-21 și răspunsuri adecvate de anticorpi, sugerând o funcție in vivo importantă pentru celulele B în generarea sau întreținerea celulelor Tfh .

Toate observațiile de mai sus sugerează că defectele dezvoltării celulelor Tfh și formarea centrului germinal la șoarecii cu deficiență de ICOS și pacienții se pot datora parțial producției defecte de IL-21, care acționează de obicei ca un autocrin. factor care extinde populația de celule Tfh. De fapt, numărul celulelor Tfh a fost redus la șoarecii cu deficiență de IL-21. Un studiu recent a prezentat dovezi că ICOS promovează formarea celulelor Tfh prin reglarea în sus a expresiei c-Maf, care a îmbunătățit expresia IL-21 într-o manieră dependentă de doză.42 Astfel, expresia c-Maf indusă de ICOS poate sprijini formarea și întreținerea celulelor Tfh prin producerea factorului de creștere autocrin IL-21.

SAP este exprimat în celule T și mediază răspunsurile la membrii familiei SLAM prin legarea la un domeniu conservat pe acei receptori. Familia de receptori SLAM este formată din șapte membri: CD150 / SLAM, CD48 / SLAMF2, CD229 / Ly9 / SLAMF3, CD224 / 2B4 / SLAMF4, CD84 / SLAMF5, NTB-A / Ly108 / SLAMF6 și CD319 / CRACC / SLAMF7.Mutația SAP la om, precum și studiile care au implicat șoareci cu deficit de SAP, au sugerat un rol critic pentru SAP în ajutorul celulelor B și comutarea clasei în celulele Th.43 De remarcat, celulele T cu deficit de SAP au prezentat expresia ICOS întârziată și scăzută, dar exprimarea CD40L crescută și prelungită.44 Celulele T CD4 + deficiente în SAP nu reușesc, de asemenea, să interacționeze stabil cu celulele B înrudite, prin urmare nu reușesc să inducă expansiunea clonală a celulelor B45. SAP joacă astfel un rol cheie în formarea de centre germinale mediată de celula Tfh după întâlnirea cu o celulă B înrudită, mai degrabă decât reglarea „migrației celulelor Tfh.

CD84 / SLAMF5 și Ly108 / SLAMF6 sunt foarte exprimate la om și șoareci celule Tfh.46, 47 Folosind șoareci cu deficit de CD84, Cannons și colab. au arătat că CD84 este necesar pentru formarea centrului germinal și diferențierea celulelor Tfh in vivo într-un mod intrinsec al celulelor T.47 Prin urmare, axa CD84-SAP este probabil calea canonică în celulele T CD4 + care mediază dezvoltarea și funcționarea celulelor Tfh.

Citokine

Citokinele sunt regulatori majori ai diferențierii celulelor Th.1, diferențierea 3 Th1 este promovată de IL -12 prin activarea STAT4. Calea IFN-γ-STAT1 susține la rândul său dezvoltarea celulei Th1, ducând la inducerea factorului de transcripție T-bet. Între timp, IL-4 este secretată de celulele T activate și antrenează polarizarea Th2 în o manieră dependentă de STAT6, rezultând în activarea factorului de transcripție GATA3 În mod suplimentar, IL-6 / IL-21, în combinație cu TGF-β, induce diferențierea celulei Th17 prin reglarea ascendentă a RORγ dependentă de STAT3. Cu toate acestea, această diferențiere celulară Tfh mediată de citokine variază între șoareci și oameni.

IL-21

IL-21 joacă un rol critic în reglarea producției de imunoglobulină și formarea centrului germinal. 12, 48 Receptorul acestui citokină aparține familiei comune a lanțului γ, care include și receptorii pentru IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 și IL-15. Semnalele IL-21 prin STAT3 sau STAT5a pentru a regla funcțiile unei varietăți de tipuri de celule, cum ar fi celulele T, celulele B, celulele naturale killer și DC și este exprimat în principal de celulele T CD4 + și celulele T killer naturale.49 Anterior, s-a raportat, de asemenea, că IL- 21 este exprimat la niveluri mai ridicate de Th2 decât de celulele Th1.50 În acest din urmă caz, adăugarea de IL-21 în timpul diferențierii scade producția de IFN-γ prin reprimarea expresiei Eomes.51 De asemenea, s-a observat că IL-21 este indusă de IL-6 prin intermediul STAT3, și în combinație cu TGF-β, este necesară și suficientă pentru generarea celulelor Th17 prin reglarea în sus a STAT3 a RO Rγ.52, 53, 54 Atât șoarecii cu deficiență de IL-21, cât și IL-21R sunt deficienți în dezvoltarea celulei Th17, sugerând că IL-21 acționează într-un mod autocrin, la fel ca IFN-γ pentru celulele Th1 și IL-4 funcționează pentru celulele Th2.

În plus, dezvoltarea centrului germinal este afectată la șoarecii deficienți în IL-21- și IL-21R.12 În acest context, ca producători mai mari de IL-21 decât Th1, Th2 și sub-seturile Th17, celulele Tfh au un impact benefic asupra comutatorului clasei de anticorpi și asupra formării centrului germinal. Două grupuri au evidențiat recent rolul IL-21 în generarea celulelor Tfh și a celulelor B din centrul germinal.24, 55 Imunizarea șoarecilor cu deficit de IL-21 cu un antigen dependent de celulele T a dus la o reducere dramatică a CD4 + Celulele T CXCR5 +, sugerând că IL-21 acționează ca o manieră autocrină în timpul dezvoltării celulelor Tfh.24 În plus față de celulele Tfh, au fost observate un număr semnificativ redus de celule B din centrul germinal și o producție redusă de IgG1 la șoarecii imunizați cu deficiență de IL-21 . Vogelzang și colab. a demonstrat că acele defecte erau celule T, mai degrabă decât celule B intrinseci.55

S-a demonstrat că IL-21 este indusă de IL-6 într-un mod dependent de STAT3.24 Totuși, spre deosebire de Th17 celule, generarea de celule Tfh a fost independentă de TGF-β sau de receptorii nucleari orfani specifici Th17 RORα și RORγ.24 Mai mult, am arătat că celulele Th producătoare de IL-21 pot fi generate in vitro în prezența IL-21, dar nu TGF-β și că aceste celule dobândesc profilul de expresie genică Tfh.24 Transferul acestor celule similare Tfh generate in vitro, producătoare de IL-21 în șoareci naivi, a facilitat funcția celulelor B, similar cu celulele Tfh. În ansamblu, aceste descoperiri confirmă identitatea celulelor Tfh ca linie Th separată și sugerează că IL-21 este importantă pentru generarea celulelor Tfh și a reacțiilor de centru germinal la șoareci.

IL-12

În ciuda progresului în caracterizarea mecanismelor care stau la baza dezvoltării celulelor Tfh murine, reglarea dezvoltării celulelor Tfh umane a rămas neclară până de curând. Două studii independente au arătat că IL-12 induce generarea in vitro de celule asemănătoare Tfh umane din celule T CD4 + naive.46, 56 celulele Tfh diferențiate sub influența IL-12 împărtășesc caracteristici cheie cu celulele Tfh găsite în țesuturile limfoide periferice, inclusiv producția IL-21, expresia susținută a ICOS și CXCR5 și capacitatea de a ajuta diferențierea celulelor B în imunoglobulină. secretând celule. Interesant este faptul că expunerea celulelor T naive amigdaliene, de sânge ombilical sau de sânge periferic adult la IL-12 (condiții Th1) a cauzat o creștere semnificativă a expresiei IL-21, în timp ce IL-21, IL-6 și IL-23 au indus secreția IL-21 într-o măsură mai mică.46 Schmitt și colab. a demonstrat că IL-12 declanșează niveluri ridicate de producție de IL-21 prin activarea STAT4, în timp ce IL-21 și IL-23 induc mai puțină producție de IL-21 în celule T CD4 + umane.56 De asemenea, s-a observat că IL-12 indusă de IL- Celulele producătoare de 21 au inclus subgrupuri IFN-γ + și IFN-γ.

Nu este clar dacă activarea autocrină IL-21 și STAT3 joacă vreun rol în diferențierea IL-21 indusă de IL-12, -producerea celulelor Th la om. Interesant este că Ma și colab. a demonstrat că celulele IFN-γ + IL-21− și IFN-γ + IL-21 + exprimă niveluri ridicate de T-bet, în timp ce generarea de celule IFN-γ − IL-21 + este foarte dependentă de expresia Bcl6. celulele T CD4 + umane naive cultivate în prezența IL-12 exprimă niveluri ridicate de CXCR5, care pot fi importante pentru localizarea acestor celule la foliculii celulelor B. În plus față de expresia CXCR5, tratamentul IL-12 a ridicat, de asemenea, niveluri ridicate de expresie ICOS. Mai important, celulele secretoare in vitro de IL-12, IL-21, au indus semnificativ mai multă secreție de imunoglobulină de către celulele B naive. Acest efect a fost dependent de semnalizarea IL-21 și ICOS, dar nu de IFN-γ. Astfel, celulele T umane ICOS + CXCR5 + CD4 + generate in vitro în prezența IL-12 au caracteristici fenotipice și funcționale cu celulele Tfh. IL-21 și IL-12 sunt, prin urmare, necesare pentru dezvoltarea celulelor Tfh de șoarece și respectiv umane.

IFN de tip I

IFN de tip I reprezintă o familie de citokine cu antivirale și funcții imunomodulatoare.57 Mai multe subtipuri de IFN-α și un singur subtip IFN-β sunt induse rapid ca răspuns la infecție și semnalează printr-un receptor comun IFN-α. antigen proteic, crescând producția tuturor subclaselor de IgG.58, 59 În plus, IFN-urile de tip I au promovat răspunsurile anticorpilor atunci când DC-urile de tip sălbatic au fost transferate la șoareci cu deficit de receptor IFN-α, oferind dovezi directe că stimularea de tip I-IFN a DC-urilor îmbunătățirea răspunsului imun in vivo.58, 59

Un studiu recent a arătat că semnalizarea de tip I-IFN în DC stimulează selectiv dezvoltarea celulei Tfh ca răspuns la antigenul legat de receptorii Toll-like 3 sau 4 agoniști. 60 Mai mult, producția DC de IL-6 este necesară pentru Tfh in vivo generarea celulelor și maturizarea afinității anticorpilor. Astfel, IFN-urile de tip I îmbunătățesc răspunsurile anticorpilor dependenți de celulele T servind ca adjuvant natural pentru generarea de celule CXCR5 + Tfh rezidente în ganglioni limfatici. Rămâne de stabilit ce subset DC reglementează generarea celulelor Tfh.

Pacienții cu lupus eritematos sistemic (LES) au niveluri crescute de IFN-α, ceea ce se corelează cu severitatea bolii.61 În plus, studii efectuate în diverse tulpinile de șoarece predispuse la lupus au dezvăluit rolul critic al IFN-urilor de tip I în patologia asemănătoare lupului.62, 63, 64 Un număr crescut de celule Tfh a fost observat și la modelele de șoarece de LES, 6, 65, unde sunt necesare pentru lupus -com patologie.66 Cu toate acestea, generația de celule Tfh dependente de IFN de tip I în timpul unui răspuns autoimun nu a fost încă abordată și necesită investigații suplimentare.

Factori de transcripție

Diferențierea naivului Celulele T CD4 + în diferite linii sunt determinate de semnalizarea citokinelor și activarea ulterioară a factorilor de transcripție specifici (Figura 1). De exemplu, semnalizarea IFN-γ / IL-12 prin STAT1 / STAT4 reglează transcrierea T-bet în celulele Th1, 67 în timp ce semnalizarea IL-4 prin STAT6 activează expresia GATA3 în celulele Th2.68 IL-6 și IL-21 acționează prin STAT3, conducând la reglarea în sus a expresiei celor doi receptori nucleari orfani specifici Th17 RORγ și RORα, care determină în cele din urmă diferențierea terminală a celulei Th17. 3 ) și nici factori de transcripție selectivi Th2 (STAT6, GATA3) nu sunt necesari.24 În ciuda faptului că atât descendențele Th17 cât și Tfh necesită IL-6 / IL-21 și STAT3, dezvoltarea celulelor Tfh nu necesită factori de transcripție legați de Th17 (RORα și RORγ). Mai degrabă, Bcl6 este regulatorul transcripțional principal al diferențierii celulelor Tfh.

STAT3

IL-21 a fost raportat ca fiind necesar pentru diferențierea celulelor Tfh24 și este indus în celulele T de IL- 6 într-un mod dependent de STAT3.52 Pentru a determina dacă semnalizarea STAT3 este necesară pentru dezvoltarea celulei Tfh, Nurieva și colab. a analizat generarea de celule Tfh la șoareci Stat3f / f încrucișați cu șoareci CD4-cre.24 Imunizarea acestor șoareci cu hemocianină de șanț gaură în adjuvant Freund complet a relevat o reducere mare a celulelor CXCR5 + Tfh în absența STAT3. Mai mult, deficitul STAT3 în celulele T a condus la generarea defectuoasă a celulelor B în centrul germinal și la producția redusă IgG și IgM specifice hemocianinei limpetului de gaură. Astfel, STAT3 joacă un rol important în diferențierea celulelor Tfh.

Bcl6

Factorul de transcripție Bcl6 este exprimat selectiv de celulele Tfh de șoarece și uman. 69, 70 S-a demonstrat anterior că inhibă răspunsurile Th2 prin blocarea legării STAT6 de ADN, 71, 72, în timp ce șoarecii cu deficit de Bcl6 prezintă boli inflamatorii multi-organe, producție crescută de IgE și reacții defectuoase la centrul germinal.71, 73 Cu toate acestea, nu a fost clar dacă defectul de centru germinal la acești șoareci a fost cauzat de lipsa funcției adecvate a celulelor T și / sau B, deoarece celulele B de centru germinal exprimă și Bcl6.74 Recent, grupul nostru și alții au arătat că factorul de transcripție Bcl6 este un maestru r egulator al diferențierii celulare Tfh.25, 26, 27

Expresia Bcl6 este indusă de IL-6 și IL-21, iar supraexprimarea Bcl6 favorizează dezvoltarea celulelor Tfh în absența citokinelor exogene.25 Excesul de Bcl6 conduce de asemenea la expresia crescută a ARNm endogen Bcl6 precum și a ARNm IL-21R, IL-6R și CXCR5, așa cum este cazul în celulele tratate cu IL-6 sau IL-21. Interesant este că expresia IL-21 nu a fost reglată în sus de supraexprimarea Bcl6. De asemenea, expresia Bcl6 nu a fost necesară pentru dezvoltarea celulelor Th1, Th2 sau Th17 și, de fapt, supraexprimarea Bcl6 a reprimat producția de citokine Th1, Th2 și Th17.25

Funcția Bcl6 pare a fi dependentă de ADN legare.25, 26 Se leagă de promotorii regulatorilor transcripționali T-bet și RORγt, care determină soarta celulelor Th1 și respectiv Th17, rezultând în reprimarea producției IFN-γ și IL-17.26 Mai mult, Bcl6 suprimă expresia microARN-urilor despre care se crede că inhibă semnătura celulei Tfh, inclusiv miR-17-92, care reprimă expresia CXCR5. Astfel, Bcl6 reglează dezvoltarea celulelor Tfh prin reprimarea factorilor de transcripție specifici Th1-, Th2 și Th17. Deficitul de Bcl6 în celulele T a dus la dezvoltarea afectată a celulelor Tfh atât in vitro, cât și in vivo, iar deficiența atât a celulelor B, cât și a celulelor T este necesară pentru reacțiile centrului germinal.25, 26, 28

Luate împreună, acestea rezultatele demonstrează că Bcl6 este atât necesar, cât și suficient pentru dezvoltarea celulelor Tfh și oferă dovezi suplimentare care susțin ideea că celulele Tfh sunt o descendență distinctă a celulelor Th.

c-Maf

c- Maf a fost primul factor de transcripție identificat pentru a fi exprimat preferențial în celulele Th2.75 Se leagă de promotorul proximal IL-475 și servește ca factor specific Th2. Celulele T cu deficit de c-Maf au fost afectate în expresia IL-4 în timpul fazei efectoare, în timp ce expresia altor citokine Th2 a fost fie moderat redusă, fie neafectată.76 Anterior, folosind șoareci deficienți în ICOS și B7h, Dong și colab. au descris mecanismele prin care ICOS mediază producția de IL-4 prin reglarea expresiei c-Maf în celulele Th efectoare.36, 77 De-a lungul acestor linii, fenotipul șoarecilor knock-out c-Maf este similar cu cel al șoarecilor deficienți în ICOS. Mai mult decât atât, supraexpresia c-Maf restabilește eliberarea IL-4 de către celulele T activate în absența interacțiunii ICOS-B7h. În plus față de producția deficientă de IL-4, șoarecii deficienți în ICOS și B7h sunt afectați în generarea de celule Tfh și în producția de IL-21.24 Kuchroo și colab. a demonstrat recent că celulele Tfh sunt caracterizate de o expresie ridicată a c-Maf și că c-Maf a îmbunătățit nivelurile de IL-21 într-un mod dependent de doză.42 Între timp, ștergerea c-Maf a dus la un număr redus de Tfh care exprimă IL-21 celule.42 ICOS reglementează astfel diferențierea celulelor Tfh producătoare de IL-21 prin reglarea în sus a expresiei c-Maf.

Factorul de reglementare IFN 4 (IRF4)

IRF4 a fost inițial descris ca un factor de transcripție specific Th2, 78, 79 în parte, deoarece șoarecii cu deficit de IRF4 prezintă niveluri semnificativ reduse de imunoglobulină serică.80 Cu toate acestea, studii recente au arătat că acest factor de transcripție este indus de semnalizarea IL-1 și este necesar pentru diferențierea celulei Th17 .81, 82 de celule T cu deficit de IRF4, pe de altă parte, nu reușesc să inducă linia Th17 la stimularea IL-21 și TGF-β.83 Mai mult, celulele T lipsite de proteine care leagă IRF4, un antagonist natural al IRF4, prezintă un nivel ridicat Producția de IL-21.84 IRF4 este, așadar, esențială pentru producția de IL-21, precum și pentru IL-2 Diferențierea celulei Th mediată de 1.

Având în vedere aceste constatări, se pare că IRF4 poate juca și un rol în diferențierea celulei Tfh. Într-adevăr, șoarecii cu deficit de IRF4 generează mai puține celule CXCR5 + ICOS + Tfh la imunizare, 85 indicând importanța IRF4 în timpul diferențierii in vivo a celulelor Tfh. Rămâne de stabilit dacă generarea de celule Tfh dependente de IRF4 este intrinsecă a celulelor T și dacă IRF4 reglează proteina-1 (Blimp-1) de maturare indusă de limfocite Bcl6 și B în timpul dezvoltării liniei Tfh.

Reglarea negativă

Diferențierea celulelor Tfh este reglementată de un program care antagonizează dezvoltarea altor linii Th prin suprimarea factorilor de transcripție specifici liniei (T-bet, GATA3 și RORγ). Cu toate acestea, nu s-a raportat dacă acești factori reglează negativ și diferențierea celulelor Tfh. Blimp-1, care a fost descris anterior ca antagonizând Bcl6 în celulele B, 86 este semnificativ redus în celulele Tfh în comparație cu celulele T non-Tfh CD4 + 27. diferențierea celulelor Tfh, fără a afecta dezvoltarea celulelor Th2-, Th17- și Treg. Mai mult, celulele T CD4 + cu deficit de Blimp-1 au arătat o diferențiere sporită în linia Tfh.27