Immunregulering og antitumorvirkning af TIM-1
Abstract
T-celler spiller en vigtig rolle i antitumorimmunitet, og T-celleimmunoglobulindomænet og mucindomæneproteinet-1 (TIM-1) på dets overflade har som et kostimulerende molekyle en stærk regulerende virkning på T-celler. TIM-1 kan regulere og forstærke type 1-immunsvaret fra tumorforeningen. Derfor kan TIM-1-kostimulerende veje være et lovende terapeutisk mål i fremtidig tumorimmunoterapi. Denne gennemgang beskriver immunregulering og antitumorvirkning af TIM-1.
1. Indledning
Immunundertrykkelse er en vigtig faktor for tumorers immunundvigelse. Generelt har tumorpatienters immunsystemer ofte overdrevne hæmmende funktioner, som induceres af regulatoriske T-celler (Tregs), myeloid-afledte suppressorceller (MDSC’er) eller sekretion af immunosuppressive cytokiner, såsom tumorvækstfaktor-β (TGF-β) og interleukin-10 (IL-10). Disse forhold udgør et yderst gunstigt mikromiljø for tumorudvikling . Derfor er det vigtigt at finde nye mål for at vende det immunosuppressive mikromiljø.
Identificeringen af nye klasser af kostimulerende molekyler giver nye spændende muligheder for at fremkalde og forstærke et effektivt endogent immunrespons mod kræft. TIM-1, et nøglemedlem og kostimulerende molekyle i T-celleimmunoglobulinmucin (TIM)-familien, udtrykkes på overfladen af T-celler. Det kan fremme aktivering og proliferation af T-celler og sekretion af cytokiner, som spiller en afgørende rolle i tumorimmunitet . Vores foreløbige undersøgelser har vist, at TIM-1 kan være en ny kandidat til tumorterapeutisk kostimulerende molekyle, fordi det direkte kan forbedre funktionerne af CD8+ T-celler og/eller NK-celler samt ændre tumormikromiljøet med henblik på et mere effektivt antitumor-immunrespons (data ikke vist). Denne gennemgang forsøger at beskrive, hvordan TIM-1 regulerer immunfunktionen og deltager i immunsvar mod tumorer og illustrerer mekanismen for immunregulering.
2. Struktur og grundlæggende funktion af TIM-1
I mennesket er der tre medlemmer (TIM-1, TIM-3 og TIM-4) placeret i den menneskelige kromosom 5q33.2-region. Hos mus består TIM-familien af otte medlemmer (TIM 1-8), der er placeret i kromosom 11B1.1-regionen på kromosom 11B1.1. Generne i TIM-familien hos mennesker og mus er meget homologe. Ligesom andre TIM-medlemmer ligner TIM-1 i sin struktur type 1-membranproteinets struktur, som består af et N-terminalt Cys-rigt immunoglobulin-variabelt- (IgV-) lignende domæne, et mucinlignende domæne, et transmembrandomæne og en intracellulær hale . TIM-1’s intracellulære hale indeholder tyrosinfosforyleringsmotiver, der er involveret i transmembransignalet .
Ekspressionen af menneskelig TIM-1 blev først påvist i beskadigede nyrer og fik navnet human kidney injury molecule-1 (KIM-1) . Tidligere undersøgelser har vist, at in vivo TIM-1 genmutationer hos mennesker og mus er forbundet med nogle allergiske sygdomme . Abnormalt udtryk af TIM-1 er relateret til nogle autoimmune sygdomme . I de seneste år har undersøgelser vist, at TIM-1 hovedsagelig udtrykkes på overfladen af CD4+ T-celler, CD8+ T-celler, NK-celler, makrofager, DC’er, B-celler og mastceller . Desuden er det også konstateret, at TIM-1 udtrykkes i lymfoide væv, og det er bekræftet, at TIM-1 kan fremme produktionen af cytokiner og forbedre det antigeninducerede immunrespons hos T-celler . Derfor kan TIM-1 være et potentielt kostimulerende molekyle til at øge immunresponset mod tumorer.
3. Immunregulering af TIM-1
TIM-1 er et yderst effektivt kostimulerende molekyle, som kan øge dannelsen af CD3-TCR med agonistisk anti-TIM-1 antistof, der er involveret i aktiveringen af T-celler . De vigtigste ligander for TIM-1 er TIM-4 og phosphatidylserin (PS) . TIM-4 udtrykkes på overfladen af antigenpræsenterende celler (APC’er) som f.eks. makrofager og dendritiske celler og fungerer som en endogen ligand for TIM-1 . TIM-4 kan fremme T-celleaktivering, proliferation og cytokinproduktion ved at binde sig til TIM-1, som medierer den positive regulering af T-celler og udløser immunresponset med kostimulerende virkning . PS er en anden vigtig ligand for TIM-1 og kan aktivere NKT-celler ved at binde sig til TIM-1 på overfladen af NKT-celler . Desuden er P-selectin og S-selectin også potentielle ligander for TIM-1 og kan spille en rolle i forbindelse med inflammation og autoimmune sygdomme. Denne signalvej er tæt forbundet med migrationen af Th1- og Th17-celler i blodkar .
Den biologiske funktion af TIM-1 afhænger hovedsagelig af lymfocytter. TIM-1 i CD4+ T-celler kan opregulere aktiveringssignalet af T-celler ved at interagere med T-celle receptor (TCR), hvilket fremmer den synergistiske virkning af TIM-1 . I immunreguleringen er den positive og negative regulering af TIM-1 afgørende for opretholdelsen af immunhomeostase. Immunreguleringen af TIM-1 afhænger hovedsagelig af dens ligander . Det er blevet rapporteret, at agonistiske TIM-1 mAbs (klon 3B3 og klon 1H8.2) øger T-cellemedierede immunresponser, mens et antagonistisk antistof hæmmer immunresponser gennem regulatoriske B-celler . Agonistisk TIM-1 monoklonalt antistof kan fremme proliferationen af CD8+ T-celler in vitro og forbedre deres biologiske funktion . De forskellige virkninger af agonistiske og antagonistiske TIM-1 mAbs in vivo kan skyldes, at forskellige TIM-1 mAbs afgiver kvalitativt og kvantitativt forskellige signaler til T-celler og B-celler. TIM-1-signalering på B-celler er vigtig for opretholdelse af immunsystemets normale homøostase og forebyggelse af systemisk autoimmunitet . I CD4+ T-celler kan TIM-1-molekylerne bundet til agonistiske TIM-1 mAbs eller andre agonistiske ligander producere et stærkt kostimulationssignal til aktivering af T-celler, fremme differentiering og proliferation af T-celler in vivo, aktivere produktionen af cytokiner og forbedre T-cellernes antigeninducerede immunrespons . Tidligere undersøgelser har vist, at inhibering af TIM-1-signalet fra CD4+ T-celler kan reducere niveauet af hvide blodlegemer og produktionen af inflammatoriske mediatorer, hvilket kan reducere vævsskader forårsaget af overdrevne inflammatoriske reaktioner .
Den negative regulering af TIM-1’s immunfunktion i B-celler spiller en nøglerolle i forebyggelsen af immunafstødning . Hæmning af TIM-1-Fc-signalering hæmmer differentieringen og funktionen af CD4+ T-celler og reducerer yderligere kroniske afstødningsreaktioner . Zhang et al. har fundet, at undertrykkelse af TIM-1-signalet i CD4+ T-celler kan hæmme makrofagernes aktivitet og reducere skaden af transplanteret lever i en musemodel . TIM-1 er også et nøglemolekyle i reguleringen af immunafstødning af allogen transplantation , og funktionel mangel på TIM-1 er også en af mekanismerne for autoimmune sygdomme . Udtrykkene af TIM-3 og TIM-1 på overfladen af mastceller i musen fremmer sekretionen af IL-13, IL-6 og IL-4, hvilket indikerer, at mastceller også regulerer immunfunktionen gennem TIM-medlemmer . Undersøgelsen viste også, at inhibering af TIM-1-signalet kan reducere infiltrationen af T-celler i allergisk hudvæv og væv med autoimmune sygdomme , og mangel på TIM-1 reducerer forekomsten af allergisk astma i en musemodel . Derfor kan TIM-1 også være relateret til den molekylære mekanisme for allergiske sygdomme.
4. TIM-1 til kræftimmunitet
Type 1 immunrespons, medieret af Th1-celler, cytotoksiske T-lymfocytter (CTL’er), NK-celler, NKT-celler og gamma delta T-celler, betragtes som en kritisk komponent af cellemedieret immunitet mod tumor. CD8+ T-celler er vigtige T-celleundergrupper i det specifikke immunforsvar. De er de sidste effektorceller til at dræbe tumor og hæmme tumorudvikling in vivo, og de anvendes i vid udstrækning i adoptiv immunterapi mod tumorer. Hos mennesker kan tilstedeværelsen af Th1-celler og CTL’er i tumor være en gunstig prognostisk indikator . Mange tumorinfiltrerende Th1- og CD8+ T-celler befinder sig imidlertid i en status af nonresponsivitet på grund af lokale og systemiske mekanismer til immunundertrykkelse hos kræftpatienter såvel som hos tumorbærende mus og spiller endda en beskyttende rolle for tumoren . Den manglende kostimulering af type 1-lymfocytter er den vigtigste mekanisme, der ligger til grund for tumorinduceret immuntolerance . Således har agonistiske antistoffer mod kostimulerende receptorer såsom 4-1BB og CD40 vist lovende antitumorvirkninger i forskellige prækliniske tumormodeller, som evalueres i kliniske forsøg. Kosstimuleringssignalet spiller en vigtig rolle i CD8+ T-celler . I modellen af akut nyreskade induceret af cisplatin kan blokering af TIM-1-signalet reducere antallet af CD8+ T-celler betydeligt og hæmme sekretionen af IFN-γ, hvilket indikerer, at TIM-1-kostimuleringssignalet kan øge effekten af CD8+ T-celler .
I TIM-familien er det til dato blevet bekræftet, at TIM-3 er relateret til tumor og fundet, at udtrykket af TIM-3 har en vigtig indflydelse på tumormikromiljøet . Vi har dog stadig mange ubekendte vedrørende virkningerne af tumorimmunitet af TIM-1 . Der er kun få artikler, der kan hentes, som handler om antitumorvirkning af TIM-1 , men det er blevet fastslået, at TIM-1 kan fremme T-cellernes proliferation og differentiering ved at binde sig til forskellige agonistiske ligander . En undersøgelse har vist, at TIM-1 tyrosinfosforylering kan rekruttere PI3K-adaptorerne p85, hvilket stimulerer aktivering og funktion af T-celler . I tumormikromiljøet deltager effektorcellerne, såsom CD8+ T-celler, direkte i immunresponset og kan forbedre antigengengenkendelse, proliferation og differentiering af andre effektorceller.
Ligering af transmembranproteinet TIM-1 kan kostimulere T-celleaktivering via PI3K-signalvejen. Agonistiske antistoffer mod TIM-1 er også i stand til at inducere T-celleaktivering uden yderligere stimuli; PI3K er en vigtig faktor i formidlingen af TIM-1-signalering . Det har været kendt, at PI3K/Akt/mTOR-signalvejen spiller en afgørende rolle i reguleringen af cellevækst, proliferation og metabolisme. Immuncellerne og tumorcellerne konkurrerer om energi. Aktiveringen af nogle signalmolekyler, der er tæt forbundet med energimetabolisme, regulerer T-celleaktivering, -differentiering og -funktion og forbedrer yderligere T-cellernes antigengengenkendelse, proliferation og differentiering. Indtil videre er PI3K/Akt/mTOR-signalvejen et mål for tumorbehandling.
Transkriptionsfaktoren T-bet/Eomes er involveret i reguleringen af CD8+ T-cellefunktionen og inducerer differentieringen af CD8+ T-celler til effektor- og centrale hukommelses-T-celler . Ekspressionsniveauet for TIM-1 og T-bet/Eomes har vigtige virkninger på reguleringen af T-cellernes biologiske funktion, og ekspressionen af T-bet er tæt forbundet med prognosen for tumorpatienter . Vi har analyseret 152 tilfælde af mavekræftpatienter og fundet, at ekspressionen af T-bet er tæt forbundet med tumorpatienters overlevelse . Antallet af T-bet positive T-celler i tumorvæv har en betydelig effekt på patienternes prognose . T-bet/Eomes, som stimulerer aktivering og differentiering af CD8+ T-celler, er signifikant opreguleret i tumoren på tredjedagen efter radiofrekvensablation (RFA), og ekspressionsniveauet af TIM-1 i infiltrerende CD8+ T-celler er signifikant opreguleret. I T-bet/Eomes dobbelt knockout tumormodelmus er det konstateret, at ekspressionen af TIM-1 er meget lav i infiltrerende CD8+ T-celler, der stimuleres af tumorantigen, og i vildtype-mus er den signifikant opreguleret (data ikke vist). På nuværende tidspunkt anses TIM-1 for at forbedre sekretionen af visse cytokiner såsom IL-4 og IFN-γ . Type 1 immunrespons af TIM-1-medieret T-celleaktivering er forbundet med tumorimmunitet gennem transkriptionsfaktoren T-bet/Eomes og PI3K-signalvejen (figur 1).
5. Udsigt
Vi spekulerer i, at TIM-1, et nyt kostimulerende kandidatmolekyle til tumorbehandling, ikke kun direkte forbedrer CD8+ T-cellernes og NK-cellernes antitumorvirkning, men også ændrer tumormikromiljøet for at inducere et mere effektivt antitumorimmunrespons. Som et målmolekyle kan det have gode anvendelsesmuligheder inden for klinisk kræftforskning. Desuden kan agonistisk anti-TIM-1 monoklonalt antistof eller andre ligander forbedre T-cellernes funktion, øge CD8+ T-celler og NK-celler, reducere MDSC i tumorvæv og hæmme tumorvækst (data ikke vist). Det er vigtigt at definere virkemåden og fastslå, om CD8+ T-celler og NK-celler formidler den antitumoriske virkning af agonistiske TIM-1 mAbs in vivo. Disse kan give et teoretisk grundlag for at konstruere en ny tumorbehandlingsmodel for TIM-1-signalinterferens.
Konkurrerende interesser
Der er ingen potentielle konkurrerende interesser at oplyse.
Anerkendelser
Dette arbejde blev støttet af bevillinger fra National Key Technology R&D Program (nr. 2015BAI12B12) og National Natural Science Foundation of China (nr. 81171653, 31428005, 31570877, og 31570908).