TIM-1:n immunologinen säätely ja kasvainvastainen vaikutus
Abstract
T-soluilla on tärkeä rooli kasvainvastaiseen immuniteettiin, ja sen pinnalla olevalla T-solujen immunoglobuliinidomeenilla ja musiinidomeeniproteiini-1:llä (TIM-1), joka on kustannusmuodostava molekyyli, on voimakas säätelyvaikutus T-soluihin. TIM-1 voi säädellä ja tehostaa kasvainyhteisön tyypin 1 immuunivastetta. Siksi TIM-1-kostimulatoriset reitit voivat olla lupaava terapeuttinen kohde tulevassa kasvainten immunoterapiassa. Tässä katsauksessa kuvataan TIM-1:n immuunisäätelyä ja kasvainvastaista vaikutusta.
1. Johdanto
Immuunisuppressio on tärkeä tekijä kasvaimen immuunipuolustuksen kiertämisessä. Yleisesti ottaen kasvainpotilaiden immuunijärjestelmillä on usein liiallisia estäviä toimintoja, joita indusoivat regulatoriset T-solut (Treg), myelooiset suppressorisolut (MDSC) tai immunosuppressiivisten sytokiinien, kuten tuumorikasvutekijä-β:n (TGF-β) ja interleukiini-10:n (IL-10), eritys. Nämä olosuhteet muodostavat erittäin suotuisan mikroympäristön kasvaimen etenemiselle. Siksi on tärkeää löytää uusia kohteita immunosuppressiivisen mikroympäristön kääntämiseksi.
Kostimulatoristen molekyylien uusien luokkien tunnistaminen tarjoaa uusia jännittäviä mahdollisuuksia tehokkaan endogeenisen immuunivasteen aikaansaamiseksi ja tehostamiseksi syöpää vastaan. TIM-1, joka on T-solujen immunoglobuliinimusiiniperheen (TIM) keskeinen jäsen ja kostimulatorinen molekyyli, ilmentyy T-solujen pinnalla. Se voi edistää T-solujen aktivoitumista ja lisääntymistä sekä sytokiinien eritystä, joilla on kriittinen rooli kasvainimmuniteetissa. Alustavat tutkimuksemme ovat osoittaneet, että TIM-1 voi olla uusi kasvainten terapeuttinen costimulatorinen molekyyli, koska se voi suoraan tehostaa CD8+ T-solujen ja/tai NK-solujen toimintaa sekä muuttaa kasvaimen mikroympäristöä tehokkaamman kasvainvastaisen immuunivasteen aikaansaamiseksi (tietoja ei ole esitetty). Tässä katsauksessa pyritään kuvaamaan, miten TIM-1 säätelee immuunitoimintaa ja osallistuu kasvaimen vastaiseen immuunivasteeseen, sekä havainnollistamaan immuunisäätelyn mekanismia.
2. TIM-1:n rakenne ja perustoiminta
Ihmisellä on kolme jäsentä (TIM-1, TIM-3 ja TIM-4), jotka sijaitsevat ihmisen kromosomin 5q33.2 alueella. Hiirellä TIM-perheeseen kuuluu kahdeksan jäsentä (TIM:t 1-8), jotka sijaitsevat kromosomin 11B1.1 alueella. Ihmisen ja hiiren TIM-perheen geenit ovat hyvin homologisia . Muiden TIM-jäsenten tavoin TIM-1 on rakenteeltaan samankaltainen kuin tyypin 1 kalvoproteiini, joka koostuu N-terminaalisesta Cys-rikkaasta IgV:n kaltaisesta immunoglobuliinin (immunoglobulin variable-) kaltaisesta domeenista, musiinin kaltaisesta domeenista, transmembraanidomeenista ja solunsisäisestä hännästä . TIM-1:n solunsisäinen häntä sisältää tyrosiinifosforylaatiomotiiveja, jotka osallistuvat transmembraaniseen signaaliin .
Ihmisen TIM-1:n ilmentyminen havaittiin ensimmäisen kerran vaurioituneissa munuaisissa, ja se nimettiin ihmisen munuaisvauriomolekyyliksi-1 (KIM-1) . Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että in vivo TIM-1-geenin mutaatiot ihmisessä ja hiiressä liittyvät joihinkin allergisiin sairauksiin . TIM-1:n epänormaali ilmentyminen liittyy joihinkin autoimmuunisairauksiin . Viime vuosina tutkimuksissa on havaittu, että TIM-1 ilmentyy pääasiassa CD4+ T-solujen, CD8+ T-solujen, NK-solujen, makrofagien, DC-solujen, B-solujen ja syöttösolujen pinnoilla. Lisäksi on myös havaittu, että TIM-1 ilmentyy imukudoksissa, ja vahvistettu, että TIM-1 voi edistää sytokiinien tuotantoa ja tehostaa T-solujen antigeenin aiheuttamaa immuunivastetta. Siksi TIM-1 voi olla potentiaalinen costimulatorinen molekyyli, joka tehostaa kasvaimen vastaista immuunivastetta .
3. TIM-1:n immuunisäätely
TIM-1 on erittäin tehokas costimulatorinen molekyyli, joka voi tehostaa CD3-TCR:n muodostumista agonistisen anti-TIM-1-vasta-aineen kanssa, joka on osallisena T-solujen aktivoinnissa . TIM-1:n tärkeimmät ligandit ovat TIM-4 ja fosfatidyyliseriini (PS) . TIM-4 ilmentyy antigeenin esittelevien solujen (APC), kuten makrofagien ja dendriittisolujen, pinnalla, ja se toimii TIM-1:n endogeenisena ligandina. TIM-4 voi edistää T-solujen aktivoitumista, proliferaatiota ja sytokiinituotantoa sitoutumalla TIM-1:een, joka välittää T-solujen positiivista säätelyä ja laukaisee immuunivasteen costimulatorisella vaikutuksella . PS on toinen tärkeä TIM-1:n ligandi, ja se voi aktivoida NKT-soluja sitoutumalla TIM-1:een NKT-solujen pinnalla . Lisäksi P- ja S-selektiini ovat myös potentiaalisia TIM-1:n ligandeja, ja niillä voi olla merkitystä tulehduksessa ja autoimmuunisairauksissa. Tämä signaalireitti liittyy läheisesti Th1- ja Th17-solujen migraatioon verisuonissa .
TIM-1:n biologinen toiminta riippuu pääasiassa lymfosyyteistä. CD4+ T-solujen TIM-1 voi säädellä T-solujen aktivointisignaalia vuorovaikutuksessa T-solureseptorin (TCR) kanssa, mikä edistää TIM-1:n synergististä vaikutusta . Immuunisäätelyssä TIM-1:n positiivinen ja negatiivinen säätely ovat välttämättömiä immuunijärjestelmän homeostaasin ylläpitämiseksi. TIM-1:n immuunisäätely riippuu pääasiassa sen ligandeista . On raportoitu, että agonistiset TIM-1 mAb:t (klooni 3B3 ja klooni 1H8.2) lisäävät T-solujen välittämiä immuunivasteita, kun taas antagonistinen vasta-aine estää immuunivasteet B-solujen kautta . Agonistinen TIM-1-monoklonaalinen vasta-aine voi edistää CD8+ T-solujen lisääntymistä in vitro ja parantaa niiden biologista toimintaa . Agonististen ja antagonististen TIM-1-ma-vasta-aineiden erilaiset vaikutukset in vivo voivat johtua siitä, että eri TIM-1-ma-vasta-aineet antavat laadullisesti ja määrällisesti erilaisia signaaleja T- ja B-soluille. B-solujen TIM-1-signalointi on tärkeää immuunijärjestelmän normaalin homeostaasin ylläpitämisessä ja systeemisen autoimmuniteetin ehkäisemisessä . CD4+ T-soluissa TIM-1-molekyylit, jotka on sidottu agonistisiin TIM-1 mAbs -molekyyleihin tai muihin agonistisiin ligandeihin, voivat tuottaa voimakkaan kustannusstimulaatiosignaalin T-solujen aktivoimiseksi, edistää T-solujen erilaistumista ja lisääntymistä in vivo, aktivoida sytokiinien tuotantoa ja tehostaa antigeenin indusoimaa T-solujen immuunivastetta . Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että CD4+ T-solun TIM-1-signaalin estäminen voi vähentää veren valkosolujen määrää ja tulehdusvälittäjäaineiden tuotantoa, mikä voi vähentää liiallisten tulehdusreaktioiden aiheuttamia kudosvaurioita .
TIM-1:n immuunitoiminnan negatiivisella säätelyllä B-soluissa on keskeinen rooli immuunihyljinnän estämisessä . TIM-1-Fc-signaloinnin estäminen estää CD4+ T-solujen erilaistumista ja toimintaa ja vähentää edelleen kroonisia hyljintäreaktioita . Zhang ym. ovat havainneet, että CD4+ T-solujen TIM-1-signaalin tukahduttaminen voi estää makrofagien toimintaa ja vähentää siirretyn maksan vaurioita hiirimallissa . TIM-1 on myös keskeinen molekyyli allogeenisen elinsiirron immuunihyljinnän säätelyssä, ja TIM-1:n toiminnallinen puute on myös yksi autoimmuunisairauksien mekanismeista. TIM-3:n ja TIM-1:n ilmentymät hiiren syöttösolujen pinnalla edistävät IL-13:n, IL-6:n ja IL-4:n eritystä, mikä osoittaa, että syöttösolut säätelevät immuunitoimintaa myös TIM-jäsenten kautta. Tutkimuksessa havaittiin myös, että TIM-1-signaalin estäminen voi vähentää T-solujen tunkeutumista allergisiin ihokudoksiin ja autoimmuunisairauksien kudoksiin , ja TIM-1:n puute vähentää allergisen astman esiintyvyyttä hiirimallissa . Näin ollen TIM-1 voi liittyä myös allergisten sairauksien molekyylimekanismiin.
4. TIM-1 syöpäimmuniteetissa
Tyypin 1 immuunivaste, jota välittävät Th1-solut, sytotoksiset T-lymfosyytit (CTL:t), NK-solut, NKT-solut ja gammadeltasolut, katsotaan kriittiseksi osatekijäksi soluvälitteisessä immuniteetissa kasvainta vastaan. CD8+ T-solut ovat tärkeitä T-solujen alaryhmiä spesifisessä immuunivasteessa. Ne ovat lopullisia efektorisoluja, jotka tappavat kasvaimen ja estävät kasvaimen etenemistä in vivo, ja niitä käytetään laajalti kasvaimen adoptiivisessa immunoterapiassa . Ihmisillä Th1-solujen ja CTL-solujen esiintyminen kasvaimessa voi olla suotuisa ennusteellinen indikaattori . Monet kasvaimeen tunkeutuvat Th1- ja CD8+ T-solut ovat kuitenkin syöpäpotilailla ja kasvainta kantavilla hiirillä paikallisista ja systeemisistä immuunisuppressiomekanismeista johtuen reagoimattomia, ja niillä on jopa kasvainta suojaava rooli . Tyypin 1 lymfosyyttien kustannussimulaation puute on tärkein kasvaimen aiheuttaman immuunitoleranssin taustalla oleva mekanismi . Niinpä agonistiset vasta-aineet costimulatorisia reseptoreita, kuten 4-1BB:tä ja CD40:tä, vastaan ovat osoittaneet lupaavia kasvainvastaisia vaikutuksia erilaisissa prekliinisissä kasvainmalleissa, joita arvioidaan kliinisissä tutkimuksissa. Kostimulaatiosignaalilla on tärkeä rooli CD8+ T-soluissa . Sisplatiinin aiheuttaman akuutin munuaisvaurion mallissa TIM-1-signaalin estäminen voi vähentää merkittävästi CD8+ T-solujen määrää ja estää IFN-γ:n eritystä, mikä osoittaa, että TIM-1-kostimulaatiosignaali voi parantaa CD8+ T-solujen vaikutusta .
TIM-perheessä on tähän mennessä vahvistettu, että TIM-3 liittyy kasvaimeen, ja todettu, että TIM-3:n ilmentymisellä on tärkeä vaikutus kasvaimen mikroympäristöön . Meillä on kuitenkin vielä paljon tuntemattomia TIM-1:n kasvainimmuniteetin vaikutuksista. On vain muutamia artikkeleita, jotka voidaan hakea, jotka koskevat TIM-1:n kasvainvastaista vaikutusta, mutta on todettu, että TIM-1 voi edistää T-solujen lisääntymistä ja erilaistumista sitoutumalla erilaisiin agonistisiin ligandeihin . Eräässä tutkimuksessa on osoitettu, että TIM-1:n tyrosiinifosforylaatio voi rekrytoida PI3K-adapterin p85, joka stimuloi T-solujen aktivoitumista ja toimintaa . Kasvaimen mikroympäristössä efektorisolut, kuten CD8+ T-solut, osallistuvat suoraan immuunivasteeseen ja voivat tehostaa muiden efektorisolujen antigeenintunnistusta, proliferaatiota ja erilaistumista.
Transmembraaniproteiini TIM-1:n migraatio voi kustannustimuloida T-solujen aktivoitumista PI3K-signalointireitin kautta. TIM-1:n agonistiset vasta-aineet kykenevät myös indusoimaan T-solujen aktivaation ilman lisästimulaatiota; PI3K on tärkeä tekijä TIM-1-signaloinnin välittämisessä . On tiedetty, että PI3K/Akt/mTOR-signalointireitillä on keskeinen rooli solujen kasvun, lisääntymisen ja aineenvaihdunnan säätelyssä. Immuunisolut ja kasvainsolut kilpailevat energiasta. Joidenkin energia-aineenvaihduntaan läheisesti liittyvien signalointimolekyylien aktivoituminen säätelee T-solujen aktivoitumista, erilaistumista ja toimintaa ja tehostaa edelleen T-solujen antigeenin tunnistamista, lisääntymistä ja erilaistumista. Toistaiseksi PI3K/Akt/mTOR-signalointireitti on kasvainhoidon kohde .
Transkriptiotekijä T-bet/Eomes osallistuu CD8+ T-solujen toiminnan säätelyyn ja indusoi CD8+ T-solujen erilaistumisen efektori- ja keskusmuisti-T-soluiksi . TIM-1:n ja T-bet/Eomesin ilmentymistasolla on tärkeitä vaikutuksia T-solujen biologisen toiminnan säätelyyn, ja T-betin ilmentyminen liittyy läheisesti kasvainpotilaiden ennusteeseen . Olemme analysoineet 152 mahasyöpäpotilaan tapausta ja todenneet, että T-betin ilmentyminen liittyy läheisesti kasvainpotilaiden eloonjäämiseen. T-bet-positiivisten T-solujen määrällä kasvainkudoksissa on merkittävä vaikutus potilaiden ennusteeseen . T-bet/Eomes, joka stimuloi CD8+ T-solujen aktivoitumista ja erilaistumista, on merkittävästi säännelty kasvaimessa kolmantena päivänä radiotaajuusablaation (RFA) jälkeen, ja TIM-1:n ilmentymistaso tunkeutuvissa CD8+ T-soluissa on merkittävästi säännelty. T-bet/Eomes-kaksoiskopiotuumorimallihiirillä on havaittu, että TIM-1:n ilmentyminen on hyvin vähäistä kasvainantigeenin stimuloimissa infiltroivissa CD8+ T-soluissa, ja villityyppisillä hiirillä se on merkittävästi säännelty (tietoja ei ole esitetty). Tällä hetkellä TIM-1:n katsotaan parantavan joidenkin sytokiinien, kuten IL-4:n ja IFN-γ:n, eritystä. TIM-1-välitteisen T-solujen aktivaation aiheuttama tyypin 1 immuunivaste liittyy kasvaimen immuniteettiin transkriptiotekijä T-bet/Eomesin ja PI3K-signaalireitin kautta (kuva 1).
5. Tulevaisuudennäkymät
Epäilemme, että TIM-1, uusi kasvainten hoitoon soveltuva kustannusmuodostava molekyyliehdokas, ei ainoastaan suoraan tehosta CD8+ T-solujen ja NK-solujen kasvainvastaista vaikutusta, vaan myös muuttaa kasvaimen mikroympäristöä indusoidakseen tehokkaamman kasvainvastaisen immuunivasteen. Kohdemolekyylinä sillä voi olla hyvät käyttömahdollisuudet kliinisessä syöpätutkimuksessa. Lisäksi agonistinen monoklonaalinen anti-TIM-1-vasta-aine tai muut ligandit voivat parantaa T-solujen toimintaa , lisätä CD8+ T-solujen ja NK-solujen määrää, vähentää MDSC:n määrää kasvainkudoksissa ja estää kasvaimen kasvua (tietoja ei ole esitetty). On tärkeää määritellä toimintatapa ja selvittää, välittävätkö CD8+ T-solut ja NK-solut agonististen TIM-1 mAb:iden kasvainvastaista vaikutusta in vivo. Nämä voivat tarjota teoreettisen perustan uuden kasvainhoitomallin rakentamiselle TIM-1-signaalin häirinnästä.
Kilpailevat etunäkökohdat
Potentiaalisia kilpailevia etunäkökohtia ei ole julkistettavana.
Kiitokset
Tätä työtä on tuettu apurahoilla kansallisesta avainteknologian R&D-ohjelmasta (nro 2015BAI12B12) ja Kiinan kansallisesta luonnontieteellisestä säätiöstä (nro 81171653, 31428005, 31570877 ja 31570908).