Imunitní regulace a protinádorový účinek TIM-1
Abstrakt
T buňky hrají důležitou roli v protinádorové imunitě a imunoglobulinová doména T buněk a mucinová doména proteinu-1 (TIM-1) na jejich povrchu má jako kostimulační molekula silný regulační účinek na T buňky. TIM-1 může regulovat a posilovat imunitní odpověď 1. typu nádorové asociace. Kostimulační dráhy TIM-1 proto mohou být slibným terapeutickým cílem v budoucí imunoterapii nádorů. Tento přehled popisuje imunitní regulaci a protinádorový účinek TIM-1.
1. Úvod
Imunitní suprese je důležitým faktorem pro imunitní únik nádoru. Obecně platí, že imunitní systém pacientů s nádory má často nadměrné inhibiční funkce, které jsou vyvolány regulačními T-lymfocyty (Tregs), myeloidními supresorovými buňkami (MDSC) nebo sekrecí imunosupresivních cytokinů, jako je nádorový růstový faktor-β (TGF-β) a interleukin-10 (IL-10). Tyto podmínky představují mimořádně příznivé mikroprostředí pro progresi nádoru . Proto je důležité najít nové cíle pro zvrácení imunosupresivního mikroprostředí.
Identifikace nových tříd kostimulačních molekul poskytuje nové vzrušující možnosti pro navození a posílení účinné endogenní imunitní odpovědi na rakovinu. TIM-1, klíčový člen a kostimulační molekula z rodiny T buněčných imunoglobulinových mucinů (TIM), je exprimován na povrchu T buněk. Může podporovat aktivaci a proliferaci T buněk a sekreci cytokinů, které hrají klíčovou roli v nádorové imunitě . Naše předběžné studie ukázaly, že TIM-1 může být novou kandidátskou kostimulační molekulou pro léčbu nádorů, protože může přímo posilovat funkce CD8+ T buněk a/nebo NK buněk a také měnit mikroprostředí nádoru pro účinnější protinádorovou imunitní odpověď (údaje nejsou uvedeny). Tento přehled se snaží popsat, jak TIM-1 reguluje imunitní funkce a podílí se na protinádorových imunitních odpovědích, a ilustruje mechanismus imunitní regulace.
2. Struktura a základní funkce TIM-1
U člověka se v oblasti lidského chromozomu 5q33.2 nacházejí tři členové (TIM-1, TIM-3 a TIM-4). U myší se rodina TIM skládá z osmi členů (TIMs 1-8), kteří se nacházejí v oblasti chromozomu 11B1.1. Geny lidské a myší rodiny TIM jsou vysoce homologní . Stejně jako ostatní členové TIM má TIM-1 podobnou strukturu jako membránový protein typu 1, který se skládá z N-koncové Cys bohaté domény podobné imunoglobulinu variabilnímu (IgV), domény podobné mucinu, transmembránové domény a intracelulárního ocasu . Intracelulární ocas TIM-1 obsahuje tyrozinové fosforylační motivy, které se podílejí na transmembránovém signálu .
Exprese lidského TIM-1 byla poprvé zjištěna v poškozených ledvinách a nazvána lidská molekula pro poškození ledvin-1 (KIM-1) . Předchozí studie naznačily, že mutace genu TIM-1 in vivo u člověka a myši jsou spojeny s některými alergickými onemocněními . Abnormální exprese TIM-1 souvisí s některými autoimunitními chorobami . V posledních letech studie zjistily, že TIM-1 je exprimován především na povrchu CD4+ T buněk, CD8+ T buněk, NK buněk, makrofágů, DC, B buněk a žírných buněk . Kromě toho se také zjistilo, že TIM-1 je exprimován v lymfatických tkáních, a potvrdilo se, že TIM-1 může podporovat produkci cytokinů a zvyšovat antigenem indukovanou imunitní odpověď T buněk . TIM-1 proto může být potenciální kostimulační molekulou pro zvýšení protinádorové imunitní odpovědi .
3. Imunitní regulace TIM-1
TIM-1 je vysoce účinná kostimulační molekula, která může zvýšit tvorbu CD3-TCR s agonistickou protilátkou anti-TIM-1 zapojenou do aktivace T buněk . Hlavními ligandy TIM-1 jsou TIM-4 a fosfatidylserin (PS) . TIM-4 je exprimován na povrchu antigen prezentujících buněk (APC), jako jsou makrofágy a dendritické buňky, a funguje jako endogenní ligand TIM-1 . TIM-4 může podporovat aktivaci, proliferaci a produkci cytokinů T buněk vazbou na TIM-1, který zprostředkovává pozitivní regulaci T buněk a spouští imunitní odpověď s kostimulačním účinkem . PS je dalším důležitým ligandem TIM-1 a může aktivovat buňky NKT vazbou na TIM-1 na povrchu buněk NKT . Kromě toho jsou P-selektin a S-selektin také potenciálními ligandy pro TIM-1 a mohou hrát roli při zánětu a autoimunitních onemocněních. Tato signální dráha úzce souvisí s migrací buněk Th1 a Th17 v cévách .
Biologická funkce TIM-1 závisí především na lymfocytech. TIM-1 v CD4+ T buňkách může zvýšit aktivační signál T buněk interakcí s T buněčným receptorem (TCR), což podporuje synergický účinek TIM-1 . V imunitní regulaci jsou pozitivní a negativní regulace TIM-1 zásadní pro udržení imunitní homeostázy. Imunitní regulace TIM-1 závisí především na jeho ligandech . Bylo zjištěno, že agonistické mAbs TIM-1 (klon 3B3 a klon 1H8.2) zvyšují imunitní odpovědi zprostředkované T buňkami, zatímco antagonistická protilátka inhibuje imunitní odpovědi prostřednictvím regulačních B buněk . Agonistická monoklonální protilátka TIM-1 může podporovat proliferaci CD8+ T buněk in vitro a zvyšovat jejich biologickou funkci . Rozdílné účinky agonistických a antagonistických mAb TIM-1 in vivo mohou být způsobeny tím, že různé mAb TIM-1 dodávají T-buňkám a B-buňkám kvalitativně a kvantitativně odlišné signály. Signalizace TIM-1 na B buňkách je důležitá pro udržení normální homeostázy imunitního systému a prevenci systémové autoimunity . U CD4+ T buněk mohou molekuly TIM-1 navázané agonistickými TIM-1 mAbs nebo jinými agonistickými ligandy vytvářet silný kostimulační signál, který aktivuje T buňky, podporuje diferenciaci a proliferaci T buněk in vivo, aktivuje produkci cytokinů a zvyšuje antigenem indukovanou imunitní odpověď T buněk . Předchozí studie zjistily, že inhibice signálu TIM-1 CD4+ T buněk může snížit hladinu bílých krvinek a produkci zánětlivých mediátorů, což může snížit poškození tkání způsobené nadměrnými zánětlivými reakcemi .
Negativní regulace imunitní funkce TIM-1 v B buňkách hraje klíčovou roli v prevenci imunitní rejekce . Inhibice signalizace TIM-1-Fc inhibuje diferenciaci a funkci CD4+ T buněk a dále snižuje chronické rejekční reakce . Zhang a spol. zjistili, že potlačení signálu TIM-1 v buňkách CD4+ T může inhibovat aktivitu makrofágů a snížit poškození transplantovaných jater na myším modelu . TIM-1 je také klíčovou molekulou v regulaci imunitní rejekce alogenní transplantace , a funkční nedostatek TIM-1 je také jedním z mechanismů autoimunitních onemocnění . Exprese TIM-3 a TIM-1 na povrchu myších žírných buněk podporuje sekreci IL-13, IL-6 a IL-4, což naznačuje, že žírné buňky regulují imunitní funkce také prostřednictvím členů TIM . Studie také zjistila, že inhibice signálu TIM-1 může snížit infiltraci T buněk do alergických kožních tkání a tkání autoimunitních onemocnění , a nedostatek TIM-1 snižuje výskyt alergického astmatu na myším modelu . TIM-1 tedy může souviset i s molekulárním mechanismem alergických onemocnění.
4. TIM-1 pro nádorovou imunitu
Imunitní odpověď typu 1, zprostředkovaná buňkami Th1, cytotoxickými T lymfocyty (CTL), NK buňkami, NKT buňkami a gama delta T buňkami, je považována za kritickou složku buněčně zprostředkované imunity proti nádorům. CD8+ T-lymfocyty jsou důležitou podskupinou T-lymfocytů ve specifické imunitní odpovědi. Jsou konečnými efektorovými buňkami, které zabíjejí nádor a inhibují progresi nádoru in vivo a které jsou široce využívány v adoptivní imunoterapii nádorů . U člověka může být přítomnost Th1 buněk a CTL v nádoru příznivým prognostickým ukazatelem . Mnoho Th1 a CD8+ T buněk infiltrujících nádor je však u pacientů s rakovinou i u myší s nádorem ve stavu nereaktivity v důsledku lokálních a systémových mechanismů imunitní suprese a dokonce hrají pro nádor ochrannou roli . Nedostatek kostimulace lymfocytů typu 1 je hlavním mechanismem, který je základem imunitní tolerance vyvolané nádorem . Agonistické protilátky proti kostimulačním receptorům, jako jsou 4-1BB a CD40, proto prokázaly slibné protinádorové účinky na různých preklinických modelech nádorů, které jsou hodnoceny v klinických studiích. Kostimulační signál hraje důležitou roli u CD8+ T buněk . V modelu akutního poškození ledvin vyvolaného cisplatinou může blokování signálu TIM-1 významně snížit počet CD8+ T buněk a inhibovat sekreci IFN-γ, což naznačuje, že kostimulační signál TIM-1 může zvýšit účinek CD8+ T buněk .
V rodině TIM bylo dosud potvrzeno, že TIM-3 souvisí s nádorem, a zjištěno, že exprese TIM-3 má důležitý vliv na mikroprostředí nádoru . Stále však máme mnoho neznámých ohledně účinků TIM-1 na nádorovou imunitu. Lze vyhledat pouze několik článků, které se týkají protinádorového účinku TIM-1 , ale bylo zjištěno, že TIM-1 může podporovat proliferaci a diferenciaci T buněk vazbou na různé agonistické ligandy . Studie prokázala, že tyrozinová fosforylace TIM-1 může rekrutovat adaptory PI3K p85, které stimulují aktivaci a funkci T buněk . V nádorovém mikroprostředí se efektorové buňky, jako jsou CD8+ T buňky, přímo podílejí na imunitní odpovědi a mohou zvýšit rozpoznávání antigenů, proliferaci a diferenciaci dalších efektorových buněk.
Ligace transmembránového proteinu TIM-1 může kostimulovat aktivaci T buněk signální dráhou PI3K. Agonistické protilátky proti TIM-1 jsou také schopny vyvolat aktivaci T buněk bez dalších podnětů; PI3K je důležitým faktorem při zprostředkování signalizace TIM-1 . Je známo, že signální dráha PI3K/Akt/mTOR hraje klíčovou roli v regulaci buněčného růstu, proliferace a metabolismu. Imunitní a nádorové buňky spolu soupeří o energii. Aktivace některých signálních molekul úzce souvisejících s energetickým metabolismem reguluje aktivaci, diferenciaci a funkci T buněk a dále zvyšuje rozpoznávání antigenů, proliferaci a diferenciaci T buněk. Dosud je cílem nádorové terapie signální dráha PI3K/Akt/mTOR .
Transkripční faktor T-bet/Eomes se podílí na regulaci funkce CD8+ T buněk a indukuje diferenciaci CD8+ T buněk na efektorové a centrální paměťové T buňky . Úroveň exprese TIM-1 a T-bet/Eomes má významný vliv na regulaci biologické funkce T buněk a exprese T-bet úzce souvisí s prognózou pacientů s nádory . Analyzovali jsme 152 případů pacientů s rakovinou žaludku a zjistili jsme, že exprese T-bet úzce souvisí s přežitím pacientů s nádorem. Počet T-bet pozitivních T buněk v nádorové tkáni má významný vliv na prognózu pacientů . T-bet/Eomes, který stimuluje aktivaci a diferenciaci CD8+ T buněk, je významně zvýšen v nádoru třetí den po radiofrekvenční ablaci (RFA) a úroveň exprese TIM-1 v infiltrujících CD8+ T buňkách je významně zvýšena. U myší s modelem nádoru s dvojitým knockoutem T-bet/Eomes bylo zjištěno, že exprese TIM-1 je u infiltrujících CD8+ T buněk stimulovaných nádorovým antigenem velmi nízká a u myší divokého typu je významně zvýšená (údaje nejsou uvedeny). V současné době se má za to, že TIM-1 zlepšuje sekreci některých cytokinů, například IL-4 a IFN-γ . Imunitní odpověď typu 1 aktivace T buněk zprostředkovaná TIM-1 je spojena s nádorovou imunitou prostřednictvím transkripčního faktoru T-bet/Eomes a signální dráhy PI3K (obrázek 1).
5. Vlivem aktivace mTOR může docházet ke změně biologických funkcí T-lymfocytů. Perspektiva
Předpokládáme, že TIM-1, nová kandidátská kostimulační molekula pro léčbu nádorů, nejen přímo zvyšuje protinádorový účinek CD8+ T buněk a NK buněk, ale také mění mikroprostředí nádoru, aby vyvolala účinnější protinádorovou imunitní odpověď. Jako cílová molekula může mít dobré vyhlídky na využití v klinickém výzkumu rakoviny. Agonistická monoklonální protilátka anti-TIM-1 nebo jiné ligandy mohou navíc posílit funkci T buněk , zvýšit počet CD8+ T buněk a NK buněk, snížit MDSC v nádorových tkáních a inhibovat růst nádoru (údaje nejsou uvedeny). Je důležité definovat způsob účinku a určit, zda CD8+ T buňky a NK buňky zprostředkovávají protinádorový účinek agonistických mAb TIM-1 in vivo. Ty mohou poskytnout teoretický základ pro konstrukci nového modelu nádorové terapie interferencí signálu TIM-1.
Konkurenční zájmy
Není třeba zveřejňovat žádné potenciální konkurenční zájmy.
Poděkování
Tato práce byla podpořena granty Národního klíčového technologického programu R&D (č. 2015BAI12B12) a Čínské národní nadace pro přírodní vědy (č. 81171653, 31428005, 31570877 a 31570908).