Regolazione immunitaria ed effetto antitumorale di TIM-1
Abstract
Le cellule T svolgono un ruolo importante nell’immunità antitumorale, e il dominio dell’immunoglobulina delle cellule T e la proteina-1 del dominio della mucina (TIM-1) sulla sua superficie, come molecola costimolatoria, ha un forte effetto regolatore sulle cellule T. TIM-1 può regolare e migliorare la risposta immunitaria di tipo 1 dell’associazione tumorale. Pertanto, le vie costimolatorie di TIM-1 possono essere un promettente obiettivo terapeutico nella futura immunoterapia dei tumori. Questa recensione descrive la regolazione immunitaria e l’effetto antitumorale di TIM-1.
1. Introduzione
La soppressione immunitaria è un fattore importante per l’evasione immunitaria del tumore. In generale, i sistemi immunitari dei pazienti con tumore hanno spesso funzioni inibitorie eccessive, che sono indotte da cellule T regolatorie (Tregs), cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSC), o la secrezione di citochine immunosoppressive, come il fattore di crescita tumorale-β (TGF-β) e l’interleuchina-10 (IL-10). Queste condizioni costituiscono un microambiente estremamente favorevole per la progressione del tumore. Pertanto, è importante trovare nuovi obiettivi per invertire il microambiente di immunosoppressione.
L’identificazione di nuove classi di molecole costimolatorie fornisce nuove entusiasmanti opportunità per indurre e migliorare l’efficace risposta immunitaria endogena al cancro. TIM-1, un membro chiave e una molecola costimolatoria della famiglia delle immunoglobuline mucine delle cellule T (TIM), è espresso sulla superficie delle cellule T. Può promuovere l’attivazione e la proliferazione delle cellule T e la secrezione di citochine, che svolgono ruoli critici nell’immunità tumorale. I nostri studi preliminari hanno dimostrato che TIM-1 può essere un nuovo candidato tumorale molecola costimolatoria terapeutica, perché può direttamente migliorare le funzioni delle cellule T CD8+ e/o delle cellule NK, così come alterare il microambiente tumorale per una più efficace risposta immunitaria antitumorale (dati non mostrati). Questa revisione cerca di descrivere come TIM-1 regola la funzione immunitaria e prende parte alle risposte immunitarie antitumorali e illustra il meccanismo di regolazione immunitaria.
2. Struttura e funzione di base di TIM-1
Nell’uomo, ci sono tre membri (TIM-1, TIM-3, e TIM-4) situati nella regione del cromosoma umano 5q33.2. Nel topo, la famiglia TIM consiste di otto membri (TIM 1-8) situati nella regione 11B1.1 del cromosoma. I geni della famiglia TIM umana e del topo sono altamente omologhi. Come altri membri TIM, TIM-1 è simile nella struttura alla proteina di membrana di tipo 1, che consiste in un dominio N-terminale ricco di Cys dell’immunoglobulina variabile (IgV-), un dominio simile alla mucina, un dominio transmembrana e una coda intracellulare. La coda intracellulare di TIM-1 contiene motivi di fosforilazione della tirosina che sono coinvolti nel segnale transmembrana.
L’espressione di TIM-1 umano è stata rilevata per la prima volta nel rene danneggiato e chiamata molecola di lesione renale umana-1 (KIM-1). Studi precedenti hanno indicato che le mutazioni del gene TIM-1 in vivo nell’uomo e nel topo sono associate ad alcune malattie allergiche. L’espressione anormale di TIM-1 è legata ad alcune malattie autoimmuni. Negli ultimi anni, lo studio ha trovato che TIM-1 è principalmente espresso sulle superfici delle cellule T CD4 +, cellule T CD8 +, cellule NK, macrofagi, DCs, cellule B, e mastociti. Inoltre, si è anche scoperto che TIM-1 è espresso nei tessuti linfoidi e ha confermato che TIM-1 può promuovere la produzione di citochine e migliorare la risposta immunitaria indotta dall’antigene delle cellule T. Pertanto, TIM-1 può essere una potenziale molecola costimolatoria per migliorare la risposta immunitaria antitumorale.
3. Regolazione immunitaria di TIM-1
TIM-1 è una molecola costimolatoria altamente efficiente, che può migliorare la formazione di CD3-TCR con anticorpo agonistico anti-TIM-1 coinvolto nell’attivazione delle cellule T. I principali ligandi di TIM-1 sono TIM-4 e fosfatidilserina (PS). TIM-4 è espresso sulla superficie delle cellule che presentano l’antigene (APC) come macrofagi e cellule dendritiche, funzionando come un ligando endogeno di TIM-1. TIM-4 può promuovere l’attivazione delle cellule T, la proliferazione e la produzione di citochine legandosi a TIM-1, che media la regolazione positiva delle cellule T e innesca la risposta immunitaria con effetto costimolatorio. PS è un altro importante ligando di TIM-1 e può attivare le cellule NKT legandosi a TIM-1 sulla superficie delle cellule NKT. Inoltre, P-selectin e S-selectin sono anche potenziali ligandi per TIM-1 e possono svolgere un ruolo nell’infiammazione e nelle malattie autoimmuni. Questa via di segnale è strettamente legata alla migrazione delle cellule Th1 e Th17 nei vasi sanguigni.
La funzione biologica di TIM-1 dipende principalmente dai linfociti. TIM-1 nelle cellule T CD4+ può upregolare il segnale di attivazione delle cellule T interagendo con il recettore delle cellule T (TCR), che promuove l’effetto sinergico di TIM-1. Nella regolazione immunitaria, la regolazione positiva e negativa di TIM-1 sono essenziali per il mantenimento dell’omeostasi immunitaria. La regolazione immunitaria di TIM-1 dipende principalmente dai suoi ligandi. È stato riportato che i mAb TIM-1 agonistici (clone 3B3 e clone 1H8.2) aumentano le risposte immunitarie mediate dalle cellule T, mentre un anticorpo antagonista inibisce le risposte immunitarie attraverso le cellule B regolatorie. L’anticorpo monoclonale TIM-1 agonistico può promuovere la proliferazione delle cellule T CD8+ in vitro e migliorare la loro funzione biologica. I diversi effetti dei TIM-1 mAbs agonistici e antagonistici in vivo possono essere dovuti al fatto che diversi TIM-1 mAbs forniscono segnali qualitativamente e quantitativamente diversi alle cellule T e B. La segnalazione TIM-1 sulle cellule B è importante per mantenere la normale omeostasi del sistema immunitario e prevenire l’autoimmunità sistemica. Nelle cellule T CD4+, le molecole TIM-1 legate con mAbs TIM-1 agonistici o altri ligandi agonistici possono produrre un forte segnale di costimolazione per attivare le cellule T, promuovere la differenziazione e la proliferazione delle cellule T in vivo, attivare la produzione di citochine e migliorare la risposta immunitaria indotta dall’antigene delle cellule T. Studi precedenti hanno scoperto che l’inibizione del segnale TIM-1 delle cellule T CD4+ può ridurre il livello dei globuli bianchi e la produzione di mediatori infiammatori, che può ridurre il danno tissutale causato da reazioni infiammatorie eccessive.
La regolazione negativa della funzione immunitaria di TIM-1 nelle cellule B svolge un ruolo chiave nella prevenzione del rigetto immunitario. L’inibizione della segnalazione TIM-1-Fc inibisce la differenziazione e la funzione delle cellule T CD4+ e riduce ulteriormente le reazioni croniche di rigetto. Zhang et al. hanno scoperto che la soppressione del segnale TIM-1 nelle cellule T CD4+ può inibire l’attività dei macrofagi e ridurre la lesione del fegato trapiantato in un modello murino. TIM-1 è anche una molecola chiave nella regolazione del rigetto immunitario del trapianto allogenico, e la carenza funzionale di TIM-1 è anche uno dei meccanismi delle malattie autoimmuni. Le espressioni di TIM-3 e TIM-1 sulla superficie dei mastociti del topo promuovono la secrezione di IL-13, IL-6 e IL-4, indicando che i mastociti regolano anche la funzione immunitaria attraverso i membri TIM. Lo studio ha anche scoperto che l’inibizione del segnale TIM-1 può ridurre l’infiltrazione delle cellule T nei tessuti cutanei allergici e nei tessuti delle malattie autoimmuni, e la carenza di TIM-1 riduce l’incidenza dell’asma allergico in un modello murino. Pertanto, TIM-1 può anche essere collegato al meccanismo molecolare delle malattie allergiche.
4. TIM-1 per l’immunità contro il cancro
La risposta immunitaria di tipo 1, mediata dalle cellule Th1, dai linfociti T citotossici (CTL), dalle cellule NK, dalle cellule NKT e dalle cellule T gamma delta, è considerata una componente critica dell’immunità mediata dalle cellule contro il tumore. Le cellule T CD8+ sono importanti sottoinsiemi di cellule T nella risposta immunitaria specifica. Sono le cellule effettrici finali per uccidere il tumore e inibire la progressione del tumore in vivo, che sono ampiamente utilizzate nell’immunoterapia adottiva del tumore. Nell’uomo, la presenza di cellule Th1 e CTL nel tumore può essere un indicatore prognostico favorevole. Tuttavia, molte cellule T infiltranti Th1 e CD8+ del tumore sono in uno stato di non risposta a causa di meccanismi locali e sistemici di soppressione immunitaria nei pazienti affetti da cancro così come nei topi portatori di tumore e svolgono anche un ruolo protettivo per il tumore. La mancanza di costimolazione dei linfociti di tipo 1 è il meccanismo principale alla base della tolleranza immunitaria indotta dal tumore. Così, gli anticorpi agonistici contro i recettori costimolatori come 4-1BB e CD40 hanno mostrato promettenti effetti antitumorali in vari modelli preclinici di tumore, che sono valutati in studi clinici. Il segnale di costimolazione gioca un ruolo importante nelle cellule T CD8+. Nel modello di lesione renale acuta indotta da cisplatino, il blocco del segnale TIM-1 può ridurre significativamente il numero di cellule T CD8+ e inibire la secrezione di IFN-γ, indicando che il segnale di costimolazione TIM-1 può migliorare l’effetto delle cellule T CD8+.
Nella famiglia TIM, ad oggi, è stato confermato che TIM-3 è legato al tumore e trovato che l’espressione di TIM-3 ha un’influenza importante sul microambiente tumorale. Tuttavia, abbiamo ancora un sacco di incognite per quanto riguarda gli effetti dell’immunità tumorale di TIM-1. Ci sono solo pochi articoli che possono essere recuperati, che riguardano l’effetto antitumorale di TIM-1, ma è stato determinato che TIM-1 può promuovere la proliferazione e la differenziazione delle cellule T legandosi a diversi ligandi agonistici. Uno studio ha dimostrato che la fosforilazione della tirosina TIM-1 può reclutare gli adattatori PI3K p85, che stimola l’attivazione e la funzione delle cellule T. Nel microambiente tumorale, le cellule effettrici, come le cellule T CD8+, partecipano direttamente alla risposta immunitaria e possono aumentare il riconoscimento dell’antigene, la proliferazione e la differenziazione di altre cellule effettrici.
La legatura della proteina transmembrana TIM-1 può costimolare l’attivazione delle cellule T attraverso la via di segnalazione PI3K. Gli anticorpi agonistici a TIM-1 sono anche in grado di indurre l’attivazione delle cellule T senza ulteriori stimoli; PI3K è un fattore importante nel mediare la segnalazione di TIM-1. È noto che la via di segnalazione PI3K/Akt/mTOR gioca un ruolo cruciale nella regolazione della crescita cellulare, della proliferazione e del metabolismo. Le cellule immunitarie e le cellule tumorali competono per l’energia. L’attivazione di alcune molecole di segnalazione strettamente legate al metabolismo energetico regola l’attivazione, la differenziazione e la funzione delle cellule T e migliora ulteriormente il riconoscimento dell’antigene, la proliferazione e la differenziazione delle cellule T. Finora, la via di segnalazione PI3K/Akt/mTOR è un bersaglio della terapia tumorale.
Il fattore di trascrizione T-bet/Eomes è coinvolto nella regolazione della funzione delle cellule T CD8+ e induce la differenziazione delle cellule T CD8+ in cellule T effettrici e di memoria centrale. Il livello di espressione di TIM-1 e T-bet/Eomes ha importanti effetti sulla regolazione della funzione biologica delle cellule T, e l’espressione di T-bet è strettamente correlata alla prognosi dei pazienti con tumore. Abbiamo analizzato 152 casi di pazienti con cancro gastrico e abbiamo scoperto che l’espressione di T-bet è strettamente correlata alla sopravvivenza dei pazienti con tumore. Il numero di cellule T positive a T-bet nei tessuti tumorali ha un effetto significativo sulla prognosi dei pazienti. T-bet/Eomes, che stimola l’attivazione e la differenziazione delle cellule T CD8+, è significativamente upregolato nel tumore del terzo giorno dopo l’ablazione a radiofrequenza (RFA), e il livello di espressione di TIM-1 nelle cellule T CD8+ infiltranti è significativamente upregolato. Nei topi modello di tumore T-bet/Eomes doppio knockout, è stato trovato che l’espressione di TIM-1 è molto bassa nelle cellule T CD8+ infiltranti stimolate dall’antigene tumorale, mentre nei topi wild type è significativamente upregolata (dati non mostrati). Attualmente, si ritiene che TIM-1 migliori la secrezione di alcune citochine come IL-4 e IFN-γ . La risposta immunitaria di tipo 1 dell’attivazione delle cellule T mediata da TIM-1 è associata all’immunità tumorale attraverso il fattore di trascrizione T-bet/Eomes e la via di segnale PI3K (Figura 1).
5. Prospettiva
Ipotizziamo che TIM-1, una nuova molecola costimolatoria candidata al trattamento dei tumori, non solo aumenta direttamente l’effetto antitumorale delle cellule T CD8+ e delle cellule NK, ma cambia anche il microambiente tumorale per indurre una risposta immunitaria antitumorale più efficace. Come molecola bersaglio, può avere una buona prospettiva di applicazione nella ricerca clinica sul cancro. Inoltre, l’anticorpo monoclonale agonistico anti-TIM-1 o altri ligandi possono migliorare la funzione delle cellule T, aumentare le cellule T CD8+ e le cellule NK, ridurre le MDSC nei tessuti tumorali e inibire la crescita tumorale (dati non mostrati). È importante definire la modalità d’azione e determinare se le cellule T CD8+ e le cellule NK mediano l’effetto antitumorale dei TIM-1 mAbs agonistici in vivo. Questi possono fornire una base teorica per costruire un nuovo modello di terapia tumorale di interferenza del segnale TIM-1.
Interessi concorrenti
Non ci sono potenziali interessi concorrenti da rivelare.
Riconoscimenti
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del National Key Technology R&D Program (n. 2015BAI12B12) e la National Natural Science Foundation of China (n. 81171653, 31428005, 31570877, e 31570908).