Immune Regulation and Antitumor Effect of TIM-1
Abstract
Komórki T odgrywają ważną rolę w odporności przeciwnowotworowej, a domena immunoglobulinowa komórek T i domena mucynowa białka-1 (TIM-1) na ich powierzchni, jako cząsteczka kostymulująca, ma silny efekt regulacyjny na komórki T. TIM-1 może regulować i wzmacniać odpowiedź immunologiczną typu 1 stowarzyszenia nowotworów. Dlatego też szlaki kostymulacyjne TIM-1 mogą być obiecującym celem terapeutycznym w przyszłej immunoterapii nowotworów. Ten przegląd opisuje regulację immunologiczną i działanie przeciwnowotworowe TIM-1.
1. Introduction
Immune suppression is an important factor for immune evasion of tumor. Ogólnie rzecz biorąc, układy odpornościowe pacjentów z nowotworami często mają nadmierne funkcje hamujące, które są indukowane przez komórki T regulatorowe (Tregs), komórki supresorowe pochodzenia mieloidalnego (MDSCs) lub wydzielanie cytokin immunosupresyjnych, takich jak czynnik wzrostu guza-β (TGF-β) i interleukina-10 (IL-10). Warunki te stanowią niezwykle korzystne mikrośrodowisko dla progresji nowotworu. Dlatego tak ważne jest znalezienie nowych celów dla odwrócenia immunosupresji mikrośrodowiska.
Identyfikacja nowych klas cząsteczek kostymulujących stwarza nowe ekscytujące możliwości indukowania i wzmacniania efektywnej endogennej odpowiedzi immunologicznej na nowotwory. TIM-1, kluczowy członek i cząsteczka kostymulacyjna w rodzinie mucyny immunoglobuliny komórek T (TIM), ulega ekspresji na powierzchni komórek T. Może promować aktywację i proliferację nowotworu. Może ona promować aktywację i proliferację komórek T oraz wydzielanie cytokin, które odgrywają kluczową rolę w odporności przeciwnowotworowej. Nasze wstępne badania wykazały, że TIM-1 może być nowym kandydatem na cząsteczkę kostymulującą w terapii nowotworów, ponieważ może bezpośrednio wzmacniać funkcje komórek T CD8+ i/lub komórek NK, jak również zmieniać mikrośrodowisko guza w celu uzyskania bardziej efektywnej odpowiedzi immunologicznej przeciwnowotworowej (dane nie pokazane). Niniejszy przegląd stara się opisać, w jaki sposób TIM-1 reguluje funkcje immunologiczne i bierze udział w przeciwnowotworowych odpowiedziach immunologicznych oraz ilustruje mechanizm regulacji immunologicznej.
2. Struktura i podstawowa funkcja TIM-1
W człowieku, istnieją trzej członkowie (TIM-1, TIM-3, i TIM-4) zlokalizowani w regionie chromosomu 5q33.2. U myszy rodzina TIM składa się z ośmiu członków (TIMs 1-8) zlokalizowanych w regionie 11B1.1 chromosomu. Geny ludzkiej i mysiej rodziny TIM są wysoce homologiczne. Podobnie jak inni członkowie TIM, TIM-1 ma strukturę podobną do białka błonowego typu 1, które składa się z N-końcowej, bogatej w Cys domeny immunoglobuliny zmiennej (IgV-), domeny podobnej do mucyny, domeny transmembranowej i ogona wewnątrzkomórkowego. Wewnątrzkomórkowy ogon TIM-1 zawiera motywy fosforylacji tyrozyny, które są zaangażowane w sygnał transmembranowy .
Ekspresja ludzkiego TIM-1 została po raz pierwszy wykryta w uszkodzonej nerce i nazwana ludzką cząsteczką uszkodzenia nerek-1 (KIM-1) . Wcześniejsze badania wykazały, że mutacje in vivo genu TIM-1 u ludzi i myszy są związane z niektórymi chorobami alergicznymi. Nieprawidłowa ekspresja TIM-1 jest związana z niektórymi chorobami autoimmunologicznymi. W ostatnich latach badania wykazały, że TIM-1 ulega ekspresji głównie na powierzchni limfocytów T CD4+, limfocytów T CD8+, komórek NK, makrofagów, DC, komórek B i komórek tucznych. Co więcej, stwierdzono również, że TIM-1 ulega ekspresji w tkankach limfoidalnych i potwierdzono, że TIM-1 może promować produkcję cytokin i wzmacniać odpowiedź immunologiczną komórek T indukowaną antygenem. Dlatego TIM-1 może być potencjalną cząsteczką kostymulującą do wzmocnienia przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej. Regulacja immunologiczna TIM-1
TIM-1 jest wysoce wydajną cząsteczką kostymulującą, która może wzmocnić tworzenie CD3-TCR z agonistycznym przeciwciałem anty-TIM-1 zaangażowanym w aktywację komórek T. Głównymi ligandami TIM-1 są TIM-4 i fosfatydyloseryna (PS). TIM-4 ulega ekspresji na powierzchni komórek prezentujących antygen (APCs), takich jak makrofagi i komórki dendrytyczne, działając jako endogenny ligand TIM-1. TIM-4 może promować aktywację komórek T, proliferację i produkcję cytokin poprzez wiązanie się z TIM-1, który pośredniczy w pozytywnej regulacji komórek T i wyzwala odpowiedź immunologiczną z efektem kostymulacyjnym. PS jest kolejnym ważnym ligandem TIM-1 i może aktywować komórki NKT poprzez wiązanie się z TIM-1 na powierzchni komórek NKT. Ponadto, P-selektyna i S-selektyna są również potencjalnymi ligandami dla TIM-1 i mogą odgrywać rolę w zapaleniu i chorobach autoimmunologicznych. Ten szlak sygnałowy jest ściśle związany z migracją komórek Th1 i Th17 w naczyniach krwionośnych .
Biologiczna funkcja TIM-1 zależy głównie od limfocytów. TIM-1 w komórkach CD4+ T może zwiększać sygnał aktywacji komórek T poprzez interakcję z receptorem komórek T (TCR), co sprzyja synergistycznemu efektowi TIM-1. W regulacji immunologicznej, pozytywna i negatywna regulacja TIM-1 są niezbędne dla utrzymania homeostazy immunologicznej. Regulacja immunologiczna TIM-1 zależy głównie od jego ligandów. Stwierdzono, że agonistyczne TIM-1 mAbs (klon 3B3 i klon 1H8.2) zwiększają odpowiedź immunologiczną indukowaną przez komórki T, podczas gdy przeciwciało antagonistyczne hamuje odpowiedź immunologiczną poprzez regulatorowe komórki B. Agonistyczne przeciwciało monoklonalne TIM-1 może promować proliferację komórek T CD8+ in vitro i zwiększać ich funkcję biologiczną. Różne efekty działania agonistycznych i antagonistycznych TIM-1 mAbs in vivo mogą wynikać z faktu, że różne TIM-1 mAbs dostarczają jakościowo i ilościowo różne sygnały do komórek T i B. Sygnalizacja TIM-1 na komórkach B jest ważna w utrzymaniu prawidłowej homeostazy układu odpornościowego i zapobieganiu autoimmunizacji ogólnoustrojowej. W komórkach CD4+ T, cząsteczki TIM-1 związane z agonistycznymi TIM-1 mAbs lub innymi agonistycznymi ligandami mogą wytwarzać silny sygnał kostymulacyjny do aktywacji komórek T, promować różnicowanie i proliferację komórek T in vivo, aktywować produkcję cytokin i wzmacniać odpowiedź immunologiczną komórek T indukowaną antygenem. Wcześniejsze badania wykazały, że zahamowanie sygnału TIM-1 komórek CD4+ T może zmniejszyć poziom białych krwinek i produkcję mediatorów zapalnych, co może zmniejszyć uszkodzenie tkanek spowodowane nadmiernymi reakcjami zapalnymi .
Negatywna regulacja funkcji immunologicznej TIM-1 w komórkach B odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu odrzuceniu immunologicznemu. Zahamowanie sygnalizacji TIM-1-Fc hamuje różnicowanie i funkcję komórek T CD4+ i dodatkowo zmniejsza przewlekłe reakcje odrzucania . Zhang i wsp. stwierdzili, że tłumienie sygnału TIM-1 w komórkach CD4+ T może hamować aktywność makrofagów i zmniejszać uszkodzenie przeszczepionej wątroby w modelu mysim. TIM-1 jest również kluczową cząsteczką w regulacji odrzucania immunologicznego przeszczepu allogenicznego, a funkcjonalny niedobór TIM-1 jest również jednym z mechanizmów chorób autoimmunologicznych. Ekspresja TIM-3 i TIM-1 na powierzchni mysich komórek tucznych promuje wydzielanie IL-13, IL-6 i IL-4, co wskazuje, że komórki tuczne również regulują funkcję immunologiczną poprzez członków TIM. Badania wykazały również, że zahamowanie sygnału TIM-1 może zmniejszyć infiltrację komórek T do alergicznych tkanek skóry i tkanek chorób autoimmunologicznych, a niedobór TIM-1 zmniejsza częstość występowania astmy alergicznej w modelu mysim. Dlatego TIM-1 może być również związany z molekularnym mechanizmem chorób alergicznych.
4. TIM-1 dla odporności przeciwnowotworowej
Odpowiedź immunologiczna typu 1, mediowana przez komórki Th1, cytotoksyczne limfocyty T (CTL), komórki NK, komórki NKT i limfocyty T gamma delta, jest uważana za krytyczny składnik komórkowej odporności przeciwnowotworowej. Komórki T CD8+ są ważnym podzbiorem komórek T w swoistej odpowiedzi immunologicznej. Są one końcowymi komórkami efektorowymi zabijającymi nowotwór i hamującymi jego progresję in vivo, które są szeroko stosowane w immunoterapii adoptywnej nowotworów. U ludzi, obecność komórek Th1 i CTL w guzie może być korzystnym wskaźnikiem prognostycznym. Jednak wiele naciekających guz komórek Th1 i CD8+ T znajduje się w stanie braku odpowiedzi z powodu lokalnych i systemowych mechanizmów immunosupresji u pacjentów z nowotworami, jak również u myszy noszących guzy, a nawet odgrywa rolę ochronną dla guza. Brak kostymulacji limfocytów typu 1 jest głównym mechanizmem leżącym u podstaw tolerancji immunologicznej indukowanej przez nowotwór. Dlatego przeciwciała agonistyczne przeciwko receptorom kostymulacyjnym, takim jak 4-1BB i CD40, wykazały obiecujące działanie przeciwnowotworowe w różnych przedklinicznych modelach nowotworów, które są oceniane w badaniach klinicznych. Sygnał kostymulacyjny odgrywa ważną rolę w komórkach T CD8+. W modelu ostrego uszkodzenia nerek wywołanego cisplatyną, blokowanie sygnału TIM-1 może znacznie zmniejszyć liczbę komórek CD8+ T i zahamować wydzielanie IFN-γ, wskazując, że sygnał kostymulacji TIM-1 może wzmocnić efekt komórek CD8+ T .
W rodzinie TIM, do tej pory potwierdzono, że TIM-3 jest związany z nowotworem i stwierdzono, że ekspresja TIM-3 ma istotny wpływ na mikrośrodowisko guza . Nadal jednak pozostaje wiele niewiadomych dotyczących wpływu TIM-1 na odporność nowotworów. Istnieje tylko kilka artykułów, które mogą być wyszukiwane, które są o działaniu przeciwnowotworowym TIM-1, ale ustalono, że TIM-1 może promować proliferację i różnicowanie komórek T poprzez wiązanie się z różnymi ligandami agonistycznymi. W jednym z badań wykazano, że fosforylacja tyrozyny TIM-1 może rekrutować adaptory PI3K p85, co stymuluje aktywację i funkcję komórek T. W mikrośrodowisku guza, komórki efektorowe, takie jak komórki T CD8+, bezpośrednio uczestniczą w odpowiedzi immunologicznej i mogą zwiększać rozpoznawanie antygenów, proliferację i różnicowanie innych komórek efektorowych.
Ligacja białka transmembranowego TIM-1 może kostymulować aktywację komórek T przez ścieżkę sygnalizacyjną PI3K. Agonistyczne przeciwciała do TIM-1 są również zdolne do indukowania aktywacji komórek T bez dodatkowych bodźców; PI3K jest ważnym czynnikiem w pośredniczeniu w sygnalizacji TIM-1 . Wiadomo, że szlak sygnałowy PI3K/Akt/mTOR odgrywa kluczową rolę w regulacji wzrostu, proliferacji i metabolizmu komórek. Komórki układu odpornościowego i komórki nowotworowe konkurują o energię. Aktywacja pewnych cząsteczek sygnałowych, ściśle związanych z metabolizmem energetycznym, reguluje aktywację, różnicowanie i funkcję komórek T, a także wzmacnia rozpoznawanie antygenów, proliferację i różnicowanie komórek T. Jak dotąd, szlak sygnałowy PI3K/Akt/mTOR jest celem terapii nowotworów. Czynnik transkrypcyjny T-bet/Eomes jest zaangażowany w regulację funkcji komórek T CD8+ i indukuje różnicowanie komórek T CD8+ do efektorowych i centralnych komórek T pamięci. Poziom ekspresji TIM-1 i T-bet/Eomes ma istotny wpływ na regulację funkcji biologicznej komórek T, a ekspresja T-bet jest ściśle związana z rokowaniem u pacjentów z nowotworami. Przeanalizowaliśmy 152 przypadki pacjentów z rakiem żołądka i stwierdziliśmy, że ekspresja T-bet jest ściśle związana z przeżyciem pacjentów z nowotworem. Liczba T-bet pozytywnych komórek T w tkankach guza ma znaczący wpływ na rokowanie pacjentów. T-bet/Eomes, który stymuluje aktywację i różnicowanie komórek T CD8+, jest znacznie podwyższony w guzie trzeciego dnia po ablacji prądem o częstotliwości radiowej (RFA), a poziom ekspresji TIM-1 w naciekających komórkach T CD8+ jest znacznie podwyższony. W mysim modelu guza z podwójnym nokautem T-bet/Eomes stwierdzono, że ekspresja TIM-1 jest bardzo niska w naciekających komórkach CD8+ T stymulowanych antygenem guza, a u myszy typu dzikiego jest znacznie podwyższona (dane nie pokazane). Obecnie uważa się, że TIM-1 poprawia wydzielanie niektórych cytokin, takich jak IL-4 i IFN-γ . Typ 1 odpowiedzi immunologicznej TIM-1-mediowanej aktywacji komórek T jest związany z odpornością guza poprzez czynnik transkrypcyjny T-bet/Eomes i ścieżkę sygnałową PI3K (rysunek 1).
5. Perspektywa
Spekulujemy, że TIM-1, nowa kostymulacyjna cząsteczka kandydująca do leczenia nowotworów, nie tylko bezpośrednio zwiększa efekt przeciwnowotworowy komórek T CD8+ i komórek NK, ale także zmienia mikrośrodowisko guza, aby wywołać bardziej skuteczną przeciwnowotworową odpowiedź immunologiczną. Jako cząsteczka docelowa może mieć dobrą perspektywę zastosowania w badaniach klinicznych nad nowotworami. Ponadto, agonistyczne przeciwciało monoklonalne anty-TIM-1 lub inne ligandy mogą wzmocnić funkcję komórek T, zwiększyć liczbę komórek CD8+ T i komórek NK, zmniejszyć liczbę MDSC w tkankach guza i zahamować wzrost guza (dane nie pokazane). Ważne jest, aby określić sposób działania i ustalić, czy komórki T CD8+ i komórki NK pośredniczą w przeciwnowotworowym działaniu agonistycznych mAbs TIM-1 in vivo. Może to stanowić teoretyczną podstawę do skonstruowania nowego modelu terapii nowotworów z wykorzystaniem interferencji sygnału TIM-1.
Interesy konkurencyjne
Nie ma żadnych potencjalnych interesów konkurencyjnych do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca była wspierana przez granty z National Key Technology R&D Program (nr 2015BAI12B12) i National Natural Science Foundation of China (nr 81171653, 31428005, 31570877, i 31570908).
.