Возникновение аутоиммунных заболеваний обусловлено ошибочной атакой иммунной системы на собственные ткани. Регуляторные T-клетки (Tregs) представляют собой центральную клеточную популяцию, поддерживающую иммунологическую толерантность. Молекула CD137 экспрессируется на поверхности части Tregs, однако её конкретная функция долгое время оставалась неясной. В недавнем исследовании, опубликованном в «Журнале экспериментальной медицины», с использованием модели мышей NOD была раскрыта ключевая иммунорегуляторная роль CD137 в Tregs.
Предпосылки исследования
CD137 (4-1BB) принадлежит к суперсемейству рецепторов фактора некроза опухоли и является костимулирующей молекулой активации T-клеток. В результате альтернативного сплайсинга CD137 существует в двух формах: мембраносвязанной и растворимой. Предшествующие исследования показали, что CD137 в эффекторных T-клетках способствует их выживанию и пролиферации, однако его роль в Tregs оставалась неясной.
Мыши NOD являются классической животной моделью для изучения диабета 1 типа. Ранее было показано, что уровень растворимого CD137 в сыворотке связан с восприимчивостью к диабету, однако являются ли Tregs основным источником растворимого CD137 in vivo и обладают ли они иммуносупрессивной функцией, прямых доказательств долгое время не существовало.
Цель исследования
Настоящее исследование было направлено на ответ на три ключевых вопроса: подавляет ли CD137, происходящий из Tregs, аутоиммунные реакции? Обладают ли мембраносвязанная и растворимая формы CD137 различными функциями? Как дефицит CD137 влияет на состояние T-клеток в островках поджелудочной железы?
Исследователи создали модель мышей NOD с Tregs-специфическим нокаутом CD137, удаляя либо все молекулы CD137, либо только мембраносвязанную форму CD137, чтобы различить функциональные различия двух форм.
Методы исследования (кратко)
Исследователи с использованием технологии CRISPR/Cas9 создали две линии условных нокаутных мышей: у одной удалялись все экзоны CD137, у другой удалялся только экзон 7, кодирующий трансмембранный домен, с сохранением продукции растворимого CD137.
С помощью проточной цитометрии был проведён анализ субпопуляций иммунных клеток; в сочетании с секвенированием РНК единичных клеток и секвенированием T-клеточных рецепторов систематически сравнивались транскрипционное состояние и клональная экспансия T-клеток в островках поджелудочной железы мышей дикого типа и нокаутных мышей.
Ключевые результаты
Tregs являются основным источником растворимого CD137 in vivo. После Tregs-специфического нокаута CD137 уровень растворимого CD137 в сыворотке снизился на 70%, что подтверждает, что Tregs являются основным продуцентом циркулирующего растворимого CD137.
Дефицит CD137 ускоряет развитие диабета. У мышей с Tregs-специфическим нокаутом CD137, независимо от пола, развитие диабета значительно ускорялось. Гетерозиготные мыши демонстрировали промежуточный фенотип, что указывает на дозовый эффект гена.
Растворимая и мембраносвязанная формы CD137 выполняют различные функции. У мышей с удалением только мембраносвязанной формы CD137 развитие диабета хотя и происходило позже, чем в группе полного нокаута, но всё же быстрее, чем у мышей дикого типа. Это свидетельствует о том, что обе формы CD137 участвуют в иммуносупрессии, и их функции не могут полностью замещать друг друга.
CD137 регулирует состояние дифференцировки Tregs. Секвенирование единичных клеток показало, что Tregs с дефицитом CD137 более склонны оставаться в наивном состоянии, а их дифференцировка в субпопуляцию с высокой супрессорной функцией снижена. Анализ TCR дополнительно выявил, что сигнал CD137 критически важен для клональной экспансии Tregs.
Дефицит CD137 усиливает активацию эффекторных T-клеток. У нокаутных мышей доля CD8 и CD4 эффекторных T-клеток в островках поджелудочной железы повышена, экспрессия маркера пролиферации Ki67 увеличена, а количество терминально дифференцированных эффекторных клеток (таких как CXCR6+TIM3+CD8 T-клетки) значительно возрастает.
Новизна или прорыв
Новизна настоящего исследования заключается в создании двух тонких моделей генного нокаута, что впервые in vivo напрямую доказало наличие иммуносупрессивной функции у растворимого CD137, происходящего из Tregs. Предшествующие эксперименты со стимуляцией антителами не позволяли различить действие двух форм CD137, тогда как генетические методы обеспечили доказательства, более близкие к физиологическим условиям.
Мультиомный анализ единичных клеток раскрыл молекулярный механизм регуляции дифференцировки Tregs со стороны CD137. Дефицит CD137 приводит к изменению траектории дифференцировки Tregs и снижению доли субпопуляции с высокой супрессорной функцией, что открывает новый взгляд на понимание регуляции функции Tregs.
Практическое значение
Настоящее исследование имеет потенциальную ценность для терапии аутоиммунных заболеваний. Человеческие Tregs также экспрессируют CD137 и продуцируют растворимый CD137, причём у пациентов с диабетом 1 типа уровень растворимого CD137 в сыворотке ниже, чем у здоровых лиц контрольной группы. Это указывает на то, что путь CD137 может быть потенциальной мишенью для терапевтического вмешательства.
Исследование также выявило противоположные роли CD137 в CD8 T-клетках и Tregs: в CD8 T-клетках он способствует их патогенной активности, а в Tregs — поддерживает их супрессорную функцию. Это балансное соотношение имеет справочное значение для применения анти-CD137 антител в противоопухолевой иммунотерапии.
Заключение и размышления
Настоящее исследование системно прояснило иммунорегуляторную функцию CD137 в Tregs, доказав, что растворимая и мембраносвязанная формы CD137 через различные механизмы синергично подавляют аутоиммунитет. Исследование также указывает на то, что сигнал CD137 посредством поддержания субпопуляции Tregs с высокой супрессорной функцией косвенно контролирует клональную экспансию и терминальную дифференцировку эффекторных T-клеток.
Один вопрос, заслуживающий размышления: означает ли противоположное действие CD137 в Tregs и эффекторных T-клетках, что терапевтические стратегии, нацеленные на путь CD137, требуют тонкой регуляции? Как, усиливая противоопухолевый иммунитет, избежать разрушения иммунологической толерантности, опосредованной Tregs? Возможно, это ключевой вопрос, на который предстоит ответить будущим трансляционным исследованиям.
