Rola limfocytów T regulatorowych (Treg) w chorobach autoagresywnych

Transkrypt

1 190 Alergia Astma Immunologia 2012, 17 (4): Rola limfocytów T regulatorowych (Treg) w chorobach autoagresywnych The role of regulatory T cells (Treg) in autoimmunity ISAURA ZALESKA 1, MARTA WAWRZYSZYN 1, ANNA CHEŁMOŃSKA-SOYTA 1,2 1 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Katedra Immunologii, Patofizjologii i Prewencji Weterynaryjnej 2 Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN, Zakład Terapii Eksperymentalnej we Wrocławiu Praca finansowana w ramach projektów: N N i Mwet/272/2012/SC Streszczenie Komórki T regulatorowe (Treg) stanowią zaledwie 5-10% limfocytów CD4+, ale ich aktywność supresyjna wobec limfocytów autoreaktywnych, zapewnia ogólnoustrojową ochronę przed reakcjami o podłożu autoimmunologicznym. Obecnie prowadzone są liczne badania wskazujące, że komórki Treg mogą być celem lub narzędziem terapeutycznej interwencji w chorobach z autoagresji. W artykule przedstawiono aktualne informacje dotyczące podstawowych funkcji komórek Treg i ich udziału w przebiegu stwardnienia rozsianego i reumatoidalnego zapalenia stawów u człowieka i w odpowiadającym im modelom zwierzęcym. Słowa kluczowe: komórki T regulatorowe, stwardnienie rozsiane, autoagresja, reumatoidalne zapalenie stawów Summary Although regulatory T cells (Treg) represent only 5-10% of CD4 + cells, their suppressor activity in the body focused on autoreactive lymphocytes diminished inflammatory reactions during the course of autoimmune diseases. Presently, numerous studies indicate that Treg cells may be the target or therapeutic tool of intervention in autoimmune diseases. The article presents current information regarding function of Treg and their participation in multiple sclerosis and rheumatoid arthritis in man and in corresponding animal models of the diseases. Keywords: regulatory T cells, multiple sclerosis, autoimmunity, rheumatoid arthritis Alergia Astma Immunologia 2012, 17 (4): Przyjęto do druku: Adres do korespondencji / Address for correspondence mgr inż. Isaura Zaleska Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Katedra Immunologii, Patofizjologii i Prewencji Weterynaryjnej ul. Norwida 31, Wrocław tel , fax isaura.zaleska@up.wroc.pl Wykaz skrótów: CIA modelowe reumatoidalne zapalenie stawów CTLA-4 cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4 EAE autoimmunizacyjne zapalenie mózgu i rdzenia kręgowego GITR glucocortocoid-induced tumor necrosis factor receptor IPEX immune dysregulation, polyendocrinopthy, enteropthy, X-linked syndrome MBP zasadowe białko mieliny MOG glikoproteina oligodendrycytów NKT limfocyty T natural killer PP pierwotnie postępująca postać SM PN postępująco nawracająca postać SM PLP lipofilina RR rzutowo remisyjna postać SM RZS reumatoidalne zapalenie stawów SM stwardnienie rozsiane TAL transaldolaza Treg komórki T regulatorowe WP wtórnie postępująca postać SM

2 Zaleska I i wsp. Rola limfocytów T regulatorowych (Treg) w chorobach autoagresywnych 191 Odpowiedź immunologiczna i podłoże chorób autoimmunologicznych Poprawne rozpoznanie własnych antygenów jest możliwe dzięki mechanizmom centralnej tolerancji immunologicznej rozwijającej się wraz z dojrzewaniem limfocytów w centralnych narządach limfatycznych [1]. W latach 80. XX wieku Sakaguchi i wsp. [2] udowodnili związek pomiędzy deplecją limfocytów i rozwojem wielonarządowej reakcji autoimmunologicznej, która ustępowała po transferze adaptywnym tych komórek. Dziesięć lat później również zespół Sakagushi wykazał, że limfocyty T CD4+ z ekspresją antygenu CD25 (od tego czasu opisywane jako Treg) hamują proliferację konwencjonalnych limfocytów T, które wykazują skłonności autoagresywne [3]. Z kolei wyniki opublikowanych w 2003 roku prac wskazywały związek pomiędzy regulatorową funkcją komórek CD4+CD25+ i ekspresją czynnika FOXP3 [4,5]. Kluczowa rola czynnika transkrypcyjnego FOXP3 w zachowaniu tolerancji wobec antygenów własnych została po raz pierwszy wykazana u myszy scurfy (z delecją genu foxp3) a potem u pacjentów obarczonych zespołem IPEX [6-9]. Subpopulacja pomocniczych limfocytów T o fenotypie CD4 + CD25 + FOXP3 + stała się przedmiotem badań wielu ośrodków naukowych na świecie, w których potwierdzono jej rolę w zachowaniu tolerancji wobec antygenów własnych. Jednak supresyjne oddziaływanie tych komórek ma też niekorzystne działanie. Limfocyty Treg są bowiem stwierdzane w obszarze nacieku komórek nowotworowych chroniąc te ostatnie przed atakiem limfocytów cytotoksycznych [10-11]. Intensywnie trwające obecnie prace nad mechanizmami regulacji aktywności limfocytów Treg wzbudzają ogromne nadzieje na ich wykorzystanie w terapii schorzeń alergicznych, autoagresywnych, nowotworowych i w medycynie transplantacyjnej. Fenotyp i funkcja komórek Treg Od dawna znana jest homeostatyczna rola układu Th1/Th2 a ostatnio do grupy efektorowych limfocytów pomocniczych dołączono limfocyty Th produkujące cytokiny: IL-10 (limfocyty Tr1) i TGF-β (limfocyty Tr2 i Th3) stanowiące subpopulacje limfocytów T regulatorowych o właściwościach supresyjnych a także produkujące IL-17A, IL-21 i IL-22 i określane jako Th17 promujące odpowiedź zapalną. Limfocyty T regulatorowe o fenotypie CD4+CD25+FOXP3+ pełnią w tej grupie odmienną rolę, ponieważ wywodzą się z oddzielnej populacji limfocytów grasicznych. Prekursorami limfocytów Treg są limfocyty wyodrębniane w procesie selekcji negatywnej o stosunkowo wysokim powinowactwie do antygenów [12]. Mechanizm nabywania supresyjnych właściwości efektorowych limfocytów Treg jest złożony i nie do końca poznany. Uważa się, że kluczowym czynnikiem transkrypcyjnym wspierającym działanie Treg jest białko FOXP3. U myszy i szczurów laboratoryjnych jest ono markerem tej populacji limfocytów. Jednak u człowieka może pojawiać się w niskich stężeniach w aktywowanych limfocytach T CD4, które nie wykazują funkcji supresorowych [13]. Komórki Treg przejawiają właściwości suspresyjne wobec komórek docelowych poprzez oddziaływania bezpośrednie i pośrednie. Wykazano, że limfocyty Treg mogą zabijać komórki docelowe na drodze cytotoksyczności zależnej od ziaren cytolitycznych a także hamować ich aktywność sekrecyjną (wydzielanie cytokin) poprzez wydzielanie IL-10 i IL-35. Poza tym limfocyty Treg skutecznie konkurują o IL-2 obecną w środowisku aktywowanych limfocytów T (nota bene same jej nie produkując), a synteza IL-2 w limfocytach Treg pozostaje pod negatywnym wpływem czynnika FOXP3 [14]. Innym mechanizmem ich oddziaływania jest hamowanie zdolności do prezentacji antygenu i wysłania sygnałów kostymulacyjnych przez komórki dendrytyczne zaangażowane w odpowiedź autoimmunologiczną. Ten mechanizm w świetle obecnych badań wydaje się być podstawowym sposobem tłumienia reakcji komórek T wobec antygenów własnych. Obecny w dużej gęstości na powierzchni limfocytów Treg antygen CTLA-4 wiąże z wysokim powinowactwem cząsteczek kostymulacyjnych CD80/86 komórek dendrytycznych tym samym hamując ich zdolność do kostymulacji dziewiczych limfocytów autoreaktywnych. Co więcej, wydaje się, że FOXP3 podtrzymuje wysoką stałą ekspresję CTLA-4 [15]. U myszy w obrębie subpopulacji limfocytów T regulatorowych o fenotypie CD4+CD25+FOXP3+ występują trzy grupy komórek: naturalne Treg (ntreg), powstające w grasicy, skąd migrują na obwód i wykazują ekspresję CD25 i FOXP3, indukowane Treg (itreg), które powstają w obwodowych narządach limfatycznych w śledzionie, węzłach chłonnych i GALT (ang. gut-associated lymphoid tissue) z naiwnych limfocytów CD4+CD25- w odpowiedzi na stymulację antygenową [16] oraz adaptywne Treg (atreg), których proliferacja jest indukowana w hodowlach pierwotnych w warunkach in vitro. Komórki Treg tych trzech grup różnią się między sobą aktywnością regulacyjną wykazując zróżnicowane wymagania dotyczące kostymulacji, stymulacji antygenowej i obecności cytokin, a także zmienną ekspresją FOXP3. In vivo proliferujące pod wpływem umiarkowanej stymulacji antygenowej komórki Treg są komórkami długo-żyjącymi o stabilnej ekspresji foxp3, skorelowanej ze stopniem demetylacji regionu promotorowego tego czynnika transkrypcyjnego [17]. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że w warunkach in vitro, podczas stymulacji antygenowej i kostymulacji TGF-β komórki CD4+CD25+ mogą wykazywać niestabilną ekspresję FOXP3, co jest jedną z ważniejszych przeszkód ograniczających ich terapeutyczne zastosowania [18]. Z kolei funkcja FOXP3 jako czynnika transkrypcyjnego jest zależna od stopnia jego acetylacji [19]. W przeciwieństwie do myszy, u człowieka fenotypowe właściwości komórek Treg są o wiele bardziej zróżnicowane. Również wytypowanie populacji komórek Treg spośród limfocytów izolowanych od pacjentów sprawia o wiele więcej trudności w porównaniu ze stosunkowo łatwą ich izolacją od zwierząt laboratoryjnych. Ekspresja CD25 jest wyraźnie widoczna zarówno na ludzkich jak i mysich konwencjonalnych, aktywowanych limfocytach T CD4 i tylko komórki z najwyższą ekspresją tego białka (CD25 bright ) stanowiące 1-2% CD25+ zostały uznawane jako Treg. Drugim ważnym fenotypowo znacznikiem komórek Treg u człowieka jest antygen CD127 będący receptorem dla IL-7. Wykazano, że ekspresja FOXP3 jest odwrotnie proporcjonalnie skorelowana z ekspresją tego antygenu. Jednoczesne

3 192 Alergia Astma Immunologia 2012, 17 (4): wykazanie wysokiej ekspresji CD25 i niskiej ekspresji CD127 pozwoliło na wyznaczenie populacji komórek, w której około 98% limfocytów wykazuje obecność antygenu FOXP3. Ten fakt umożliwił sortowanie dla celów terapeutycznych stosunkowo czystej populacji komórek Treg [20]. Jednak, jak wykazano ostatnio, komórki o fenotypie CD4+CD25 high CD127 - FOXP3 high stanowią tylko część populacji krążących ludzkich komórek Treg, a z drugiej strony aktywowane limfocyty T CD4+ mogą wykazywać niską ekspresję FOXP3. Zaproponowana przez Cvetanovich i Hafler [21] i udoskonalona przez Sakaguchi i współpracowników [22] charakterystyka fenotypowa naturalnych Treg u człowieka wskazuje dwie zasadnicze populacje regulatorowych limfocytów T CD4: ntreg: dziewicze (naiwne) i/lub spoczynkowe limfocyty Treg z ekspresją CD CD45RA + FOXP3 low i limfocyty Treg efektorowe i/lub aktywowane z ekspresją CD CD45RA - FOXP3 high. Komórki te cechuje też ekspresja antygenu CD45RO co mogłoby wskazywać ich pamięciowy charakter jednakże są to przede wszystkim komórki efektorowe. Limfocyty z niską ekspresją FOXP3 i brakiem antygenu CD45RA należą do limfocytów nie- Treg (ang. non-treg) wykazujących zdolność wydzielania IL-2, IFN-γ i/ lub IL-17. Wśród efektorowych limfocytów Treg wyróżnia się ponadto subpopulacje o zmiennej ekspresji antygenów ICOS i HLA-DR, które charakteryzuje odmienna aktywność proliferacyjna, zdolność do syntezy cytokin a także sposób wywoływania supresji w komórkach docelowych. Ponadto limfocyty Treg cechuje obecność antygenów GITR, wspomnianego powyżej kostymulującego antygenu CTLA-4 a także antygenu CD39, będącego ektonukleotydazą obecną na efektorowych komórkach pamięci TREM (ang. T regulatory effector/memory cells) [23]. Liczba naiwnych komórek T reg CD4CD25CD45RA obecnych we krwi i w węzłach chłonnych zmniejsza się wraz z wiekiem, prawdopodobnie wraz z inwolucją grasicy jako podstawowym źródłem dziewiczych komórek Treg. Natomiast większość krążących limfocytów Treg wykazuje fenotyp CD45RO a ich liczba wzrasta u osób starszych. Komórki te cechuje stosunkowo krótki okres biologicznego półtrwania uwarunkowany podatnością na apoptozę i ograniczoną zdolnością replikacyjną spowodowaną niską aktywnością telomerazy i skróceniem telomerów [24]. Odpowiednią liczebność tych komórek zdolnych do utrzymania homeostazy prawdopodobnie zapewnia pula szybko dzielących się efektorowych limfocytów T, chociaż nie można wykluczyć udziału aktywnej pozostałości inwolującej tkanki grasicy [22]. Upośledzenie mechanizmów odnowy puli komórek Treg jak również ich funkcji i redystrybucji może decydować o rozwoju i przebiegu chorób z autoagresji. Poniżej przedstawiono przykłady systemowej i narządowo swoistej choroby autoimmunizacyjnej, u których przebieg jest zależny od limfocytów T, i w których udział Treg jest rozpatrywany jako ważny element patogenetyczny zarówno w badaniach modelowych jak i klinicznych. Stwardnienie rozsiane SM Stwardnienie rozsiane (łac. Sclerosis multiplex) jest autoimmunologiczną, narządowo-swoistą i przewlekłą chorobą demielinizacyjną ośrodkowego układu nerwowego (OUN) Charakterystyczną cechą SM jest tworzenie rozsianych ognisk demielinizacyjnych głównie w mózgu, nerwach wzrokowych i rdzeniu kręgowym. W obrębie ogniska demielinizacyjnego dochodzi do uszkodzenia bariery krew-mózg. Klinicznie choroba przebiega w czterech postaciach: rzutowo-remisyjnej (RR), wtórnie postępującej (WP), pierwotnie postępującej (PP) i postępująco-nawracającej (PN). Przyczyna stwardnienia rozsianego w dalszym ciągu nie została jednoznacznie określona, ale podkreśla się rolę mechanizmów autoimmunizacyjnych, które prawdopodobnie są uwarunkowane genetycznie i zapoczątkowywane przez czynniki środowiskowe - w tym infekcyjne [25]. Uważa się, że główną rolę w patogenezie odgrywają limfocyty pomocnicze Th17, które wykazują swoistość wobec antygenów mieliny takich jak: PLP (ang. myelinproteolipid protein), MOG (ang. myelin-oligodendrocyteglycoprotein) i MBP (ang. myelinbasic protein), [26]. Ostatnio jednak w złożonej patogenezie SM widziany jest udział innych komórek układu odpornościowego a wśród nich: limfocytów T CD8+, komórek układu odporności nieswoistej oraz limfocytów B i produkowanych przez nie przeciwciał [27]. We krwi chorych stwierdza się często występowanie klonów limfocytów rozpoznających antygeny mielinowe, zarówno limfocytów CD4+ jak i CD8+ [26]. Fakt, że limfocyty obecne w OUN chorych na SM są skierowane przeciwko antygenom własnym, a w szczególności białkom osłonki mielinowej, zostało potwierdzone doświadczalnie [28]. Z kolei autoprzeciwciała reagują z wieloma białkami, zaczynając od zasadowego białka mieliny MBP czy PLP, ale także z MOG, MAG, OSP i TAL [29]. Podstawowym modelem zwierzęcym SM jest autoimmunizacyjne zapalenie mózgu i rdzenia kręgowego (EAE, ang. experimental autoimmune encephalomyelitis) wywoływane iniekcjami antygenów mieliny podawanych wraz z adiuwantami, w skład których wchodzą antygeny bakteryjne (prątki gruźlicy i/lub antygeny Bordetella pertusis) i/lub substancje olejowe [30]. W patogenezie stwardnienia rozsianego u ludzi rola komórek regulatorowych wydaje się być złożona i zależy od postaci choroby i czasu jej trwania. Jednak, co ciekawe, ani u ludzi z zespołem IPEX ani u myszy scurfy nie stwierdzano nacieków zapalnych w OUN, wykluczając poniekąd dysfunkcję komórek Treg jako pierwotną przyczynę spontanicznej reakcji autoimmunologicznej centralnym układzie nerwowym. Z drugiej strony badania Tadokoro z zespołem wskazują na potencjalny udział komórek Treg w fazie rozpoznania antygenów MBP, polegający na osłabianiu stabilnego kontaktu swoistych limfocytów z komórkami dendrytycznymi [31]. Niewątpliwie komórki Treg aktywnie angażują się w regulację efektorowej fazy odpowiedzi przeciwko własnym antygenom tkanki nerwowej a od ich sprawności funkcjonalnej może zależeć przebieg choroby. Badania Khom i wsp. (2002) wykazały, że w przebiegu EAE u myszy, komórki T regulatorowe CD4+CD25+ istotnie wpływały na tłumienie produkcji cytokin przez autoagresywne limfocyty Th1, a sam transfer adaptywny komórek Treg łagodził objawy i przebieg choroby [32]. Z kolei w wielu doświadczeniach modelowych polegających na deplecji komórek Treg wykazano, że wpływają one na wysokość progu wrażliwości decydującym o wystąpieniu

4 Zaleska I i wsp. Rola limfocytów T regulatorowych (Treg) w chorobach autoagresywnych 193 choroby [25], a także kontrolują intensywność jej przebiegu między innymi wpływając na produkcję cytokin prozapalnych takich jak IL-17 i IFN-γ [33]. Równie ważne okazały się badania, w których wykazano obecność komórek Treg w zapalnie zmienionej tkance OUN w przebiegu EAE. W mysim modelu EAE w odpowiedzi na toczący się proces zapalny obserwowano migrujące i proliferujące limfocyty Treg, jednakże ich zdolność hamowania aktywności limfocytów efektorowych wydaje się być ograniczona głównie ze względu na obecność cytokin prozapalnych IL-6 i TNF-a [34]. Zupełnie odmienny obraz zaprezentowano w badaniach O Connor i wsp., gdzie wykazano, że komórki te są źródłem przeciwzapalnie działającej IL-10 a ich akumulacja koreluje z remisją choroby [33]. Pierwsze obserwacje przeprowadzone w 2004 roku i kontynuowane w latach następnych wskazały, że u pacjentów chorujących na postać rzutowo-nawracającą SM komórki Treg cechuje zmniejszona zdolność hamowania proliferacji stymulowanych nieswoiście [35] i swoiście antygenami MOG i MBP [36,37] konwencjonalnych limfocytów T, a co więcej, limfocyty chorych osób wykazywały zmniejszoną ekspresję FOXP3 zarówno na poziomie białka jak i transkryptu w porównaniu z osobami zdrowymi [38,39]. Z drugiej strony, u pacjentów chorujących na postać pierwotnie postępującą SM, funkcje supresorowe komórek Treg były lepiej wyrażone w porównaniu z pacjentami z postacią rzutowo-nawracjającą. Odmiennemu przebiegowi choroby w postaci RN i PP towarzyszy nie tylko zmieniona aktywność komórek Treg ale również zróżnicowana ich frekwencja na obwodzie. Okazuje się, że liczba dziewiczych komórek Treg u pacjentów z PP nie rożni się w porównaniu z osobami zdrowymi w tym samym wieku natomiast u osób z RR jest ich istotnie mniej [39]. Również liczba komórek Treg bezpośrednio opuszczających grasicę jest obniżona we krwi takich pacjentów z postacią RN. Przyczyna tych różnić nie jest znana chociaż Venken ze współpracownikami uważają, że głównym mechanizmem odpowiedzialnym za dysregulację potencjału i puli komórek Treg jest zmniejszone ich uwalnianie z grasicy i zwiększone zużycie w ostrej fazie choroby. Wraz z postępem schorzenia i przejściem w stan chroniczny następuje jednak normalizacja zużycia i przywracanie homeostazy komórek Treg [40]. Działanie miejscowe komórek Treg w objętej zapaleniem tkance nerwowej również pozostaje niewyjaśnione. Dotychczasowe badania wskazują wyższą frekwencję Treg w płynie mózgowo-rdzeniowym u pacjentów, podczas gdy w tkance nerwowej pomimo obecności komórek CD4+ częstość występowania komórek FOXP3+ jest nikła. Jest to jedna z cech odróżniających EAE od SM. Przyczyną takiego stanu może być wysoka podatność na apopotozę ludzkich komórek Treg o fenotypie CD95 high CD45RO high [41]. Intensywne badania kliniczne nad IFN-β jako potencjalnym terapeutykiem, który może redukować rozwój zarówno SM jak i modelowego EAE dowodzę wpływu IFN-β nie tylko na zwiększenie frekwencji Treg [42] ale również na gospodarkę cytokin, które zwłaszcza IL-17 i IL-23, mogą zatrzymywać procesy prozapalne indukowane zjawiskami autoagresji organizmu gospodarza [43]. Reumatoidalne zapalenie stawów RZS Reumatoidalne zapalenia stawów (RZS, łac. Polyarthritis reumatoidea) jest chorobą układową tkanki łącznej o charakterze przewlekłym i postępującym. Pierwszymi objawami choroby u ludzi są bóle stawów nadgarstkowych, śródręcznopalcowych lub międzypaliczkowych bliższych obu rąk, co z czasem powoduje zmianę ruchomości w tych stawach. W RZS obserwuje się proliferację synowiocytów i powstanie łuszczki. W miejscach objętych procesem zapalnym dochodzi także do postępującego uszkodzenia mikrokrążenia i indukcji angiogenezy. Reakcja autoimmunologiczna poprzedzająca objawową fazę choroby może rozwijać się przez kilka lat. W tym czasie dochodzi do rozpoznania antygenów własnych czego jednym ze skutków jest obecność przeciwciał skierowanych przeciwko immunoglobulinom IgG i cytrulinowanym peptydom [44]. Istnieją dwa główne rodzaje modelowego reumatoidalnego zapalenia stawów u zwierząt (przede wszystkim u gryzoni): model indukowanego zapalenia stawów, w którym czynnikiem wyzwalającym chorobę jest podaż kolagenu lub innego antygenu wraz z adjuwantem Freunda prowokująca reakcję z autoagresji oraz model, w którym zwierzęta transgeniczne spontanicznie rozwijają chorobę. Zaangażowanie komórek Treg w proces rozwoju choroby zostało potwierdzone u myszy zarówno w doświadczalnym zapaleniu stawów indukowanym kolagenem (CIA, ang. collagen induced arthritis) [45-47] jak i indukowanym podażą metylowanej albuminy bydlęcej (ang. antigen induced arthritis) [48]. W obu przypadkach skutkiem deplecji limfocytów CD25+ przy użyciu przeciwciała monoklonalnego anty-cd25 było zaostrzenie objawów choroby i podwyższenie poziomu reakcji komórkowej i humoralnej wobec antygenów indukujących. Transfer adaptywny komórek CD4+CD25+ łagodził objawy choroby a jednocześnie w czasie ustępowania choroby ich obecność potwierdzono w błonie maziowej stawów, co może sugerować lokalną aktywność supresyjną komórek Treg [46]. Badania te wskazały ponadto, że nie tylko liczba, ale czas i droga podania komórek od momentu indukcji CIA wpływa na efektywność terapeutyczną transferu adaptywnego. Treg charakteryzują się ważną dla utrzymania homeostazy w organizmie funkcją wyciszania ognisk autoagresywnych nie tylko w fazie indukcji odpowiedzi immunologicznej w CIA, ale również w fazie efektorowej [49]. Aktywność i stabilna ekspresja FOXP3 jest w komórkach Treg wyjątkowo zależna od środowiska cytokinowego. Dynamicznie zmieniające stężenia cytokin w przebiegu reakcji zapalnej mogą zarówno promować jak i hamować ich funkcję supresyjną. W warunkach in vitro cytokinami promującymi proliferację i różnicowanie Treg są IL-2 i TGFbeta. Z drugiej strony cytokiny prozapalne a szczególnie IL-6 i IL-21 mogą ukierunkowywać różnicowanie komórek Th0 w komórki Th17. Jednak, prawdopodobnie oddziaływanie wielu cytokin jednocześnie może decydować o efektorowej funkcji komórek Treg. Kelchtermans i współpracownicy udowodnili w swojej pracy istotną rolę IFN-γ jako endogennego, profilaktycznego czynnika, który spowalnia rozwój modelowego CIA u myszy DBA/1. Zaobserwowano, że immunizacja kurzym kolagenem typu II i CFA osobników

5 194 Alergia Astma Immunologia 2012, 17 (4): z nokautem genowym w obrębie α-łańcucha receptora IFN-γ myszy IFN-γ(R)KO, powoduje utratę supresorowej funkcji Treg [49]. Z kolei Srivastava i wsp. wykazali istotny udział IL-3 w regulacji i różnicowaniu się Treg, zarówno w warunkach in vitro jak i in vivo, u myszy BALB/c i DBA/ 1J. Terapeutyczny potencjał IL-3 wynikał z indukowania wysokiej i stałej ekspresji FOXP3 w Treg [50] oraz wyciszania objawów CIA [51]. W ostatnim czasie wiele uwagi poświęca się immunosupresyjnemu peptydowi VIP (ang. vasoactive intenstinal peptide), którego ochronne działanie udowodniono m.in. w CIA [46,52-54]. Pomimo nieznanego mechanizmu działania VIP w CIA wiadomo już, że może on indukować proliferację Treg i w przyszłości może być wykorzystany w terapii komórkowej RZS. Zespół Gonzalez- Ray wykazał, że podawanie VIP myszom DBA/1, u których wywołano modelowy CIA zwiększa populację Treg. U badanych myszy spośród wszystkich komórek CD4+ aż 23% należało do subpopulacji Treg. Treg indukowane VIP produkują IL-10 i TGF-β, oraz są u nich obecne charakterystyczne dla Treg markery powierzchniowe takie jak CD4, CD25, GITR czy CTLA-4. Obecność tego ostatniego w świetle ostatnich badań wydaje się być skorelowana z ekspresją wewnątrzkomórkowego FOXP3 [55]. U pacjentów z RZS liczba krążących limfocytów Treg w porównaniu z osobami zdrowymi jest zmienna, a kierunek zmian pozostaje nieokreślony, w przeciwieństwie do pacjentów z SM, u których obserwuje się zmniejszenie frekwencji Treg na obwodzie. Jednak, co ciekawe liczba limfocytów CD4+CD25+ obecnych w płynie stawowym pacjentów jest wyższa niż we krwi obwodowej [48]. Komórki te charakteryzuje zwiększona ekspresja antygenów CTLA-4, GITR, OX-40 i FOXP3, a także zwiększona aktywność antyproliferacyjna wobec komórek efektorowych. Jednakże efektywna zdolność supresji odpowiedzi autoimmunologicznej i zdolność hamowania progresji choroby przez komórki Treg pacjentów z RZS są ograniczone. Dokładna przyczyna tego stanu nie jest jasna ale pod uwagę branych jest kilka hipotez. Przede wszystkim bezpośredni hamujący wpływ na aktywność supresyjna komórek Treg ma bogate w cytokiny prozapalne środowisko mazi stawowej stawu objętego zapaleniem. Dodatkowo warunki te mogą wywoływać niestabilność ekspresji FOXP3 i konwersję w kierunku limfocytów Th17. Ponadto dysfunkcja komórek Treg może wynikać z upośledzonej ekspresji i funkcji antygenu CTLA- 4. Ograniczona ekspresja tej cząsteczki jest stwierdzana na komórkach Treg pacjentów z RZS [56]. Potencjał terapeutyczny komórek T regulatorowych w SM i RZS Podaż świeżo izolowanych lub ex vivo Treg mogą wspomóc miejscowo lub ogólnoustrojowo zniszczone stanem autoagresytnym tkanki. Podejmowane są liczbe badania bazujące nie tylko na transferze adaptywnych wszystkie one mają na celu wdrożenie komórek Treg jako podmiotu terapeutycznego, ale nie są jednoznacznie ustalone szanse ich zastosowania w przyszłości w leczeniu takich schorzeń jak stwardnienie rozsiane czy reumatoidalne zapalenie stawów. Badania nad terapeutycznym potencjałem Treg w reumatoidalnym zapaleniu stawów wykazały, jak dotąd, że podaż komórek Treg we wczesnej fazie rozwoju stanu zapalnego może zatrzymać rozwój RZS, a same komórki T regulatorowe są zdolne do migracji do miejsc objętych stanem zapalnym [57]. Wiele uwagi w literaturze poświęca się transferowi adaptywnemu Treg, który w przypadku modelowego CIA wydaje się dawać więcej nadzieji na wdrożenie w terapii komórkowej niż w przypadku MS, gdzie podaż Treg u myszy u których wywołano EAE nie wywołuje pożądanych efektów terapeutycznych. Natomiast przeprowadzenie transferu adaptywnego Treg przed wywołaniem EAE pozwala na osiągnięcie zadowalających efektów terapeutycznych [58,59 co może wynikać z faktu, iż Treg słabo działają w tkankach objętych zaawansowanym stanem zapalnym [60]. Podsumowanie Identyfikacja limfocytów Treg jest jednym z najważniejszych osiągnięć współczesnej immunologii. Umożliwiła bowiem lepsze zrozumienie podstawowych mechanizmów tolerancji immunologicznej a także otworzyła nowe ścieżki interwencji terapeutycznej w chorobach z upośledzeniem tolerancji antygenów własnych. Jednak udział komórek Treg w patogenezie chorób z autoagresji (w tym jak przedstawiono powyżej dylemat frekwencji a upośledzenia funkcji) pozostaje daleki od wyjaśnienia. Kluczowym elementem przyszłych terapii z wykorzystaniem komórek Treg wydaje się być optymalizacja metod ich hodowli w warunkach in vitro, ponieważ opisywane jak dotąd cytokiny takie jak IL-2 i TGF-β różnicują limfocyty naiwne CD4+CD25 - do komórek o fenotypie CD4+CD25+ ale nie zapewniają 100% stabilnej ekspresji FOXP3, która jest kluczowa dla projektowania wydajnych terapii bazujących na transferze adaptywnym [55]. Postęp prac naukowych nad komórkami Treg, oraz rozwój możliwości technicznych dają wyraźną nadzieję na podejmowanie w niedalekiej przyszłości terapii wykorzystujących potencjał limfocytów o właściwościach regulacyjnych. Piśmiennictwo 1. Sakaguchi S, Yamaguchi T, Nomura T i wsp. Regulatory T Cells and Immune Tolerance. Cell 2008; 133: Sakaguchi S, Fukuma K, Kuribayashi K, Masuda T. Organ-specific autoimmune diseases induced in mice by elimination of T cell subset. I. Evidence for the active participation of T cells in natural self-tolerance; deficit of a T cell subset as a possible cause of autoimmune disease. J Exp Med 1985; 161: Sakaguchi S, Sakaguchi N, Asano M i wsp. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chain (CD25), breakdown of a single mechanism of selftolerance causes various autoimmune disease. J Immunol 1995; 155: Fontenot JD, Gavin MA, Rudensky AY. Foxp3 programs the development and function of CD4+CD25+ regulatory T cells. Nat Immunol 2003; 4:

6 Zaleska I i wsp. Rola limfocytów T regulatorowych (Treg) w chorobach autoagresywnych Hori S, Nomura T, Sakaguchi S. Control of Regulatory T Cell Development by the Transcription FactorFoxp3. Science 2003; 299: Bennett CL, Christie J, Ramsdell F i wsp. The immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome (IPEX) is caused by mutations of FOXP3. Nat Genet 2001; 27: Chatila TA, Blaeser F, Ho N i wsp. JM2, encoding a fork head related protein is mutated in X linked autoimmunity allergic dysregulation (sic) syndrome. J Clin Invest 2000; 106: R75-R Kasow KA, Morales-Tirado VM, Wichlan D i wsp. Therapeutic in vivo selection of thymic-derived natural T regulatory cells following non-myeloablative hematopoietic stem cell transplant for IPEX. Clin Immunol 2011; 141: Otsubo K, Kanegane H, Kamachi Y i wsp. Identification of FOXP3-negative regulatory T-like (CD4 +CD25 +CD127 low) cells in patients with immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome. Clin Immunol 2011; 141: Liyanage UK, Moore TT, Joo HG i wsp. Prevalence of regulatory T cells is increased in peripheral blood and tumor microenvironment of patients with pancreas or breast adenocarcinoma. J Immunol 2002; 169: SasadaT, Kimura M, Yoshida Y i wsp. CD4+CD25+ regulatory T cells in patients with gastrointestinal malignancies: possible involvement of regulatory T cells in disease progression. Cancer 2003; 98: Ryba M, Myśliwska J. Limfocyty T CD4+CD25+Foxp3+: naturalnie występujące limfocyty T regulatorowe. Pediatric Endocrinology, Diabetes and Metabolism 2010; 16: Miyara M, Sakaguchi S. Human FoxP3+CD4+ regulatory T cells: their knowns and unknowns. Immunol Cell Biol 2001; 89: Ohkura N, Hamaguchi M, Sakaguchi S. FOXP3+ regulatory T cells: control of FOXP3 expression by pharmacological agents. Trends Pharmacol Sci 2011; 32: Sakaguchi S, Wing K, Onishi Y i wsp. Regulatory T cells: how do they suppress immune responses? Int Immunol 2009; 21: Maślanka T. Komórki regulatorowe z populacji limfocytów CD4+. Medycyna Wet 2010; 66: Apostolou I, Verginis P, Kretschmer K i wsp. Peripherally Induced Treg: Mode, Stability, and Role in Specific Tolerance. J Clin Immunol 2008; 28: Selvaraj RK, Geiger TL. A kinetic and dynamic analysis of Foxp3 induced in T cells by TGF-beta. J Immunol 2007; 178: Tao R, de Zoeten E, Ozkaynak E i wsp. Histone deacetylase inhibitors and transplantation. Curr Opin Immunol 2007; 19: Trzonkowski P, Szmit E, Myśliwska J i wsp. CD4+CD25+ T regulatory cells inhibit cytotoxic activity of T CD8+ and NK lymphocytes in the direct cell-to-cell interaction. Clin Immunol 2004; 112: Cvetanowich GL, Hafler DA. Human Regulatory T Cells in Autoimmune Diseases Curr Opin Immunol 2010; 22: Sakaguchi S, Miyara M, Costantino CM, Hafler DA. FOXP3+ regulatory T cells in the human immune system Nat Rev Immunol 2010; 10: Borsellino G, Kleinewietfeld M, Di Mitri D i wsp. Expression of ectonucleotidase CD39 by Foxp3+ Treg cells: hydrolysis of extracellular ATP and immune suppression. Blood 2007; 110: Vukmanovic-Stejic M, Zhang Y, Cook JE i wsp. Human CD4+C- D25hiFoxp3+ regulatory T cells are derived by rapid turnover of memory populations in vivo. J Clin Invest 2006; 116: O Connor RA, Anderton SM. Foxp3+ regulatory T cells in the control of experimental CNS autoimmune disease. J Neuroimmunol 2008; 193: Juszczak M, Głąbiński A. Udział limfocytów Th17 w patogenezie stwardnienia rozsianego. [Th17 cells in the pathogenesis of multiple sclerosis]. Post Hig Med Dosw (online) 2009; 63: Batoulis H, Addicks K, Kuerten S. Emerging concepts in autoimmune encephalomyelitis beyond the CD4/TH1 paradigm. Ann Anat 2010; 192: Jaśkiewicz E. Epitopy na białkach mieliny rozpoznawane przez autoprzeciwciała obecne u chorych na stwardnienie rozsiane. Postepy Hig Med Dosw (online) 2004; 58: Dharmasaroja P. Specificity of autoantibodies to epitopes of myelin proteins in multiple sclerosis. J Neurol Sci 2003; 206: Mix E, Meyer-Rienecker H, Hartung HP, Zettl UK. Animal models of multiple sclerosis Potentials and limitations. Prog Neurobiol 2010; 92: Tadokoro CE, Shakhar G, Shen S i wsp. Regulatory T cells inhibit stable contacts between CD4+ T cells and dendritic cells in vivo. J Exp Med 2006; 203: Kohm AP, Carpentier PA, Anger HA i wsp. Cutting edge: CD4+CD25+ regulatory T cells suppress antigen-specific autoreactive immune responses and central nervous system inflammation during active experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol 2002; 169: O Connor RA, Malpass KH, Anderton SM. The inflamed central nervous system drives the activation and rapid proliferation of Foxp3+ regulatory T cells. J Immunol 2007; 179: Korn T, Mitsdoerffer M, Croxford AL i wsp. IL-6 controls Th17 immunity in vivo by inhibiting the conversion of conventional T cells into Foxp3+ regulatory T cells. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105: Viglietta V, Baecher-Allan C, Weiner HL i wsp. Loss of functional suppression by CD4+CD25+ regulatory T cells in patients with multiple sclerosis. J Exp Med 2004; 199: Haas J, Hug A, Viehöver A i wsp. Reduced suppressive effect of CD4(+)CD25(high) regulatory T cells on the T cell immune response against myelin oligodendrocyte glycoprotein in patients with multiple sclerosis. Eur J Immunol 2005; 35: Kumar M, Putzki N, Limmroth V i wsp. CD4+CD25+FoxP3+ T lymphocytes fail to suppress myelin basic protein-induced proliferation in patients with multiple sclerosis. J Neuroimmunol 2006; 180: Huan J, Culbertson N, Spencer L i wsp. Decreased FOXP3 levels in multiple sclerosis patients. J Neurosci Res 2005; 81: Venken K, Hellings N, Thewissen M i wsp. Compromised CD4+ CD25 (high) regulatory T cell function in patients with relapsing-remitting multiple sclerosis is correlated with a reduced frequency of FOXP3-positive cells and reduced FOXP3 expression at the single-cell level. Immunology 2008; 123: Venken K, Hellings N, Liblau R, Stinissen P. Disturbed regulatory T cell homeostasis in multiple sclerosis. Trends Mol Med 2010; 16(2): Fritzsching B, Haas J, König F i wsp. Intracerebral Human Regulatory T Cells: Analysis of CD4+CD25+FOXP3+ T Cells in Brain Lesions and Cerebrospinal Fluid of Multiple Sclerosis Patients. PLoS One 2011; 6(3): e Chen M, Chen G, Deng S i wsp. IFN-β induces the proliferation of CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells through upregulation of GITRL on dendritic cells in the treatment of multiple sclerosis. J Neuroimmunol 2012; 242: Kürtüncü M, Tüzün E, Türkoğlu R i wsp. Effect of short-term interferon-β treatment on cytokines in multiple sclerosis: significant modulation of IL-17 andil-23. Cytokine 2012; 59:

7 196 Alergia Astma Immunologia 2012, 17 (4): Marcińska K, Szczepanik M. Mechanizmy regulacji odpowiedzi immunologicznej w modelu zwierzęcym reumatoidalnego zapalenia stawów u myszy (CIA). Mechanisms involved in the regulation of immune response in animal model of rheumatoid arthritis in mice (CIA). Postepy Hig Med Dosw (online) 2010; 64: Trentham DE, Townes AS, Kang AH. Autoimmunity to type II collagen: an experimental model of arthritis. J Exp Med 1977; 146: Morgan ME, Flierman R, van Duivenvoorde LM i wsp. Effective treatment of collagen induced arthritis by adoptive transfer of CD25_ regulatory T cells. Arthritis Rheum 2005; 52: Billiau A, Matthys P. Collagen-induced arthritis and related animal models: How much of their pathogenesis is auto-immune, how much is auto-inflammatory? Cytokine Growth Factor Rev 2011; 22: Chavele K-M, Ehrenstein MR. Regulatory T-cells in systemic lupus erythematosus and rheumatoid arthritis. FEBS Lett 2011; 585: Kelchtermans H, De Klerck B, Mitera T i wsp. Defective CD4+CD25+ regulatory T cell functioning in collagen-induced arthritis: an important factor in pathogenesis, counter-regulated by endogenous IFN-gamma. Arthritis Res Ther 2005; 7: R Srivastava RK, Tomar GB, Barhanpurkar AP i wsp. IL-3 attenuates collagen-induced arthritis by modulating the development of Foxp3+ regulatory T cells. J Immunol 2011; 186: Yogesha SD, Khapli SM, Srivastava RK i wsp. IL-3 inhibits TNF-ainduced bone resorption and prevents inflammatory arthritis. J Immunol 2009; 182: Van Amelsfort JM, Jacobs KM, Bijlsma JW i wsp. CD4_CD25_ regulatory T cells in rheumatoid arthritis: differences in the presence, phenotype, and function between peripheral blood and synovial fluid. Arthritis Rheum 2004; 50: Yudoh K, Matsuno H, Nakazawa F i wsp. Reduced expression of the regulatory CD4_ T cell subset is related to Th1/Th2 balance and disease severity in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum 2000; 43: Morgan ME, Sutmuller RP, Witteveen HJ i wsp. CD25_ depletion hastens the onset of severe disease in collagen-induced arthritis. Arthritis Rheum 2003; 48: Gonzalez-Rey E, Fernandez-Martin A, Chorny A i wsp. Vasoactive Intestinal Peptide Induces CD4_,CD25_ T Regulatory Cells With Therapeutic Effect in Collagen-Induced Arthritis. Arthritis Rheum 2006; 54: Maloy KJ, Powrie F. Regulatory T cells in the control of immune pathology. Nat Immunol 2001; 2: Wing K, Onishi Y, Prieto-Martin P i wsp. CTLA-4 control over Foxp3 regulatory T cell function. Science 2008; 322: Hoffmann P, Eder R, Kunz-Schughart LA i wsp. Large-scale in vitro expansion of polyclonal human CD4(+)CD25high regulatory T cells. Blood 2004; 104: Van de Keere F, Tonegawa S. CD4+ T Cells Prevent Spontaneous Experimental Autoimmune Encephalomyelitis in Anti-Myelin Basic Protein T Cell Receptor Transgenic Mice. J Exp Med 1998; 188: Olivares-Villagomez D, Wang Y, Lafaille JJ. Regulatory CD4+ T Cells Expressing Endogenous T Cell Receptor Chains Protect Myelin Basic Protein-specific Transgenic Mice from Spontaneous Autoimmune Encephalomyelitis. J Exp Med 1998; 188: Lewis EC, Mizrahi M, Toledano M i wsp. alpha1-antitrypsin monotherapy induces immune tolerance during islet allograft transplantation in mice. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105: