Гамма-дельта Т-клетки ( γδ Т-клетки ) — это Т-клетки , имеющие на своей поверхности γδ Т-клеточный рецептор (TCR). Большинство Т-клеток — это αβ (альфа-бета) Т-клетки с TCR, состоящим из двух гликопротеиновых цепей, называемых α (альфа) и β (бета) цепями TCR. Напротив, γδ Т-клетки имеют TCR, состоящий из одной γ (гамма) цепи и одной δ (дельта) цепи. Эта группа Т-клеток обычно встречается реже, чем αβ Т-клетки. Их наибольшее количество находится в слизистой оболочке кишечника , в популяции лимфоцитов, известных как интраэпителиальные лимфоциты (IEL). [1]
Антигенные молекулы , активирующие γδ T-клетки, в значительной степени неизвестны. γδ T-клетки отличаются тем, что им, по-видимому, не требуется обработка антигена и презентация пептидных эпитопов главным комплексом гистосовместимости (MHC) , хотя некоторые распознают молекулы MHC класса Ib . Считается, что γδ T-клетки играют важную роль в распознавании липидных антигенов. Они имеют инвариантную природу. Они могут быть вызваны сигналами тревоги, такими как белки теплового шока (HSP).
Субпопуляция γδ-T-клеток существует в эпидермальном компартменте кожи мышей. Первоначально называемые Thy-1+ дендритными эпидермальными клетками (Thy1+DEC), [2] эти клетки более известны как дендритные эпидермальные T-клетки (DETC). DETC возникают во время развития плода и экспрессируют инвариантный и канонический рецептор Vγ3 Vδ1 T-клеток (используя номенклатуру Гармана). [3]
Условия, которые приводят к реакциям γδ T-клеток, до конца не изучены, и современные концепции их как «первой линии обороны», «регуляторных клеток» или «моста между врожденными и адаптивными реакциями» [1] затрагивают только аспекты их сложного поведения. Фактически, γδ T-клетки образуют целую систему лимфоцитов, которая развивается под влиянием других лейкоцитов в тимусе и на периферии. Когда они созревают, они развиваются в функционально различные подмножества, которые подчиняются своим собственным (в основном неизвестным) правилам и оказывают бесчисленное множество прямых и косвенных эффектов на здоровые ткани и иммунные клетки, патогены и ткани, выдерживающие инфекции, и реакции хозяина на них.
Как и другие «нетрадиционные» подтипы Т-клеток, несущие инвариантные Т-клеточные рецепторы, такие как ограниченные CD1d естественные Т-клетки-киллеры , γδ Т-клетки проявляют несколько характеристик, которые помещают их на границу между более эволюционно примитивной врожденной иммунной системой , которая обеспечивает быстрый полезный ответ на различные чужеродные агенты, и адаптивной иммунной системой , где В- и Т-клетки координируют более медленный, но высокоспецифичный к антигенам иммунный ответ, что приводит к длительной памяти против последующих вызовов тем же антигеном.
γδ T-клетки можно считать компонентом адаптивного иммунитета , поскольку они перестраивают гены TCR для создания межклеточного разнообразия и могут развивать фенотип памяти. Однако различные подмножества также можно считать частью врожденного иммунитета [4] , в котором определенный TCR может функционировать как рецептор распознавания образов . [5] Например, согласно этой парадигме, большое количество (человеческих) Vγ9/Vδ2 T-клеток в течение нескольких часов реагируют на обычные молекулы, производимые микробами, а сильно ограниченные интраэпителиальные Vδ1 T-клетки будут реагировать на стрессированные эпителиальные клетки, несущие сторожевые знаки опасности.
Недавние исследования показали, что человеческие Т-клетки Vγ9/Vδ2 также способны к фагоцитозу — функции, ранее присущей исключительно врожденным миелоидным клеткам, таким как нейтрофилы, моноциты и дендритные клетки [6]. Это еще раз доказывает, что биология Т-клеток γδ охватывает как врожденные, так и адаптивные иммунные реакции.
Недавно считалось, что γδ17 T-клетки способны вырабатывать IL-17 только при острых инфекциях. Недавно было обнаружено, что γδ17 T-клетки могут вырабатывать IL-17 даже тогда, когда иммунный ответ не вызван. Эти клетки, вероятно, генерируются из фетальных γδ-тимоцитов, и по мере их выхода из тимуса они будут прогрессировать в нелимфоидные ткани, такие как легкие, брюшная полость, дерма, язык и матка. [7]
γδ17 T, который будет накапливаться в жировой ткани (дерме), будет контролировать не только гомеостаз регуляторных Т-клеток , но и адаптивный термогенез , поэтому они способны контролировать поддержание внутренней температуры тела. [8] Используя стареющих мышей в качестве модели, недавно были признаны молекулярные и клеточные механизмы, которые действуют в условиях термонейтральности ( устойчивое состояние ) или после воздействия холода.
Когда мыши находятся в устойчивом состоянии , IL-17, продуцируемый γδ17 T-клетками, будет стимулировать стромальные клетки, экспрессирующие рецептор IL-17, для выработки IL-33 in vivo и, следовательно, обеспечивать молекулярную связь с T-регуляторными клетками, экспрессирующими рецептор IL-33 ST2 в жировой ткани, поэтому ST2+ T-регуляторные клетки будут накапливаться, и это приведет к поддержанию гомеостаза ткани. Это недавнее открытие объясняет механизм, посредством которого количество T-регуляторных клеток непрерывно увеличивается в процессе старения. С другой стороны, было показано, что после воздействия на мышей холода выработка TNF и IL-17 будет действовать на адипоциты, расцепляя белок UCP1 , который необходим для индукции UCP1-зависимой термогенной программы. [9]
Аутоиммунное заболевание возникает в результате аномальной реакции иммунной системы . Во время такого заболевания наблюдается выработка аутоантител или аутореактивных Т-клеток. Роль γδ Т-клеток в аутоиммунном заболевании заключается в том, чтобы помогать В-клеткам вырабатывать аутоантитела посредством провоспалительных цитокинов . IL-17A важен для развития и прогрессирования аутоиммунных заболеваний. Основными источниками являются Th17 CD4+ αβ Т-клетки, но подгруппа γδ Т-клеток также играет роль в аутоиммунном патогенезе и регуляции, поскольку они способствуют выработке IL-17A и других хемокинов . Они также взаимодействуют с другими врожденными и адаптивными иммунными клетками и модулируют их функции. γδ Т-клетки усиливают или подавляют воспаление в зависимости от места и стадии заболевания. Они поднимаются с периферии и могут накапливаться в воспаленной ткани. Эти Т-клетки могут стать активными без лиганда TCR — они могут очень быстро вызывать воспаление при аутоиммунных заболеваниях. [10]
γδ Т-клетки имеют клиническую связь со многими аутоиммунными заболеваниями.
γδ T-клетки являются основным подмножеством T-клеток интраэпителиальных лимфоцитов (IEL), присутствующих в эпителиальном слое слизистой оболочки . Они регулируют иммуносупрессивные функции IEL и играют роль в развитии толерантности. Эти так называемые защитные γδ T-клетки способствуют восстановлению тканей и заживлению клеток. Патогены и другие воспалительные стимулы вызывают выработку ретиноевой кислоты дендритными клетками , она побуждает γδ T-клетки вырабатывать IL-22 . Этот цитокин отвечает за клеточно-опосредованную выработку антимикробных пептидов и восстановление тканей.
С другой стороны, патогенные γδ T-клетки продуцируют IL-17 . Этот цитокин индуцирует дифференциацию клеток Th17, а опосредованная дендритными клетками продукция IL-12 и IL-23 способствует дифференциации клеток Th17 в клетки Th1, которые продуцируют IFN-γ. Матриксные металлопротеиназы и NO, присутствующие в воспаленной ткани, повреждают и разрушают базальную мембрану , что приводит к развитию ВЗК. [11]
T1D — это аутоиммунное заболевание, при котором β-клетки поджелудочной железы , которые вырабатывают инсулин , повреждаются аутореактивными Т-клетками. В поджелудочной железе наблюдается инфильтрация как врожденных, так и адаптивных иммунных клеток. Исследования на мышах показали, что γδ-Т-клетки играют роль в патогенезе T1D. Они инфильтрируют островки и могут даже сотрудничать с αβ-Т-клетками, чтобы вызвать T1D. [12]
РА — хроническое аутоиммунное заболевание, вызванное накоплением аутореактивных Т-клеток, которые индуцируются воспалением в синовиальной жидкости и суставах. У пациентов с РА наблюдается более высокое количество γδ Т-клеток, продуцирующих ИЛ-17 . Это приводит к продукции воспалительных цитокинов нейтрофилами , макрофагами и фибробластами , а также RANKL остеобластами ( RANKL вызывает превращение предшественников в остеокласты ). Матриксные металлопротеиназы и катепсины, индуцируемые воспалительными цитокинами, вместе с RANKL вызывают эрозию костей и хрящей , что приводит к развитию РА. [11]
γδ T-клетки участвуют в развитии этого аутоиммунного заболевания. Они цитотоксичны против олигодендроцитов , клеток, которые участвуют в миелинизации аксонов . У пациентов наблюдается повышенное количество γδ T-клеток в мозге и спинномозговой жидкости , и эти клетки накапливаются в демиелинизированных областях ЦНС и образуют бляшки . В моделях на мышах были идентифицированы различные подгруппы γδ T-клеток. Наиболее многочисленными были те, которые продуцируют IL-17. IL-17 индуцирует клетки Th17 и ответ Th17. [10]
Псориаз является одним из аутоиммунных заболеваний, при котором γδ Т-клетки вместе с Th1 и Th17 играют существенную роль в развитии заболевания. В ответ на IL-23 жировые гамма-Т-клетки будут вырабатывать IL-17, и этот интерлейкин способствует развитию и прогрессированию псориаза . [13] Также было доказано, что Vγ9Vδ2 Т-клетки у пациентов с псориазом участвуют в развитии заболевания. [14] Количество Vγ9Vδ2 Т-клеток увеличивается в кожных поражениях пациентов с псориазом, но уменьшается в крови. Это открытие указывает на перераспределение Vγ9Vδ2 Т-клеток из крови в кожный компартмент при псориазе. Тяжесть псориаза связана с более низким уровнем γ9Vδ2 Т-клеток в кровотоке, поэтому успешная противопсориатическая терапия приводит к увеличению периферических Vγ9Vδ2 Т-клеток. Главным результатом является то, что измерение этих клеток в крови и очагах поражения кожи можно использовать в качестве маркера для отслеживания прогрессирования псориаза.
Не-MHC ограниченное распознавание антигенов и высокая секреция цитокинов γδ T-клетками позволяют предположить, что эти клетки могут быть эффективны в иммунотерапии рака . [15] Испытания на многочисленных видах рака ( рак почки , лейкемия , [15] рак легких ) показали, что они переносятся и безопасны, но некоторые исследования сообщают, что γδ T-клетки вызывают развитие рака [16], например, посредством продукции IL-17 в микросреде опухоли , что способствует ангиогенезу и росту клеток [17] или из-за их способности увеличивать количество миелоидных супрессорных клеток . [18] Таким образом, эффективность иммунотерапии, основанной на γδ T-клетках, ограничена. Их инвариантная природа подразумевает, что иммунотерапия, которая опирается на них, не потребует индивидуальной настройки для отдельных пациентов. [19]
γδ Т-клетки можно разделить на эффекторные и регуляторные клетки:
После инфильтрации опухоли в ответ на хемокины , продуцируемые моноцитами и макрофагами , γδ T-клетки взаимодействуют с молекулами, вызванными стрессом, на опухолевых клетках и секретируют цитотоксические молекулы, воспалительные цитокины и активируют клетки адаптивного иммунитета . [20] Они также могут лизировать опухолевые клетки с помощью антителозависимой клеточной цитотоксичности (ADCC) (через связывание Fc-области IgG , отложенной на опухолевых клетках). γδ T-клетки секретируют IFN-γ и IL-17 , что приводит к более высокой экспрессии MHC-I , положительной регуляции цитотоксических T-лимфоцитов и индукции противоопухолевого ответа. γδ T-клетки также взаимодействуют с DC и развивают ответ Th1 .
γδ T-клетки выполняют регуляторную и подавляющую роль в экспрессии TME факторов транскрипции ( FoxP3 , Helios ) и взаимодействии CD86-CTLA-4 между APC и γδ T-клетками. Они также повреждают эффекторные иммунные клетки (DC, NK, iNKT, CD8+ T-клетки) через IL-4 , IL-10 и TGF-β . Также IL-17, секретируемый γδ T-клетками, играет протуморогенную роль (усиление ангиогенеза , привлечение макрофагов , расширение и поляризация нейтрофилов и их подавление CD8+ T-клеток ). [21]
В этой таблице обобщена номенклатура цепей Vγ мыши и указаны моноклональные антитела, часто используемые для идентификации этих цепей. Эта система была лучше всего описана для штамма C57BL/6 и может не применяться к другим штаммам. Используются две системы номенклатуры (Heilig; Garman), и многие авторы не указывают, какую систему они используют. Например, IMGT (Международная система иммуногенетики) использует нотацию Heilig, но не указывает этот факт на своем веб-сайте. [ необходима цитата ] Эта таблица относится к сегментам гена вариабельной цепи Vγ и к моноклональным антителам, которые обнаруживают соответствующие цепи белка Vγ. Обратите внимание, что предложенная Адрианом Хейдеем номенклатура не получила широкого распространения, [ необходима цитата ] оставляя значительную путаницу в литературе. Одним из преимуществ и недостатков номенклатуры Хейдея является то, что она основана на порядке генов в геноме B6, но это может не применяться к другим штаммам.
Т-клетки Vγ9 /Vδ2 уникальны для людей и приматов и представляют собой незначительную и необычную составляющую популяции лейкоцитов в периферической крови (0,5–5 %). Тем не менее, предполагается, что они играют раннюю и важную роль в восприятии «опасности» со стороны вторгающихся патогенов, поскольку они резко размножаются при многих острых инфекциях и могут превзойти все другие лимфоциты в течение нескольких дней, например, при туберкулезе , сальмонеллезе , эрлихиозе , бруцеллезе , туляремии , листериозе , токсоплазмозе и малярии .
Следует отметить, что все T-клетки Vγ9/Vδ2 распознают одно и то же небольшое микробное соединение ( E )-4-гидрокси-3-метил-бут-2-енилпирофосфат ( HMB-PP ), естественный промежуточный продукт немевалонатного пути биосинтеза изопентенилпирофосфата (IPP). [25] HMB-PP является важным метаболитом у большинства патогенных бактерий, включая Mycobacterium tuberculosis и малярийных паразитов, но отсутствует у человека-хозяина. Бактериальные виды, у которых отсутствует немевалонатный путь и которые синтезируют IPP через классический мевалонатный путь , такие как Streptococcus , Staphylococcus и Borrelia , не способны продуцировать HMB-PP и не активируют специфически T-клетки Vγ9/Vδ2.
Сам IPP структурно тесно связан с HMB-PP и повсеместно присутствует во всех живых клетках (включая клетки человека), однако его активность in vitro снижается в 10 000 раз; представляет ли IPP физиологический сигнал «опасности» стрессовых или трансформированных клеток, до сих пор неясно. Фармакологический интерес и биоактивность, сопоставимая с IPP, представляют синтетические аминобисфосфонаты, такие как золедронат (Zometa) или памидронат (Aredia), которые широко используются для лечения остеопороза и метастазов в костях и, попутно, действуют как агонисты рецепторов Vγ9/Vδ2 T-клеток. Однако все больше данных свидетельствуют о том, что эти аминобисфосфонатные «антигены» не распознаются напрямую Vγ9/Vδ2 T-клетками и фактически действуют косвенно, через их воздействие на путь биосинтеза мевалоната, что приводит к накоплению IPP. [26] Наконец, было описано, что некоторые алкилированные амины активируют Т-клетки Vγ9/Vδ2 in vitro , однако только в миллимолярных концентрациях, т.е. с эффективностью в 10 6 -10 8 раз ниже, чем у HMB-PP , что ставит под сомнение их физиологическую значимость.
До сих пор не ясно, связываются ли эти непептидные антигены напрямую с TCR Vγ9/Vδ2 или существует презентирующий элемент. Существуют доказательства необходимости в специфичном для вида межклеточном контакте. Однако ни одна из известных антигенпрезентирующих молекул, таких как MHC класса I и II или CD1, не требуется для активации γδ T-клеток, что предполагает существование нового презентирующего элемента. Серьезная поддержка прямого распознавания непептидных антигенов TCR Vγ9/Vδ2 исходит из исследований, которые продемонстрировали, что трансфицированный TCR Vγ9/Vδ2 может придать реактивность ранее не реагирующей клетке; более того, антитела к TCR γδ блокируют распознавание. Таким образом, наличие функционального TCR Vγ9/Vδ2 представляется обязательным для ответа на непептидные антигены, хотя основу огромных различий в биологической активности между близкородственными молекулами, такими как HMB-PP и IPP, невозможно объяснить с помощью традиционных моделей презентации/распознавания эпитопов.
Эти Vγ9Vδ2 T-клетки также могут вести себя как профессиональные антигенпрезентирующие клетки ( APC ). Похоже, что человеческие Vγ9Vδ2 T-клетки характеризуются специфической программой воспалительной миграции, включая множественные рецепторы для воспалительных хемокинов ( CXCR3 , CCR1 , CCR2 и CCR5 ). Это означает, что стимуляция IPP или HMB-PP вызывает миграцию в лимфатические ткани , в частности в область Т-клеток лимфатических узлов . Таким образом, стимуляция Vγ9Vδ2 T-клеток фосфоантигенами приводит к экспрессии множественных маркеров, которые связаны с APC, таких как молекулы MHC I и II, костимулирующие молекулы ( CD80 , CD86 ) и рецепторы адгезии ( CD11a , CD18 , CD54 ). Таким образом, активированные Vγ9Vδ2 T-клетки ведут себя как APC (γδ T-APC) и представляют антигены αβ T-клеткам. Это приводит к превращению наивных CD4+ и CD8+ αβ T-клеток в эффекторные клетки. Дифференцировка , вызванная γδ T-APC, чаще всего приводила к ответу T-хелперных клеток , в большинстве случаев к провоспалительному ответу Th1 с последующей продукцией IFN-γ и TNF-α . Но в случае низкого соотношения γδ T-APC: CD4+ это приводит к дифференциации некоторых наивных αβ T-клеток в клетки Th2 ( IL-4 ) или Th0 (IL-4 плюс IFN-γ). Человеческие Vγ9Vδ2 T-клетки также являются клетками с превосходной активностью перекрестной презентации антигена , процессом, описывающим захват экзогенного антигена и его направление на путь MHC I для индукции CD8+ цитотоксических T-клеток . Таким образом активированные цитотоксические T-клетки могут эффективно убивать инфицированные или опухолевые клетки. Этот факт может быть использован в иммунотерапии рака и инфекционных заболеваний. [27]
Обширное структурное разнообразие TCR Vδ1 и Vδ3 и существование клонов Vδ1 +, реагирующих против молекул MHC , MHC-подобных или не-MHC, предполагает распознавание весьма разнообразного и гетерогенного набора антигенов не-Vδ2 клетками, хотя родственные взаимодействия между не-Vδ2 TCR и любым из этих антигенов пока не были показаны. Ген A, связанный с цепью MHC класса I (MICA), также был предложен в качестве важного опухолевого антигена, распознаваемого Vδ1 + T-клетками. Однако очень низкое сродство взаимодействий MICA–Vδ1 TCR, оцененное с помощью анализа поверхностного плазмонного резонанса, вызывает сомнения относительно функциональной значимости распознавания MICA или гена B, связанного с цепью MHC класса I (MICB), Vδ1 + TCR.
Не-Vδ2 γδ Т-клетки расширяются в различных инфекционных контекстах, включающих внутриклеточные бактерии ( микобактерии и листерии ), а также внеклеточные бактерии, такие как Borrelia burgdorferi и вирусы ( ВИЧ , цитомегаловирус ). В большинстве случаев стимулы, которые запускают расширение Vd1, не исходят от патогенов, а вместо этого соответствуют эндогенным генным продуктам, предположительно активируемым при инфекции. Антигены, распознаваемые не-Vδ2 Т-клетками, расширяющимися в вышеуказанных инфекционных контекстах, не были охарактеризованы, но тот факт, что ответы Vδ1 + Т-клеток не блокируются моноклональными антителами, направленными против известных классических или неклассических молекул MHC, предполагает распознавание нового класса консервативных стресс-индуцированных антигенов. Недавнее исследование первичной цитомегаловирусной инфекции у младенцев обнаружило увеличение Vδ1 Т-клеток, которые также экспрессировали типичные маркеры, связанные с NK-клетками NKG2C и CD57 [28]
Недавнее исследование выявило специфическую подгруппу кишечных резидентных Vδ1 IELs (интраэпителиальных лимфоцитов), которые экспрессируют высокие уровни естественного цитотоксического рецептора (NCR), которым является NKp46 . Эти рецепторы экспрессируются почти исключительно естественными клетками-киллерами (NK) и играют центральную роль в запуске их активации, но было описано, что γδ T-клетки могут экспрессировать эти рецепторы. [29] Эти клетки называются NKp46+/Vδ1 IELs.
Главным результатом этого исследования является клиническая значимость этих клеток, которые могут быть использованы в качестве прогностического маркера при колоректальном раке (КРР) для отслеживания его прогрессирования. Более низкие частоты NKp46+/Vδ1 IEL в здоровых тканях кишечника, окружающих опухолевую массу, связаны с более высокой прогрессией опухоли и метастазами . Признано, что эта подгруппа может контролировать метастазы, поэтому чем выше уровни этой популяции, тем меньше вероятность того, что опухоль будет прогрессировать и распространяться на другие ткани. [30]