Регуляторные T-клетки: роль в иммунной системе и терапии заболеваний.

Введение

Белые кровяные клетки иммунной системы

Регуляторные Т-клетки (Tregs /t/iː/r/ɛ/g/ или Treg-клетки), ранее известные как супрессорные Т-клетки, являются субпопуляцией Т-клеток, которые модулируют иммунную систему, поддерживают толерантность к аутоантигенам и предотвращают аутоиммунные заболевания. Treg-клетки обладают иммуносупрессивными свойствами и обычно подавляют или снижают индукцию и пролиферацию эффекторных Т-клеток. Treg-клетки экспрессируют биомаркеры CD4, FOXP3 и CD25 и, как считается, происходят из той же клеточной линии, что и наивные CD4+ клетки. Поскольку эффекторные Т-клетки также экспрессируют CD4 и CD25, Treg-клетки очень сложно эффективно отличить от эффекторных CD4+, что затрудняет их изучение. Исследования показали, что цитокин трансформирующий фактор роста бета (TGF β) необходим для дифференцировки Treg-клеток из наивных CD4+ клеток и играет важную роль в поддержании гомеостаза Treg-клеток. Эксперименты на мышах показали, что модуляция Treg-клеток может использоваться для лечения аутоиммунных заболеваний и рака, а также для облегчения трансплантации органов и заживления ран. Их роль при раке сложна. Treg-клетки, как правило, повышены у людей с раком и, по-видимому, рекрутируются в местоположение многих опухолей. Исследования на людях и на животных показали, что высокое количество Treg-клеток в микроокружении опухоли указывает на неблагоприятный прогноз, и считается, что Treg-клетки подавляют противоопухолевый иммунитет, тем самым препятствуя естественной способности организма контролировать рост раковых клеток. Исследования в области иммунотерапии изучают, как регулирование Т-клеток можно использовать в лечении рака.

Популяции

Т-регуляторные клетки являются компонентом иммунной системы, подавляющим иммунные реакции других клеток. Это важный механизм "самоконтроля", встроенный в иммунную систему для предотвращения чрезмерных реакций. Регуляторные Т-клетки представлены множеством форм, наиболее изученными из которых являются клетки, экспрессирующие CD4, CD25 и FOXP3 (CD4+CD25+ регуляторные Т-клетки). Эти Treg-клетки отличаются от Т-хелперов. Другой подгруппой регуляторных Т-клеток являются клетки Treg17. Регуляторные Т-клетки участвуют в прекращении иммунного ответа после успешной элиминации вторгшихся организмов, а также в предотвращении аутоиммунитета. CD4+FOXP3+CD25(high) регуляторные Т-клетки называют "естественно возникающими" регуляторными Т-клетками, чтобы отличить их от популяций "супрессорных" Т-клеток, генерируемых in vitro. К другим регуляторным популяциям Т-клеток относятся Tr1, Th3, CD8+CD28− и Т-клетки, ограниченные Qa-1. Вклад этих популяций в самотолерантность и иммунный гомеостаз изучен менее подробно. FOXP3 может служить хорошим маркером для мышиных CD4+CD25+ Т-клеток, хотя недавние исследования также показали наличие экспрессии FOXP3 в CD4+CD25− Т-клетках. У человека FOXP3 также экспрессируется недавно активированными конвенциональными Т-клетками и, следовательно, не является специфическим маркером для человеческих Tregs.

Разработка

Все Т-клетки происходят из клеток-предшественников в костном мозге, которые становятся приверженными своей линии в тимусе. Все Т-клетки начинаются как CD4+CD8+ клетки, экспрессирующие TCR, на стадии DN (двойной негативной), где каждая клетка перестраивает гены Т-клеточного рецептора, формируя уникальную функциональную молекулу, которую затем тестируют на клетках в коре тимуса для выявления минимального уровня взаимодействия с собственным MHC. Если они получают эти сигналы, они пролиферируют и экспрессируют как CD4, так и CD8, становясь клетками двойной позитивности. Селекция Tregs происходит на радиорезистентных, гематопоэтически полученных клетках MHC II класса, экспрессирующих в мозговой субстанции или тельцах Хассалла в тимусе. На стадии DP (двойной позитивности) они отбираются посредством взаимодействия с клетками в тимусе, начинают транскрипцию Foxp3 и становятся Treg-клетками, хотя экспрессия Foxp3 может начаться не раньше стадии одинарной позитивности, когда они становятся функциональными Tregs. Tregs не имеют ограниченной экспрессии TCR, характерной для NKT или γδ Т-клеток; Tregs обладают большим разнообразием TCR, чем эффекторные Т-клетки, со смещением в сторону собственных пептидов. Процесс селекции Tregs определяется аффинностью взаимодействия с комплексом собственного пептида и MHC. Отбор для превращения в Treg – это процесс "Золотой середины", то есть не слишком высокий, не слишком низкий, а именно подходящий; Т-клетка, получающая очень сильные сигналы, подвергается апоптотической гибели; клетка, получающая слабый сигнал, выживает и отбирается для превращения в эффекторную клетку. Если Т-клетка получает промежуточный сигнал, она становится регуляторной клеткой. В силу стохастической природы активации Т-клеток, все популяции Т-клеток с заданным TCR в конечном итоге содержат смесь Teff и Treg, относительное соотношение которых определяется аффинностью Т-клеток к собственному пептиду MHC. Даже в моделях мышей с трансгенными клетками TCR, отобранными на специфической антиген-секретирующей строме, делеция или конверсия неполны. После взаимодействия с комплексом собственного пептида и MHC, Т-клетка должна повысить регуляцию IL-2R, CD25 и членов семейства рецепторов фактора некроза опухоли (TNFR) – GITR, OX40 и TNFR2 – чтобы стать предшественником CD25+FOXP3+ Treg. Для превращения в зрелый Treg необходимо повысить регуляцию фактора транскрипции FOXP3, что обусловлено цитокинами, зависимыми от γ-цепи (CD132), в частности IL-2 и/или IL-15. Одного IL-2 недостаточно для стимуляции экспрессии Foxp3, необходимы другие цитокины. В то время как IL-2 продуцируется самореактивными тимоцитами, IL-15 продуцируется стромальными клетками тимуса, в основном mTEC и cTEC. Tregs, происходящие от CD25+Foxp3high предшественников, защищают от экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита, в то время как Tregs, происходящие от CD25+Foxp3low предшественников, защищают от колит, индуцированного Т-клетками. Присутствие этих клеток в тимусе или добавление в культуру ткани тимуса плода подавляет развитие новых Tregs на 34–60%. Рециркулирующие Tregs в тимусе экспрессируют большое количество α-цепи рецептора IL-2 высокой аффинности (CD25), кодируемой геном Il2ra, которая собирает IL-2 из мозговой субстанции тимуса и снижает его концентрацию. Новые Tregs, экспрессирующие FOXP3, в тимусе не имеют столь высокой экспрессии Il2ra. У людей была обнаружена популяция CD31-негативных Tregs в тимусе. Таким образом, возможно, что этот регуляторный механизм развития тимусных Tregs также функционирует у людей. Вероятно, существует и положительная регуляция развития тимусных Tregs, вызванная рециркуляцией Tregs в тимус. В тимусе была обнаружена популяция CD24lowFOXP3+ с повышенной экспрессией IL-1R2 (Il1r2) по сравнению с периферическими Tregs. Высокая концентрация IL-1β, вызванная воспалением, снижает de novo развитие Tregs в тимусе.

All T cells derive from progenitor cells in the bone marrow, which become committed to their lineage in the thymus. All T cells begin as CD4 CD8 TCR cells at the DN (double negative) stage, where an individual cell will rearrange its T cell receptor genes to form a unique, functional molecule, which they, in turn, test against cells in the thymic cortex for a minimal level of interaction with self MHC. If they receive these signals, they proliferate and express both CD4 and CD8, becoming double positive cells. The selection of Tregs occurs on radio resistant hematopoietically derived MHC class II expressing cells in the medulla or Hassall's corpuscles in the thymus. At the DP (double positive) stage, they are selected by their interaction with the cells within the thymus, begin the transcription of Foxp3, and become Treg cells, although they may not begin to express Foxp3 until the single positive stage, at which point they are functional Tregs. Tregs do not have the limited TCR expression of NKT or γδ T cells; Tregs have a larger TCR diversity than effector T cells, biased towards self peptides. The process of Treg selection is determined by the affinity of interaction with the self peptide MHC complex. Selection to become a Treg is a "Goldilocks" process i. e. not too high, not too low, but just right; a T cell that receives very strong signals will undergo apoptotic death; a cell that receives a weak signal will survive and be selected to become an effector cell. If a T cell receives an intermediate signal, then it will become a regulatory cell. Due to the stochastic nature of the process of T cell activation, all T cell populations with a given TCR will end up with a mixture of Teff and Treg – the relative proportions determined by the affinities of the T cell for the self peptide MHC. Even in mouse models with TCR transgenic cells selected on specific antigen secreting stroma, deletion or conversion is not complete. After interaction with self peptide MHC complex, T cell has to upregulate IL 2R, CD25 and TNFR superfamily members GITR, OX40 and TNFR2 to become CD25+FOXP3 Treg cell progenitor. To become mature Treg, FOXP3 transcription factor has to be upregulated which is driven by γ chain (CD132) dependent cytokines, in particular IL 2 and/or IL 15. Only IL 2 alone is not sufficient to stimulate Foxp3 expression, other cytokines are needed. Whereas IL 2 is produced by self reactive thymocytes, IL 15 is produced by stromal cells of the thymus, mainly mTECs and cTECs. Tregs derived from CD25+Foxp3high progenitors protect from experimental auto immune encephalomyelitis, whereas those derived from CD25+Foxp3low progenitors protect from T cell induced colitis. The presence of this cells in thymus or addition into fetal thymic tissue culture suppress development of new Treg cells by 34–60%, Recirculating T reg cells in thymus express high amount of high affinity IL 2 receptor α chain (CD25) encoded by Il2ra gene which gather IL 2 from thymic medulla, and decrease its concentration. New generated FOXP3+ Treg cells in thymus have not so high amount of Il2ra expression. In humans, there was found population of CD31 negative Treg cells in thymus. So it is possible that this regulatory mechanism of thymic Treg cells development is also functional in humans. There is probably also positive regulation of thymic Treg cells development caused by recirculating Treg cells into thymus. There was found population of CD24 low FOXP3+ in thymus with increased expression of IL 1R2 (Il1r2) compared with peripheral Treg cells. High concentration of IL 1β caused by inflammation decrease de novo development of Treg cells in thymus.

Функция

Иммунная система должна уметь различать "собственное" и "чужое". Когда дискриминация между "собственным" и "чужим" нарушается, иммунная система разрушает клетки и ткани организма, что приводит к аутоиммунным заболеваниям. Регуляторные Т-клетки активно подавляют активацию иммунной системы и предотвращают патологическую самореактивность, то есть аутоиммунные заболевания. О критической роли регуляторных Т-клеток в иммунной системе свидетельствует тяжелый аутоиммунный синдром, возникающий при генетическом дефиците регуляторных Т-клеток (синдром IPEX – см. также ниже). Молекулярный механизм, посредством которого регуляторные Т-клетки осуществляют свою супрессорную/регуляторную активность, окончательно не установлен и является предметом интенсивных исследований. Эксперименты in vitro дали противоречивые результаты относительно необходимости клеточного контакта с подавляемыми клетками. Ниже представлены некоторые из предложенных механизмов иммуносупрессии:
Регуляторные Т-клетки продуцируют ряд ингибирующих цитокинов, включая TGF β, интерлейкин 35 и интерлейкин 10. Также, по-видимому, регуляторные Т-клетки могут индуцировать экспрессию интерлейкина 10 в других типах клеток. Регуляторные Т-клетки могут продуцировать Гранзим B, который, в свою очередь, может индуцировать апоптоз эффекторных клеток. Регуляторные Т-клетки мышей с дефицитом Гранзима B, как сообщается, менее эффективно подавляют активацию эффекторных Т-клеток. Обратная сигнализация посредством прямого взаимодействия с дендритными клетками и индукции иммуносупрессивной индоламин 2,3-диоксигеназы. Сигнализация через эктоферменты CD39 и CD73 с продукцией иммуносупрессивного аденозина. Посредством прямого взаимодействия с дендритными клетками через LAG3 и TIGIT. Данный обзор взаимодействий Treg с дендритными клетками позволяет провести различие между механизмами, описанными для клеток человека и клеток мыши. Другой механизм контроля – петля обратной связи с участием IL-2. Антиген-активированные Т-клетки продуцируют IL-2, который затем воздействует на рецепторы IL-2 на регуляторных Т-клетках, сигнализируя им о высокой активности Т-клеток в данной области, и они запускают супрессорный ответ против них. Это петля отрицательной обратной связи, обеспечивающая предотвращение чрезмерной реакции. При наличии настоящей инфекции другие воспалительные факторы снижают супрессию. Нарушение этой петли приводит к гиперреактивности, а регуляция может модулировать силу иммунного ответа. Существует также предположение, связанное с интерлейкином 2, что активированные регуляторные Т-клетки настолько активно поглощают интерлейкин 2, что лишают эффекторные Т-клетки достаточного количества для предотвращения апоптоза.

The immune system must be able to discriminate between self and non self. When self/non self discrimination fails, the immune system destroys cells and tissues of the body and as a result causes autoimmune diseases. Regulatory T cells actively suppress activation of the immune system and prevent pathological self reactivity, i. e. autoimmune disease. The critical role regulatory T cells play within the immune system is evidenced by the severe autoimmune syndrome that results from a genetic deficiency in regulatory T cells (IPEX syndrome – see also below). The molecular mechanism by which regulatory T cells exert their suppressor/regulatory activity has not been definitively characterized and is the subject of intense research. In vitro experiments have given mixed results regarding the requirement of cell to cell contact with the cell being suppressed. The following represent some of the proposed mechanisms of immune suppression:
Regulatory T cells produce a number of inhibitory cytokines. These include TGF β, Interleukin 35, and Interleukin 10. It also appears that regulatory T cells can induce other cell types to express interleukin 10. Regulatory T cells can produce Granzyme B, which in turn can induce apoptosis of effector cells. Regulatory T cells from Granzyme B deficient mice are reported to be less effective suppressors of the activation of effector T cells. Reverse signalling through direct interaction with dendritic cells and the induction of immunosuppressive indoleamine 2,3 dioxygenase. Signalling through the ectoenzymes CD39 and CD73 with the production of immunosuppressive adenosine. Through direct interactions with dendritic cells by LAG3 and by TIGIT. This review of Treg interactions with dendritic cells provides distinction between mechanisms described for human cells versus mouse cells. Another control mechanism is through the IL 2 feedback loop. Antigen activated T cells produce IL 2 which then acts on IL 2 receptors on regulatory T cells alerting them to the fact that high T cell activity is occurring in the region, and they mount a suppressory response against them. This is a negative feedback loop to ensure that overreaction is not occurring. If an actual infection is present other inflammatory factors downregulate the suppression. Disruption of the loop leads to hyperreactivity, regulation can modify the strength of the immune response. A related suggestion with regard to interleukin 2 is that activated regulatory T cells take up interleukin 2 so avidly that they deprive effector T cells of sufficient to avoid apoptosis.

Естественные и индуцированные регуляторные Т-клетки

Регуляторные Т-лимфоциты развиваются во время онтогенеза либо в тимусе, либо в периферии. Соответственно, они делятся на естественные и индуцированные Т-регуляторные клетки. Естественные регуляторные Т-лимфоциты (tTregs, nTregs) характеризуются непрерывной экспрессией FoxP3 и Т-клеточного рецептора (TCR) с относительно высокой аутоаффинностью. Эти клетки преимущественно находятся в кровотоке или лимфатических узлах и служат в основном для установления толерантности к аутоантигенам. Острое истощение пула iTreg клеток в мышиных моделях привело к воспалению и потере веса. Вклад nTreg клеток в поддержание толерантности неизвестен, но оба типа важны. Эпигенетические различия наблюдаются между клетками nTreg и iTreg, причем первые имеют более стабильную экспрессию FOXP3 и более широкую деметиляцию. В тонком кишечнике содержится много витамина А и производится ретиноевая кислота. Ретиноевая кислота и TGF-β, вырабатываемые дендритными клетками в этой области, сигнализируют о продукции регуляторных Т-клеток. Кишечная среда может приводить к образованию индуцированных регуляторных Т-клеток с TGF-β и ретиноевой кислотой, некоторые из которых экспрессируют лектин-подобный рецептор CD161 и специализируются на поддержании целостности барьера путем ускорения заживления ран. Т-рег-клетки в кишечнике дифференцируются из наивных Т-клеток после введения антигена. Недавно было показано, что регуляторные Т-клетки человека могут быть индуцированы как из наивных, так и из прекоммиттированных Th1 клеток и Th17 клеток с использованием мимика TGF-β, полученного от паразита *Heligmosomoides polygyrus* и названного Hp TGM (H. polygyrus TGF-β mimic). Hp TGM может индуцировать экспрессию FOXP3 у мышиных регуляторных Т-клеток, которые были стабильны в присутствии воспаления *in vivo*. Индуцированные Hp TGM человеческие регуляторные FOXP3+ Т-клетки были стабильны в присутствии воспаления и имели повышенные уровни CD25, CTLA4 и сниженную метилирование в специфической деметилированной области FOXP3 Treg по сравнению с Т-клетками, индуцированными TGF-β. iTregs способны дифференцироваться в клетки, экспрессирующие RORγt, и таким образом приобретать фенотип Th17 клеток. Эти клетки связаны с функциями слизистых лимфоидных тканей, таких как кишечный барьер. В собственной пластинке кишечника обнаружено 20–30% регуляторных Т-клеток Foxp3+, экспрессирующих RORγt, и эта высокая доля сильно зависит от наличия сложного микробиома кишечника. У мышей с отсутствием микробиоты популяция регуляторных Т-клеток RORγt+ сильно уменьшается, тогда как повторная колонизация специфической микробиотой, свободной от патогенов, восстанавливает нормальное количество этих лимфоцитов в кишечнике. Механизм, с помощью которого микробиота кишечника индуцирует образование RORγt+ Treg клеток, включает в себя производство короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), от которых эта индукция зависит. SCFA являются побочным продуктом ферментации и пищеварения пищевых волокон, поэтому у мышей, не имеющих микробиоты, очень низкие концентрации как SCFA, так и RORγt Treg. Индукция RORγt Treg также зависит от наличия дендритных клеток у взрослых, клеток Тетиса у новорожденных и представления антигена по MHC II. RORγt+ Treg клетки отсутствуют в тимусе и не экспрессируют Helios или Neuropilin 1, но имеют высокую экспрессию CD44, IL-10, ICOS, CTLA-4 и нуклеотидаз CD39 и CD73, что свидетельствует о сильной регуляторной функции. Количество индуцированных в раннем возрасте RORγt+ Tregs зависит от материнского молока, в частности, от количества антител IgA, присутствующих в материнском молоке. У взрослых мышей RORγt+ Tregs и IgA проявляют взаимное ингибирование. Аналогичным образом, у мышей, вскормленных приемными матерями с более высокими титрами IgA в молоке, будет меньше RORγt+ Tregs по сравнению с мышами, вскормленными молоком с более низкими титрами IgA. Важность RORγt+ Tregs была также показана в отношении пероральной толерантности и профилактики пищевой аллергии. У младенцев с развитой пищевой аллергией состав микробиоты фекалий отличается от состава здоровых младенцев, у них повышен уровень IgE, связанного с микробиотой фекалий, и снижен уровень секреторного IgA. У мышей защита от пищевой аллергии была вызвана введением видов *Clostridiales* и *Bacteroidales*. При их введении происходит расширение кишечных RORγt+ Treg клеток в пользу GATA3+ Treg, что обеспечивает защиту от аллергии. Дефицит триптофана, незаменимой аминокислоты, изменяет метаболизм микробиоты, что приводит к расширению клеток RORγt+ Treg и сокращению клеток Gata3+ Treg. Эта индукция, возможно, регулируется стимуляцией Aryl hydrocarbon receptor метаболитами, производимыми комменсальными бактериями с использованием триптофана в качестве источника энергии. У мышей, лишенных микробиоты, колонизированных микробиотой, связанной с воспалительными заболеваниями кишечника, присутствует меньшее количество RORγt+ Treg клеток по сравнению с мышами, лишенными микробиоты, колонизированными здоровой микробиотой. Дерегуляция RORγt+ Treg клеток способствует расширению Th2 клеток, а уменьшение количества RORγt+ Treg клеток компенсируется увеличением количества Helios+ Treg клеток. Точный механизм, с помощью которого RORγt+ Tregs защищают от колита, пока не известен.

T regulatory lymphocytes develop during ontogeny either in the thymus or in the periphery. Accordingly, they are divided into natural and induced T regulatory cells. Natural T regulatory lymphocytes (tTregs, nTregs) are characterized by continuous expression of FoxP3 and T cell receptor (TCR) with relatively high autoaffinity. These cells are predominantly found in the body in the bloodstream or lymph nodes and serve mainly to confer tolerance to autoantigens. Acute depletion of the iTreg cell pool in mouse models has resulted in inflammation and weight loss. The contribution of nTreg cells versus iTreg cells in maintaining tolerance is unknown, but both are important. Epigenetic differences have been observed between nTreg and iTreg cells, with the former having more stable FOXP3 expression and wider demethylation. The small intestinal environment is high in vitamin A and is a location where retinoic acid is produced. The retinoic acid and TGF beta produced by dendritic cells within this area signal for production of regulatory T cells. The intestinal environment can lead to induced regulatory T cells with TGF beta and retinoic acid, some of which express the lectin like receptor CD161 and are specialized to maintain barrier integrity by accelerating wound healing. The Tregs within the gut are differentiated from naïve T cells after antigen is introduced. It has recently been shown that human regulatory T cells can be induced from both naive and pre committed Th1 cells and Th17 cells using a parasite derived TGF β mimic, secreted by Heligmosomoides polygyrus and termed Hp TGM (H. polygyrus TGF β mimic). Hp TGM can induce murine FOXP3 expressing regulatory T cells that were stabile in presence of inflammation in vivo. Hp TGM induced human FOXP3+ regulatory T cells were stable in the presence of inflammation and had increased levels of CD25, CTLA4 and decreased methylation in the FOXP3 Treg Specific demethylated region compared to TGF β induced Tregs. The iTregs are able to differentiate into RORγt expressing cells and thus acquire the phenotype of Th17 cells. These cells are associated with the functions of mucosal lymphoid tissues such as the intestinal barrier. In the intestinal lamina propria, 20 30% of Foxp3+ T regulatory cells expressing RORyt are found and this high proportion is strongly dependent on the presence of a complex gut microbiome. In germ free (GF) mice, the population of RORγt+ T regulatory cells is strongly reduced, whereas recolonization by the specific pathogen free (SPF) microbiota restores normal numbers of these lymphocytes in the gut. The mechanism by which the gut microbiota induces the formation of RORγt+ Treg cells involves the production of short chain fatty acids (SCFAs), on which this induction is dependent. SCFAs are a by product of fermentation and digestion of dietary fiber, therefore, microbial free mice have very low concentrations of both SCFAs and RORγt Treg cells. Induction of RORγt Treg cells is also dependent on the presence of dendritic cells in adults, Thetis cells in neonatal and antigen presentation by MHC II. RORγt+ Treg cells are not present in the thymus and do not express Helios or Neuropilin 1, but have high expression of CD44, IL 10, ICOS, CTLA 4, and the nucleotidases CD39 and CD73, suggesting a strong regulatory function. The quantity of early life induced RORγt+ Tregs is influenced by maternal milk, particularly by the amount of IgA antibodies present in the maternal milk. In adult mice, RORγt+ Tregs and IgA exhibit mutual inhibition. Similarly, mice nursed by foster mothers with higher IgA titers in their milk will develop fewer RORγt+ Tregs compared to those fed with milk containing lower IgA titers. RORγt+ Tregs were also shown for their importance in oral tolerance and prevention of food allergies. Infants with developed food allergies have different composition of fecal microbiota in comparison to healthy infants and have increased IgE bound to fecal microbiota and decreased secretory IgA. In mice, protection against food allergies was induced by introduction of Clostridiales and Bacteroidales species. Upon their introduction, expansion of gut RORγt+ Treg cells in favor of GATA3+ Treg occurs, mediating the protection against allergies. Deficiency of tryptophan, an essential amino acid, alters commensal microbiota metabolism which results in expansion of RORγt+ Treg cells and reduction of Gata3+ Treg cells. This induction is possibly regulated by stimulation of Aryl hydrocarbon receptor by metabolites produced by commensal bacteria using tryptophan as an energy source. Lower number of RORγt+ Treg cells is present in germ free mice colonized with microbiota associated with Inflammatory bowel disease compared to germ free mice colonized with healthy microbiota. Dysregulation of RORγt+ Treg cells favors the expansion of Th2 cells and lower number of RORγt+ Treg cells is compensated by increased Helios+ Treg cells. How exactly may RORγt+ Tregs protect from colitis is not yet known.

РОРγt+ регуляторные Т-лимфоциты при раке

Патологическое участие регуляторных Т-клеток RORγt+ может наблюдаться при колоректальном раке. Было установлено, что RORγt+ Tregs, способные экспрессировать IL-17, расширяются при колоректальном раке, и по мере прогрессирования рака они теряют способность экспрессировать противовоспалительный IL-10. Аналогично, такие RORγt+ Tregs, экспрессирующие IL-17, обнаруживаются в увеличенном количестве в слизистой оболочке пациентов с болезнью Крона. Деплеция RORγt+ Tregs у мышей с колоректальным раком привела к усилению реактивности опухолеспецифических Т-клеток и улучшению иммунного контроля над раком. Это улучшение не связано с потерей IL-17, так как было доказано, что IL-17 способствует прогрессированию рака.

Регуляторные Т-лимфоциты Gata3+

Другим важным подмножеством Т-рег-клеток являются Gata3+ Т-рег-клетки, которые реагируют на IL-33 в кишечнике и влияют на регуляцию эффекторных Т-клеток во время воспаления. В отличие от RORγt+ Т-рег-клеток, эти клетки экспрессируют Helios и не зависят от микробиома. Gata3+ Т-рег-клетки являются основными иммуносупрессорами при воспалении кишечника, а Т-рег-клетки используют Gata3 для ограничения воспаления тканей. Эта популяция клеток также подавляет иммунитет Th17-клеток в кишечнике, поскольку Т-рег-клетки с дефицитом Gata3 экспрессируют более высокий уровень Rorc и транскриптов IL-17a.

Болезнь

Важным вопросом в области иммунологии является то, как иммуносупрессивная активность регуляторных Т-клеток модулируется в ходе продолжающегося иммунного ответа. Хотя иммуносупрессивная функция регуляторных Т-клеток предотвращает развитие аутоиммунных заболеваний, она нежелательна во время иммунных ответов на инфекционные микроорганизмы. Современные гипотезы предполагают, что при контакте с инфекционными микроорганизмами активность регуляторных Т-клеток может быть снижена, напрямую или косвенно, другими клетками для облегчения элиминации инфекции. Экспериментальные данные, полученные на мышиных моделях, указывают на то, что некоторые патогены могли эволюционировать, чтобы манипулировать регуляторными Т-клетками, подавлять иммунитет хозяина и тем самым усиливать собственное выживание. Например, сообщалось об увеличении активности регуляторных Т-клеток при различных инфекциях, таких как ретровирусные инфекции (наиболее известная из которых – ВИЧ), микобактериальные инфекции (например, туберкулез) и разнообразные паразитарные инфекции, включая лейшманиоз и малярию. Treg-клетки играют ключевую роль при ВИЧ-инфекции. Они подавляют иммунную систему, тем самым ограничивая количество клеток-мишеней и снижая воспаление, но одновременно нарушают элиминацию вируса клеточным иммунным ответом и увеличивают вирусный резервуар, переводя CD4+ Т-клетки, включая инфицированные, в состояние покоя. Кроме того, Treg-клетки могут быть инфицированы ВИЧ, что напрямую увеличивает размер вирусного резервуара. Таким образом, Treg-клетки исследуются как потенциальные мишени для разработки методов излечения ВИЧ. Некоторые стратегии истощения Treg-клеток были протестированы на приматах, инфицированных вирусом SIV, и показали способность вызывать реактивацию вируса и усиление SIV-специфических CD8+ Т-клеточных ответов. Регуляторные Т-клетки играют значительную роль в патогенезе висцерального лейшманиоза и в предотвращении избыточного воспаления у пациентов, излеченных от висцерального лейшманиоза. CD4+ регуляторные Т-клетки часто ассоциированы с солидными опухолями как у людей, так и в мышиных моделях. Увеличение числа регуляторных Т-клеток при раке молочной железы, колоректальном раке и раке яичников связано с худшим прогнозом. CD70+ В-клетки неходжкинской лимфомы индуцируют экспрессию FOXP3 и регуляторную функцию в CD4+CD25− Т-клетках, находящихся внутри опухоли. Существуют данные, свидетельствующие о том, что Treg-клетки могут быть дисфункциональными и вызывать нейровоспаление при амиотрофическом латеральном склерозе из-за снижения экспрессии FOXP3. В настоящее время исследуется возможность экс виво экспансии Treg-клеток с последующей аутологичной трансплантацией, после получения обнадеживающих результатов в клиническом исследовании I фазы. Кроме того, хотя показано, что регуляторные Т-клетки увеличиваются посредством поликлональной экспансии как системно, так и локально во время здоровой беременности для защиты плода от материнского иммунного ответа (процесс, называемый материнской иммунной толерантностью), есть данные о том, что эта поликлональная экспансия нарушена у матерей с преэклампсией и их потомства. Исследования показывают, что снижение продукции и развития регуляторных Т-клеток во время преэклампсии может нарушить материнскую иммунную толерантность, приводя к гиперактивному иммунному ответу, характерному для преэклампсии.

An important question in the field of immunology is how the immunosuppressive activity of regulatory T cells is modulated during the course of an ongoing immune response. While the immunosuppressive function of regulatory T cells prevents the development of autoimmune disease, it is not desirable during immune responses to infectious microorganisms. Current hypotheses suggest that, upon encounter with infectious microorganisms, the activity of regulatory T cells may be downregulated, either directly or indirectly, by other cells to facilitate elimination of the infection. Experimental evidence from mouse models suggests that some pathogens may have evolved to manipulate regulatory T cells to immunosuppress the host and so potentiate their own survival. For example, regulatory T cell activity has been reported to increase in several infectious contexts, such as retroviral infections (the most well known of which is HIV), mycobacterial infections (e. g., tuberculosis), and various parasitic infections including Leishmania and malaria. Treg cells play major roles during HIV infection. They suppress the immune system, thus limiting target cells and reducing inflammation, but this simultaneously disrupts the clearance of virus by the cell mediated immune response and enhances the reservoir by pushing CD4+ T cells to a resting state, including infected cells. Additionally, Treg cells can be infected by HIV, increasing the size of the HIV reservoir directly. Thus, Treg cells are being investigated as targets for HIV cure research. Some Treg cell depletion strategies have been tested in SIV infected nonhuman primates, and shown to cause viral reactivation and enhanced SIV specific CD8+ T cell responses. Regulatory T cells have a large role in the pathology of visceral leishmaniasis and in preventing excess inflammation in patients cured of visceral leishmaniasis. CD4+ regulatory T cells are often associated with solid tumours in both humans and murine models. Increased numbers of regulatory T cells in breast, colorectal and ovarian cancers is associated with a poorer prognosis. CD70+ non Hodgkin lymphoma B cells induce FOXP3 expression and regulatory function in intratumoral CD4+CD25− T cells. There is some evidence that Treg cells may be dysfunctional and driving neuroinflammation in amyotrophic lateral sclerosis due to lower expression of FOXP3. Ex vivo expansion of Treg cells for subsequent autologous transplant is currently being investigated after promising results were obtained in a phase I clinical trial. Additionally, while regulatory T cells have been shown to increase via polyclonal expansion both systemically and locally during healthy pregnancies to protect the fetus from the maternal immune response (a process called maternal immune tolerance), there is evidence that this polyclonal expansion is impaired in preeclamptic mothers and their offspring. Research suggests reduced production and development of regulatory T cells during preeclampsia may degrade maternal immune tolerance, leading to the hyperactive immune response characteristic of preeclampsia.

Рак

Большинство опухолей вызывают иммунный ответ в организме хозяина, опосредованный опухолевыми антигенами, что позволяет отличить опухоль от других нераковых клеток. Это приводит к обнаружению большого количества инфильтрирующих опухоль лимфоцитов (TIL) в микроокружении опухоли. Хотя механизмы этого явления изучены не до конца, считается, что эти лимфоциты атакуют раковые клетки, тем самым замедляя или прекращая развитие опухоли. Однако этот процесс осложняется тем, что Treg-клетки, по-видимому, избирательно мигрируют в микроокружение опухоли. В то время как Treg-клетки обычно составляют лишь около 4% CD4+ T-клеток, в микроокружении опухоли их доля может достигать 20–30% от общей популяции CD4+. Изначально предполагалось, что высокий уровень TIL является важным показателем иммунного ответа против рака, однако сейчас широко признано, что определяющим фактором успеха иммунного ответа является соотношение Treg-клеток к эффекторным T-клеткам в микроокружении опухоли. Высокий уровень Treg-клеток в микроокружении опухоли ассоциирован с неблагоприятным прогнозом при многих видах рака, таких как рак яичников, молочной железы, почек и поджелудочной железы. Расширение популяции Treg-клеток в месте расположения опухоли также может объяснить повышенный уровень этих клеток. Цитокин TGF β, который обычно продуцируется опухолевыми клетками, известен своей способностью индуцировать дифференцировку и расширение Treg-клеток. Treg-клетки, присутствующие в микроокружении опухоли (TME), могут быть как индуцированными Treg-клетками, так и природными (тимическими) Treg-клетками, развивающимися из наивных предшественников. Однако, Treg-клетки, связанные с опухолью, могут также происходить из IL 17A+Foxp3+ Treg-клеток, которые развиваются из Th17-клеток. В целом, иммуносупрессия микроокружения опухоли во многом способствует неудачам многих методов иммунотерапии рака. Исследования на животных моделях показали, что истощение Treg-клеток повышает эффективность иммунотерапии, поэтому многие современные методы иммунотерапии включают в себя деплецию Treg-клеток. Также возможна терапия, направленная на блокирование TCR-сигналинга, путем ингибирования тирозинкиназ. Например, ингибитор тирозинкиназы дазатиниб используется для лечения хронического миелолейкоза и оказывает ингибирующее действие на Treg-клетки.

Most tumors elicit an immune response in the host that is mediated by tumor antigens, thus distinguishing the tumor from other non cancerous cells. This causes large numbers of tumor infiltrating lymphocytes (TILs) to be found in the tumor microenvironment. Although it is not entirely understood, it is thought that these lymphocytes target cancerous cells and therefore slow or terminate the development of the tumor. However, this process is complicated because Treg cells seem to be preferentially trafficked to the tumor microenvironment. While Treg cells normally make up only about 4% of CD4+ T cells, they can make up as much as 20–30% of the total CD4+ population around the tumor microenvironment. Although high levels of TILs were initially thought to be important in determining an immune response against cancer, it is now widely recognized that the ratio of Treg to effector T cells in the tumor microenvironment is a determining factor in the success of the immune response against the cancer. High levels of Treg cells in the tumor microenvironment are associated with poor prognosis in many cancers, such as ovarian, breast, renal, and pancreatic cancer. Treg cell expansion at the site of the tumor could also explain the increased levels of Treg cells. The cytokine, TGF β, which is commonly produced by tumor cells, is known to induce the differentiation and expansion of Treg cells. Treg cells present in the tumor microenvironment (TME) can be either induced Tregs or natural (thymic) Tregs which develop from naive precursors. However, tumor associated Tregs may also originate from IL 17A+Foxp3+ Tregs which develop from Th17 cells. In general, the immunosuppression of the tumor microenvironment has largely contributed to the unsuccessful outcomes of many cancer immunotherapy treatments. Depletion of Treg cells in animal models has shown an increased efficacy of immunotherapy treatments, and therefore, many immunotherapy treatments are now incorporating Treg depletion. Therapy targeting TCR signaling is also possible by blocking tyrosine kinases. For example, tyrosine kinase inhibitor dasatinib is used for treatment of chronic myeloid leukemia and is associated with Treg inhibition.

Молекулярная характеристика

Как и другие Т-клетки, регуляторные Т-клетки развиваются в тимусе. Последние исследования показывают, что регуляторные Т-клетки определяются экспрессией фактора транскрипции семейства forkhead FOXP3 (forkhead box p3). Экспрессия FOXP3 необходима для развития регуляторных Т-клеток и, по-видимому, контролирует генетическую программу, определяющую судьбу этих клеток. Большинство регуляторных Т-клеток, экспрессирующих Foxp3, обнаруживаются в популяции CD4+ (CD4+), ограниченной основным комплексом гистосовместимости (MHC) класса II, и экспрессируют высокие уровни альфа-цепи рецептора интерлейкина 2 (CD25). Помимо CD4+CD25+ клеток, экспрессирующих FOXP3, существует также небольшая популяция регуляторных Т-клеток CD8+FOXP3+, ограниченных MHC класса I. Эти CD8+ Т-клетки, экспрессирующие FOXP3, не проявляют функциональной активности у здоровых людей, но индуцируются стимуляцией Т-клеточного рецептора при аутоиммунных заболеваниях для подавления иммунных реакций, опосредованных IL-17. В отличие от обычных Т-клеток, регуляторные Т-клетки не продуцируют IL-2 и, следовательно, находятся в состоянии анергии в исходном состоянии. Для выявления и мониторинга Treg-клеток в исследованиях используется ряд различных методов. Изначально использовалась высокая экспрессия поверхностных маркеров CD25 и CD4 (клетки CD4+CD25+). Это проблематично, поскольку CD25 также экспрессируется на нерегуляторных Т-клетках при иммунной активации, например, во время иммунного ответа на патоген. Согласно определению на основе экспрессии CD4 и CD25, регуляторные Т-клетки составляют около 5–10% зрелой субпопуляции CD4+ Т-клеток у мышей и людей, в то время как около 1–2% Treg можно измерить в цельной крови. Дополнительное измерение клеточной экспрессии белка FOXP3 позволило провести более специфический анализ Treg-клеток (клетки CD4+CD25+FOXP3+). Однако FOXP3 также временно экспрессируется в активированных эффекторных Т-клетках человека, что усложняет правильный анализ Treg с использованием CD4, CD25 и FOXP3 в качестве маркеров у человека. Поэтому золотым стандартом для определения Tregs в неактивированных CD3+CD4+ Т-клетках является высокая экспрессия CD25 в сочетании с отсутствием или низким уровнем экспрессии поверхностного белка CD127 (IL-7RA). Если жизнеспособные клетки не требуются, добавление FOXP3 к комбинации CD25 и CD127 обеспечит дополнительную строгость. Было описано несколько дополнительных маркеров, например, высокие уровни CTLA-4 (цитотоксическая Т-лимфоцит-ассоциированная молекула 4) и GITR (глюкокортикоид-индуцированный TNF-рецептор) также экспрессируются на регуляторных Т-клетках, однако функциональное значение этой экспрессии еще предстоит определить. Существует большой интерес к выявлению клеточных маркеров, которые уникально и специфически экспрессируются на всех регуляторных Т-клетках, экспрессирующих FOXP3. Однако на сегодняшний день такая молекула не была обнаружена. Определение Tregs после активации клеток является сложной задачей, поскольку обычные Т-клетки будут экспрессировать CD25, временно экспрессировать FOXP3 и терять экспрессию CD127 после активации. Показано, что Tregs можно обнаружить с помощью анализа маркеров, индуцированных активацией, путем экспрессии CD39 в сочетании с коэкспрессией CD25 и OX40 (CD134), которые определяют клетки, специфичные для антигена, после 24–48 часов стимуляции антигеном. Помимо поиска новых белковых маркеров, в литературе описан другой метод более точного анализа и мониторинга Treg-клеток. Этот метод основан на анализе метилирования ДНК. Только в Treg-клетках, но не в других типах клеток, включая активированные эффекторные Т-клетки, определенный участок гена (TSDR, специфический для Treg деметилированный участок) обнаруживается деметилированным, что позволяет контролировать Treg-клетки с помощью ПЦР-реакции или других методов анализа на основе ДНК. Взаимодействие между Th17-клетками и регуляторными Т-клетками важно при многих заболеваниях, таких как респираторные заболевания. Недавние данные свидетельствуют о том, что тучные клетки могут быть важными медиаторами периферической толерантности, зависящей от Treg.

Similar to other T cells, regulatory T cells develop in the thymus. The latest research suggests that regulatory T cells are defined by expression of the forkhead family transcription factor FOXP3 (forkhead box p3). Expression of FOXP3 is required for regulatory T cell development and appears to control a genetic program specifying this cell's fate. The large majority of Foxp3 expressing regulatory T cells are found within the major histocompatibility complex (MHC) class II restricted CD4 expressing (CD4+) population and express high levels of the interleukin 2 receptor alpha chain (CD25). In addition to the FOXP3 expressing CD4+ CD25+, there also appears to be a minor population of MHC class I restricted CD8+ FOXP3 expressing regulatory T cells. These FOXP3 expressing CD8+ T cells do not appear to be functional in healthy individuals but are induced in autoimmune disease states by T cell receptor stimulation to suppress IL 17 mediated immune responses. Unlike conventional T cells, regulatory T cells do not produce IL 2 and are therefore anergic at baseline. A number of different methods are employed in research to identify and monitor Treg cells. Originally, high expression of CD25 and CD4 surface markers was used (CD4+CD25+ cells). This is problematic as CD25 is also expressed on non regulatory T cells in the setting of immune activation such as during an immune response to a pathogen. As defined by CD4 and CD25 expression, regulatory T cells comprise about 5–10% of the mature CD4+ T cell subpopulation in mice and humans, while about 1–2% of Treg can be measured in whole blood. The additional measurement of cellular expression of FOXP3 protein allowed a more specific analysis of Treg cells (CD4+CD25+FOXP3+ cells). However, FOXP3 is also transiently expressed in activated human effector T cells, thus complicating a correct Treg analysis using CD4, CD25 and FOXP3 as markers in humans. Therefore, the gold standard surface marker combination to defined Tregs within unactivated CD3+CD4+ T cells is high CD25 expression combined with the absent or low level expression of the surface protein CD127 (IL 7RA). If viable cells are not required then the addition of FOXP3 to the CD25 and CD127 combination will provide further stringency. Several additional markers have been described, e. g., high levels of CTLA 4 (cytotoxic T lymphocyte associated molecule 4) and GITR (glucocorticoid induced TNF receptor) are also expressed on regulatory T cells, however the functional significance of this expression remains to be defined. There is a great interest in identifying cell surface markers that are uniquely and specifically expressed on all FOXP3 expressing regulatory T cells. However, to date no such molecule has been identified. The identification of Tregs following cell activation is challenging as conventional T cells will express CD25, transiently express FOXP3 and lose CD127 expression upon activation. It has been shown that Tregs can be detected using an activation induced marker assay by expression of CD39 in combination with co expression of CD25 and OX40(CD134) which define antigen specific cells following 24 48h stimulation with antigen. In addition to the search for novel protein markers, a different method to analyze and monitor Treg cells more accurately has been described in the literature. This method is based on DNA methylation analysis. Only in Treg cells, but not in any other cell type, including activated effector T cells, a certain region within the gene (TSDR, Treg specific demethylated region) is found demethylated, which allows to monitor Treg cells through a PCR reaction or other DNA based analysis methods. Interplay between the Th17 cells and regulatory T cells are important in many diseases like respiratory diseases. Recent evidence suggests that mast cells may be important mediators of Treg dependent peripheral tolerance.

Эпитопы

Регулирующие эпитопы Т-клеток ("трегитопы") были обнаружены в 2008 году и состоят из линейных последовательностей аминокислот, содержащихся в моноклональных антителах и иммуноглобулине G (IgG). С момента открытия накопленные данные свидетельствуют о том, что трегитопы могут играть ключевую роль в активации естественных регуляторных Т-клеток. Предложены потенциальные области применения регуляторных эпитопов Т-клеток: индукция толерантности к трансплантатам, белковым лекарственным препаратам, при терапиях переливания крови и при диабете I типа, а также снижение иммунного ответа для лечения аллергических заболеваний. Синдром IPEX характеризуется развитием выраженного системного аутоиммунитета в течение первого года жизни, что приводит к типичной триаде симптомов: водянистой диарее, экзематозном дерматите и эндокринопатии, наиболее часто проявляющейся в виде инсулинозависимого сахарного диабета. У большинства пациентов наблюдаются и другие аутоиммунные проявления, такие как положительная прямая проба Кумбса, аутоиммунная тромбоцитопения, аутоиммунная нейтропения и тубулярная нефропатия. Большинство мальчиков, страдающих этим заболеванием, умирают в течение первого года жизни от метаболических нарушений или сепсиса. Аналогичное заболевание наблюдается у спонтанной мутантной мыши FOXP3, известной как "scurfy".