Введение
Белок млекопитающих, обнаруженный у человека, – цитотоксический Т-лимфоцит-ассоциированный белок 4 (CTLA 4), также известный как CD152 (кластер дифференцировки 152), – является белковым рецептором, функционирующим как иммунная контрольная точка и подавляющим иммунные ответы. CTLA 4 конститутивно экспрессируется в регуляторных Т-клетках, но экспрессия повышается в обычных Т-клетках только после активации – явление, особенно заметное при раке. Он действует как "выключатель", связываясь с CD80 или CD86 на поверхности антигенпрезентирующих клеток. У человека он кодируется геном CTLA4. Белок CTLA 4 кодируется геном Ctla 4 у мышей.
Cytotoxic T lymphocyte associated protein 4, (CTLA 4) also known as CD152 (cluster of differentiation 152), is a protein receptor that functions as an immune checkpoint and downregulates immune responses. CTLA 4 is constitutively expressed in regulatory T cells but only upregulated in conventional T cells after activation – a phenomenon which is particularly notable in cancers. It acts as an "off" switch when bound to CD80 or CD86 on the surface of antigen presenting cells. It is encoded by the gene CTLA4 in humans. The CTLA 4 protein is encoded by the Ctla 4 gene in mice.
История
CTLA-4 был впервые идентифицирован в 1991 году как второй рецептор для костимулирующего лиганда B7 Т-клеток. В ноябре 1995 года лаборатории Так Ва Мака и Арлин Шарп независимо друг от друга опубликовали результаты своих исследований, посвященных открытию функции CTLA-4 как отрицательного регулятора активации Т-клеток, посредством нокаута гена у мышей. Предыдущие исследования, проведенные в различных лабораториях, использовали методы, которые не позволяли однозначно определить функцию CTLA-4 и давали противоречивые результаты.
Функция
CTLA 4 является членом суперсемейства иммуноглобулинов, который экспрессируется активированными T-клетками и передает ингибирующий сигнал T-клеткам. CTLA 4 гомологичен костимуляторному белку T-клеток CD28, и обе молекулы связываются с CD80 и CD86, также называемыми B7-1 и B7-2 соответственно, на клетках, представляющих антиген. CTLA 4 связывает CD80 и CD86 с большей аффинностью и авидностью, чем CD28, что позволяет ему конкурировать с CD28 за его лиганды. CTLA 4 передает ингибирующий сигнал T-клеткам и также обнаруживается в регуляторных T-клетках (Tregs), способствуя их ингибирующей функции. Активация T-клеток через T-клеточный рецептор и CD28 приводит к увеличению экспрессии CTLA 4. Механизм действия CTLA 4 в T-клетках остается дискуссионным. Биохимические данные указывали на то, что CTLA 4 рекрутирует фосфатазу к T-клеточному рецептору (TCR), тем самым ослабляя сигнал. Однако эти данные не были подтверждены в литературе с момента их первой публикации. Более поздние исследования показали, что CTLA 4 может функционировать in vivo, захватывая и удаляя CD80 и CD86 из мембран клеток, представляющих антиген, тем самым делая их недоступными для активации CD28. Кроме того, было обнаружено, что взаимодействие дендритных клеток (DC) с Tregs вызывает секвестрацию Fascin 1, белка, связывающего актин, необходимого для формирования иммунологического синапса, и изменяет Fascin 1-зависимую поляризацию актина в DC, представляющих антиген, в сторону зоны адгезии Tregs. Хотя это обратимо при разъединении T-регуляторных клеток, такая секвестрация важных компонентов цитоскелета вызывает состояние подавленной активности DC, что приводит к снижению активации T-клеток. Это указывает на то, что иммуносупрессия, опосредованная Tregs, является многоступенчатым процессом. Помимо взаимодействия CTLA 4 с CD80/CD86, фасцин-зависимая поляризация цитоскелета в сторону иммунного синапса DC-Treg может играть ключевую роль. CTLA 4 также может функционировать посредством модуляции подвижности клеток и/или передачи сигналов через PI3-киназу. Ранние исследования с использованием мультифотонной микроскопии, наблюдавшие подвижность T-клеток в неповрежденных лимфатических узлах, предоставили доказательства так называемой «модели обратного сигнала остановки». В этой модели CTLA 4 обращает вспять индуцированный TCR «сигнал остановки», необходимый для прочного контакта между T-клетками и клетками, представляющими антиген (APC). Однако в этих исследованиях сравнивались CTLA 4-положительные клетки, которые в основном являются регуляторными клетками и, по крайней мере, частично активированы, с CTLA 4-отрицательными наивными T-клетками. Различия между этими клетками по многим параметрам могут объяснить некоторые из этих результатов. Другие группы, анализировавшие эффект антител к CTLA 4 in vivo, пришли к выводу, что они оказывают незначительное или вообще не оказывают влияния на подвижность в контексте анергичных T-клеток. Антитела к CTLA 4 могут оказывать дополнительные эффекты при использовании in vivo, связываясь и тем самым истощая регуляторные T-клетки.
Структура
Белок содержит внеклеточный V-домен, трансмембранный домен и цитоплазматический хвост. Были охарактеризованы альтернативные варианты сплайсинга, кодирующие различные изоформы. Мембранно-связанная изоформа функционирует как гомодимер, соединенный дисульфидной связью, а растворимая изоформа – как мономер. Внутриклеточный домен схож с доменом CD28, поскольку не обладает собственной каталитической активностью и содержит один мотив YVKM, способный связывать PI3K, PP2A и SHP 2, и один пролин-богатый мотив, способный связывать белки, содержащие SH3-домен. Кажется, что первая роль CTLA-4 в ингибировании Т-клеточных ответов заключается в непосредственной дефосфорилировании SHP 2 и PP2A проксимальных сигнальных белков TCR, таких как CD3 и LAT. CTLA-4 также может косвенно влиять на передачу сигналов, конкурируя с CD28 за связывание с CD80/86. CTLA-4 также способен связываться с PI3K, однако значимость и последствия этого взаимодействия остаются неясными.
Клиническое значение
Варианты этого гена ассоциированы с сахарным диабетом 1 типа, болезнью Грейвса, тиреоидитом Хашимото, целиакией, системной красной волчанкой, орбитопатией, связанной с щитовидной железой, первичным билиарным циррозом и другими аутоиммунными заболеваниями. Полиморфизмы гена CTLA 4 ассоциированы с аутоиммунными заболеваниями, такими как ревматоидный артрит, аутоиммунные заболевания щитовидной железы и рассеянный склероз, хотя эта связь часто бывает слабой. При системной красной волчанке (СЛЭ) обнаружено аберрантное производство варианта сплайсинга sCTLA 4, который выявляется в сыворотке крови пациентов с активной СЛЭ.
Гемоглобинная гаплоинсуфициенция
Гаплоинсуфициенция CTLA4 приводит к дефициту CTLA4 или болезни CHAI (гаплоинсуфициентность CTLA4 с аутоиммунной инфильтрацией) – редкому генетическому заболеванию иммунной системы. Это может вызывать нарушение регуляции иммунной системы и приводить к лимфопролиферации, аутоиммунитету, гипогаммаглобулинемии, рецидивирующим инфекциям и незначительно повышать риск развития лимфомы. Мутации CTLA4 впервые были описаны в 2014 году в результате совместной работы групп доктора Гулбу Узеля, доктора Стивена Холланда и доктора Майкла Ленардо из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний, доктора Томаса Флейшера из Клинического центра NIH при Национальных институтах здоровья и их коллег. В том же году аналогичный фенотип был описан группами доктора Бодо Гримбахера, доктора Шимона Сакагучи, доктора Люси Уокер и доктора Дэвида Сансома и их коллегами. Мутации CTLA4 наследуются по аутосомно-доминантному типу. Это означает, что для проявления заболевания достаточно получить один аномальный ген от одного из родителей. Одной нормальной копии гена недостаточно для компенсации аномальной копии. Доминантный тип наследования означает, что в большинстве семей с мутациями CTLA4 пораженные родственники встречаются в каждом поколении по линии носителя мутации.
Клинические и лабораторные проявления
Симптоматические пациенты с мутациями CTLA 4 характеризуются синдромом иммунной дисрегуляции, включающим обширную инфильтрацию Т-клеток в ряд органов, включая кишечник, легкие, костный мозг, центральную нервную систему и почки. У большинства пациентов наблюдаются диарея или энтеропатия. Лимфаденопатия и гепатоспленомегалия также распространены, как и аутоиммунные заболевания. Органы, поражаемые аутоиммунитетом, варьируют, но могут включать тромбоцитопению, гемолитическую анемию, тиреоидит, сахарный диабет 1 типа, псориаз и артрит. Также часто встречаются респираторные инфекции. Важно отметить, что клинические проявления и течение заболевания различны: у одних пациентов они выражены тяжело, у других – слабо. Эта «вариабельная экспрессивность», даже внутри одной семьи, может быть значительной и может объясняться различиями в образе жизни, воздействием патогенов, эффективностью лечения или другими генетическими модификаторами. Данное состояние характеризуется неполной пенетрантностью. Пенетрантность считается неполной, когда некоторые индивидуумы не проявляют признак и кажутся полностью бессимптомными, несмотря на наличие аллеля. Пенетрантность оценивается примерно в 60%. Клинические симптомы обусловлены нарушениями в работе иммунной системы. У большинства пациентов отмечается снижение уровня по крайней мере одного изотопа иммуноглобулина, низкая экспрессия белка CTLA 4 в регуляторных Т-клетках, гиперактивация эффекторных Т-клеток, низкий уровень клеток памяти B и прогрессирующая потеря циркулирующих B-клеток. Фьюжн-протеин CTLA4 Ig коммерчески доступен под названием Orencia (абатацепт). Вторая генерация CTLA4 Ig, известная как белатацепт, недавно была одобрена FDA на основании благоприятных результатов рандомизированного исследования фазы III BENEFIT (Belatacept Evaluation of Nephroprotection and Efficacy as First Line Immunosuppression Trial). Он одобрен для трансплантации почек пациентам, сенсибилизированным к вирусу Эпштейна-Барр (EBV).
Антагонисты для повышения иммунной активности
И наоборот, растет интерес к возможной терапевтической пользе блокирования CTLA-4 (с использованием антагонистических антител к CTLA-4, таких как ипилимумаб – одобренный FDA для лечения меланомы в 2011 году – как способа подавления иммунной толерантности к опухолям и, таким образом, обеспечения потенциально эффективной стратегии иммунотерапии для пациентов с раком). Еще один препарат – тремелимумаб.