Jak CD154 kontroluje odpowiedź makrofagów podczas zakażenia pasożytniczego?

Naukowcy z University of Manchester odkryli, że białko CD154 (znane także jako ligand CD40) odgrywa kluczową rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej podczas zakażenia nicieni Heligmosomoides polygyrus. Badanie wykazało, że aktywacja limfocytów CD4+ prowadzi do zwiększenia ekspresji CD154 na ich powierzchni, co ogranicza namnażanie i polaryzację makrofagów – kluczowych komórek układu odpornościowego.

W eksperymencie na myszach zablokowanie CD154 przeciwciałem MR1 spowodowało znaczący wzrost liczby makrofagów w jamie otrzewnej oraz zmieniło ich proces różnicowania. Blokada CD154 prowadziła również do zwiększenia liczby dorosłych pasożytów w jelicie, co sugeruje, że białko to uczestniczy w mechanizmach obronnych organizmu przeciwko zakażeniom.

Badacze zaobserwowali, że zakażenie wywołuje wzrost poziomu interleukiny-13 (IL-13) w jamie otrzewnej – cytokiny odpowiedzialnej za odpowiedź immunologiczną typu Th2. Jednocześnie CD154 ograniczało ekspresję Ym1, markera makrofagów polaryzowanych przez IL-4, szczególnie w populacji dużych makrofagów jamy otrzewnej (LCM). To pierwszy udokumentowany przypadek, w którym CD154 wywołane przez antygen ogranicza odpowiedź makrofagów na cytokiny typu 2 w naturalnym kontekście zakażenia helmintycznego.

Co to jest CD154 i jak wpływa na komórki odpornościowe?

CD154 to białko transbłonowe z rodziny czynnika martwicy nowotworów (TNF), które pojawia się na powierzchni limfocytów CD4+ po ich aktywacji przez antygen. Działa jak sygnał komunikacyjny między limfocytami T a innymi komórkami układu odpornościowego, szczególnie komórkami prezentującymi antygen – takimi jak komórki dendrytyczne, limfocyty B i makrofagi.

Najważniejszym receptorem dla CD154 jest białko CD40, obecne na powierzchni komórek prezentujących antygen. Gdy CD154 wiąże się z CD40, aktywuje te komórki do zwiększonej ekspresji cząsteczek MHC klasy II, molekuł kostymulujących oraz cytokin, które z kolei przekazują sygnały z powrotem do limfocytów T. Ten dwukierunkowy dialog między komórkami jest fundamentalny dla prawidłowej odpowiedzi immunologicznej.

W kontekście zakażenia H. polygyrus, badacze zaobserwowali, że CD154 na powierzchni limfocytów CD4+ wzrasta znacząco do 9. dnia po zakażeniu. Całkowita ilość CD154 (zarówno na powierzchni, jak i wewnątrz komórek) nie uległa zmianie, co sugeruje, że zakażenie powoduje głównie przemieszczenie tego białka na powierzchnię komórek, gdzie może ono aktywnie uczestniczyć w odpowiedzi immunologicznej. Co istotne, tylko limfocyty CD4+ w jamie otrzewnej wyrażały wykrywalne poziomy CD154 – zarówno w warunkach podstawowych, jak i po zakażeniu.

Jak CD154 wpływa na różne typy makrofagów?

Naukowcy zidentyfikowali w jamie otrzewnej trzy główne populacje makrofagów. Duże makrofagi jamy otrzewnej (LCM) to komórki rezydentne, charakteryzujące się wysoką ekspresją białka F4/80 i niską ekspresją MHC klasy II. Przekształcające się makrofagi jamy otrzewnej (CCM) mają pośrednie poziomy obu tych markerów, natomiast małe makrofagi jamy otrzewnej (SCM) wykazują niską ekspresję F4/80 i wysoką ekspresję MHC klasy II.

Zakażenie H. polygyrus spowodowało wzrost liczby wszystkich trzech typów makrofagów do 9. dnia po zakażeniu. Blokowanie CD154 dodatkowo zwiększyło liczby CCM i SCM, ale nie wpłynęło bezpośrednio na liczbę LCM. Jednak analiza proliferacji komórkowej wykazała, że blokada CD154 znacząco wzmocniła podział LCM, mierzony zarówno przez inkorporację EdU, jak i ekspresję markera Ki-67. W szczególności, odsetek komórek Ki-67Hi (znajdujących się w fazach S i G2/M cyklu komórkowego) wzrósł istotnie w LCM po zablokowaniu CD154.

Badacze odkryli również nową subpopulację komórek – LCM dodatnie dla receptora β folianów (FRβ+ LCM), które wydają się być formą przejściową między CCM a w pełni dojrzałymi LCM. Blokowanie CD154 zwiększyło liczbę tych komórek przejściowych, co sugeruje, że CD154 promuje ostateczne różnicowanie rekrutowanych makrofagów w kierunku w pełni rezydentnego fenotypu. Komórki FRβ+ LCM wykazywały pośrednie właściwości – proliferowały słabiej niż konwencjonalne LCM, ale wyrażały wyższe poziomy RELM-α.

Jak CD154 moduluje polaryzację makrofagów?

Makrofagi mogą przyjmować różne fenotypy funkcjonalne w zależności od sygnałów ze środowiska. W kontekście zakażeń helmintycznych kluczowa jest polaryzacja typu M(IL-4), indukowana przez cytokiny typu 2, takie jak IL-4 i IL-13. Makrofagi tego typu charakteryzują się ekspresją specyficznych markerów, w tym białek Ym1 i RELM-α.

Badanie wykazało, że zakażenie H. polygyrus indukowało ekspresję Ym1 we wszystkich analizowanych populacjach monocytów i makrofagów. Blokowanie CD154 dodatkowo zwiększało ekspresję Ym1 w trzech populacjach makrofagów (LCM, CCM i SCM), ale nie w monocytach. To wskazuje, że CD154 działa jako hamulec dla polaryzacji typu M(IL-4) szczególnie w dojrzałych makrofagach.

W przypadku RELM-α sytuacja była bardziej złożona. Zakażenie indukowało ekspresję tego markera we wszystkich badanych populacjach, jednak indukcja była bardzo słaba w LCM. Blokowanie CD154 nie wpływało na ekspresję RELM-α w żadnej z analizowanych populacji komórek. Te różnice mogą wynikać z odmiennego zestawu bodźców działających podczas naturalnego zakażenia w porównaniu do eksperymentów z oczyszczonymi cytokinami, a także z możliwego zróżnicowania mechanizmów bezpośredniego i pośredniego wpływu CD154 na makrofagi.

Jaka jest rola interleukiny-13 w przebiegu zakażenia?

Interleukina-13 (IL-13) to cytokina należąca do grupy cytokin typu 2, odgrywająca kluczową rolę w odpowiedzi immunologicznej na zakażenia pasożytnicze. Wraz z IL-4, IL-13 promuje polaryzację makrofagów w kierunku fenotypu M(IL-4) oraz stymuluje ich namnażanie.

W badaniu bezpośrednio zmierzono poziom IL-13 w płynie jamy otrzewnej, co stanowi pierwszy taki dowód na dostępność cytokin typu 2 w tym miejscu podczas zakażenia H. polygyrus. Stężenie IL-13 było znacząco podwyższone u zakażonych myszy w porównaniu do zwierząt zdrowych. Blokowanie CD154 nie wpłynęło na poziom IL-13, co wskazuje, że produkcja tej cytokiny przez limfocyty Th2 nie jest zależna od sygnalizacji przez CD154.

Obecność IL-13 w jamie otrzewnej prawdopodobnie wynika z lokalnej aktywacji limfocytów Th2 przez prezentację antygenu. Antygeny pasożyta mogą docierać do jamy otrzewnej w postaci wolnej (podobnie jak pewne antygeny bakteryjne jelitowe) lub w komórkach dendrytycznych migrujących z jelita. Lokalna prezentacja antygenu wyjaśniałaby zarówno wzrost powierzchniowej ekspresji CD154 na limfocytach CD4+, jak i uwalnianie cytokin typu 2. Te obserwacje sugerują, że w jamie otrzewnej dochodzi do złożonych interakcji immunologicznych, w których cytokiny typu 2 i CD154 działają równolegle, wpływając na różne aspekty odpowiedzi makrofagów.

Jakie znaczenie mają te odkrycia dla zrozumienia odpowiedzi immunologicznej?

Odkrycie, że CD154 ogranicza odpowiedź makrofagów na cytokiny typu 2 podczas naturalnego zakażenia, otwiera nowe perspektywy w zrozumieniu regulacji odpowiedzi immunologicznej. Blokowanie CD154 w eksperymencie doprowadziło do zwiększenia liczby dorosłych pasożytów w jelicie, co sugeruje, że białko to uczestniczy w mechanizmach obronnych organizmu.

Efekt ten może wynikać z osłabienia odpowiedzi przeciwciał, ponieważ sygnalizacja przez CD40 jest niezbędna dla produkcji przeciwciał klasy IgE i IgG zależnych od limfocytów T. Te przeciwciała gromadzą się wokół larw pasożyta w ścianie jelita i prawdopodobnie przyczyniają się do ich eliminacji. Blokowanie CD154 przeprowadzono między 6. a 9. dniem po zakażeniu – w okresie, gdy większość pasożytów znajduje się jeszcze w błonie podśluzowej dwunastnicy, zanim powrócą do światła jelita.

Wyniki badania sugerują również, że CD154 może promować różnicowanie rekrutowanych makrofagów w kierunku w pełni rezydentnego fenotypu. Jest to pierwsza opisana funkcja makrofagowa, w której CD154 i cytokiny typu 2 mogą działać synergistycznie, w przeciwieństwie do antagonistycznego działania CD154 na polaryzację i namnażanie makrofagów indukowane przez IL-4. Zrozumienie tych mechanizmów może mieć znaczenie dla dalszych badań nad regulacją odpowiedzi immunologicznej w kontekście zakażeń pasożytniczych.

Co nowego wiemy o roli CD154 w obronie przed pasożytami?

Badanie przeprowadzone na modelu mysim zakażenia Heligmosomoides polygyrus wykazało, że białko CD154, eksponowane na powierzchni aktywowanych limfocytów CD4+, pełni złożoną rolę regulacyjną w odpowiedzi makrofagów. CD154 ogranicza namnażanie makrofagów rezydentnych oraz ich polaryzację w kierunku fenotypu indukowanego przez cytokiny typu 2, jednocześnie promując dojrzewanie rekrutowanych makrofagów do w pełni rezydentnego fenotypu.

Kluczowym odkryciem jest potwierdzenie, że te mechanizmy działają w naturalnym kontekście zakażenia pasożytniczego, gdzie dochodzi do mieszanej odpowiedzi typu Th1/Th2. Obecność IL-13 w jamie otrzewnej oraz wzrost ekspresji CD154 na limfocytach CD4+ wskazują na lokalną prezentację antygenu i aktywację odpowiedzi immunologicznej w miejscu oddalonym od głównego ogniska zakażenia. Blokowanie CD154 prowadziło do zwiększenia liczby pasożytów, co podkreśla znaczenie tego białka w mechanizmach obronnych organizmu. Te odkrycia pogłębiają wiedzę o interakcjach między różnymi elementami układu odpornościowego i mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia regulacji odpowiedzi immunologicznej typu 2.

Pytania i odpowiedzi