Die Suche nach einer wirksamen Methode zur Hemmung von Immunabstoßungen ist eine der wichtigsten Strategien zur Unterstützung klinischer Transplantationen. Kürzlich haben Studien zur Organtransplantation gezeigt, dass die Anwendung von DPPIV-Inhibitoren oder Anti-CD26-mAbkömmlingen die Transplantation von Spenderzellen erhöht bzw. die akute GVHD verringert und CD26 als neuartiges Ziel für therapeutische Interventionen bei GVHD-Erkrankungen angedeutet hat.11 Um die Rolle von CD26 bei der Abstoßung allogener Transplantate zu klären, wurden CD26-Knockout-Mäuse in einer Studie zur allogenen Hauttransplantation verwendet. Wir fanden heraus, dass CD26-/- Mäuse einen geringeren Nekrosegrad der Transplantate und eine verzögerte Abstoßung der Transplantate aufwiesen (Abb. 1).
CD26 ist ein Aktivierungsmarker von T- und B-Lymphozyten und NK-Zellen. Als kostimulatorisches Molekül vermittelt CD26 T-Zell-Signaltransduktionsprozesse durch seine Interaktion mit Adenosindesaminase, CD45, Caveolin-1 oder CARMA1.5 Die Blockade der CD26-vermittelten T-Zell-Ko-Stimulation führte zu einer Anergie bei CD4+ T-Zellen.24 In der vorliegenden Arbeit wurde ein geringerer Prozentsatz von CD3+ sowie CD4+ Zellen in MPBLs und MSLs von CD26-/- Mäusen sowohl vor als auch nach der Hauttransplantation gefunden (Abb. 3). Außerdem war die Infiltration von CD3+ und CD4+ Zellen in den Transplantatgeweben von CD26-/- Mäusen geringer als in CD26+/+ Mäusen nach der Hauttransplantation (Abb. 7b, c). Dieser Befund deutet darauf hin, dass der CD26-Mangel zu einer Beeinträchtigung der Entwicklung, Reifung und Funktion von CD4+-Zellen führt, was mit unseren früheren Erkenntnissen übereinstimmt.23 Interessanterweise war der Prozentsatz der CD8+-Zellen in MPBLs von CD26-/–Mäusen vor der Transplantation derselbe wie in CD26+/+-Mäusen; nach der Hauttransplantation war der Prozentsatz in CD26-/–Mäusen jedoch deutlich geringer als in CD26+/+-Mäusen (Abb. 3). Die Anzahl der infiltrierenden CD8+ Zellen in den Hauttransplantaten war bei CD26-/- deutlich geringer als bei CD26+/+ Mäusen nach der Hauttransplantation. Diese Ergebnisse deuten auf eine verminderte Proliferation, Aktivierung und Funktion von CD8+ Zellen in CD26-/- Mäusen als Reaktion auf allogene Antigene hin. CD8+ T-Zellen sind ein wichtiger Bestandteil des allogenen T-Zell-Repertoires, das nach allogener Transplantation bei Mäusen induziert wird; ihre zytotoxische Aktivität richtet sich gegen Peptide des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) der Klasse I des Spenders.25 Der verringerte Prozentsatz von CD8+ Zellen in CD26-/- Mäusen (Abb. 3) nach allogener Transplantation kann teilweise zu dem geringeren nekrotischen Grad der Transplantate und der verzögerten Abstoßung der Transplantate beitragen. Darüber hinaus war der Anteil an CD3+, CD4+ und CD4+NK1.1- Zellen in MSLs in CD26-/- Mäusen vor der Transplantation geringer als in CD26+/+ Mäusen, aber der Unterschied war nach der Transplantation geringer. Es wurde berichtet, dass die Hemmung von CD26 das Homing von Spenderzellen erhöht und das allogene Engraftment verbessert.26 Der Rückgang des prozentualen Unterschieds zwischen CD3+ und CD4+ Zellen von MSLs zwischen den beiden Mäusetypen nach der Transplantation könnte auf das verstärkte Homing dieser Zellen in die Milz bei CD26-/- Mäusen zurückzuführen sein.
Allotransplantatabstoßung wird in erster Linie von Wirts-T-Zellen gesteuert. Während alle Komponenten des angeborenen und adaptiven Immunsystems an der Transplantatabstoßung beteiligt sind, kommt den T-Lymphozyten und insbesondere den CD4+-Zellen in diesem Prozess eine herausragende Bedeutung zu.27 Sobald sie aktiviert sind, steuern CD4+-T-Zellen in erster Linie den Verlauf der Reaktion, indem sie Zytokine absondern, die andere Effektorzellen wie Makrophagen, CD8+-T-Zellen und B-Zellen aktivieren, vergrößern und/oder rekrutieren.27, 28 Bei einer weiteren Analyse der Zytokinspiegel in beiden Mäusetypen wurde im Serum von CD26-/–Mäusen nach allogener Transplantation eine deutlich verringerte Sekretion von IL-2, IFN-γ, IL-6, IL-17, IL-4 und IL-13 festgestellt (Abb. 4). Diese verringerte Sekretion könnte durch eine geringere Anzahl von CD4+-Zellen in CD26-/–Mäusen vor der Transplantation verursacht worden sein; es sollte jedoch eine beeinträchtigte Differenzierung und Funktion von CD4+-Zellen als Reaktion auf das allogene Antigen in CD26-/–Mäusen in Betracht gezogen werden. Niedrige Serumspiegel von IL-2, IFN-γ und IL-6 deuten auf eine teilweise gestörte Differenzierung und Funktion von Th1-Zellen hin, während niedrige Spiegel von IL-4 und IL-13 auf eine unzureichende Differenzierung und Funktion von Th2-Zellen in CD26-/- Mäusen hindeuten.
Als Schlüsselzytokin zeigt IFN-γ vielfältige und potenziell widersprüchliche Auswirkungen auf die Abstoßung von Organtransplantaten.29 IL-2 ist ein weiteres Th1-assoziiertes Zytokin, das ebenfalls komplexe Auswirkungen auf die Transplantatabstoßung hat.30 Sowohl IFN-γ als auch IL-2 sind pleiotrope Zytokine und spielen eine wichtige Rolle bei der Vermehrung von T- und B-Zellen während der Entzündungsreaktion. Die Zytokine wirken zunächst als Moleküle, die das Wachstum und Überleben von T-Zellen während der Immunreaktion initiieren, und verstärken dann die Th1-Antwort durch positive Rückkopplung.29, 30 Bei der akuten Abstoßung infiltrieren Th1-Zellen vorwiegend in Transplantate, wobei IL-2 und IFN-γ die Aktivierung von NK-Zellen und Makrophagen induzieren können, die starke Waffen für die Zerstörung von Transplantaten sind.29, 30 Darüber hinaus induziert IFN-γ die Expression von MHC-Molekülen der Klasse II und die Sekretion von IgG2a und IgG3 aus aktivierten B-Zellen. In einem Modell der akuten Abstoßung zeigten IFN-γ-/–Mäuse eine verzögerte Abstoßung des Hauttransplantats.31 Mehrere Studien haben berichtet, dass die Toleranz gegenüber der Abstoßung von Allotransplantaten zumindest teilweise durch IL-4, ein typisches Zytokin der Th2-Zellen, vermittelt wird, indem es die Produktion von IL-10 und IgG1 fördert.32 Andere Studien haben widersprüchliche Ergebnisse geliefert, die darauf hindeuten, dass die Verabreichung eines Th2-Inhibitors das Überleben von kardialen Allotransplantaten verlängert.33 IL-13, das ähnliche Wirkungen wie IL-4 zeigt, ist ein weiteres Zytokin, das mit der Th2-Antwort in Verbindung gebracht wird; IL-13 teilt eine Rezeptorkette (IL-4R α-Kette) mit IL-4, unterscheidet sich aber in den beteiligten Zielzellen, was zu einer Reihe unterschiedlicher biologischer Ereignisse führt.32 Eine wachsende Zahl von Studien hat gezeigt, dass die Zytokine sowohl der Th1- als auch der Th2-Zellen, wie IL-2, IFN-γ und IL-4, in der Lage sind, die klonale Expansion von B-Zellen und die Antikörpersynthese zu unterstützen.28, 34 Ein CD26-Mangel führt zu einer beeinträchtigten Differenzierung und Funktion von Th1- und Th2-Zellen in CD26-/- Mäusen. Niedrige Spiegel der Th1-Zytokine IFN-γ und IL-2 könnten zu einer Verringerung der Proliferation von CD8+-Zellen (Abb. 3) und der Aktivierung von Makrophagen führen, wodurch die Infiltration von CD8+-Zellen und Makrophagen in Transplantate (Abb. 7) während der Transplantatabstoßung verringert wird. Andererseits könnten niedrige IFN-γ-, IL-2- und IL-4-Spiegel in CD26-/–Mäusen nach allogener Transplantation die Aktivierung und Differenzierung von B-Zellen beeinträchtigen und so die Antikörperproduktion verringern (Abb. 2).
Die Immunabstoßung ist ein komplexer Prozess, der sowohl eine zelluläre als auch eine humorale Immunantwort umfasst und durch die Produktion von Antikörpern durch B-Lymphozyten gekennzeichnet ist. IgG, der Hauptbestandteil der Serum-Igs und ein häufiger pathogener Antikörper bei Patienten mit Transplantatabstoßung, spielt eine unverzichtbare Rolle bei der Schädigung von Transplantaten während der Transplantatabstoßung.35 In unserer vorliegenden Arbeit wurde eine geringe Produktion von IgG und seinen Untergruppen IgG1 und IgG2a im Serum von CD26-/- Mäusen festgestellt (Abb. 2). Dieses Ergebnis deckt sich mit unseren früheren Befunden, die zeigten, dass die Antikörperproduktion in CD26-/- Mäusen deutlich geringer war als in CD26+/+ Mäusen, und zwar sowohl nach einer Ovalbumin-Immunisierung als auch nach einer Stimulation mit dem Pokeweed-Mitogen.23, 36 Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Differenzierung der B-Zellen durch den CD26-Mangel beeinträchtigt wurde. Bei der T-Zell-abhängigen B-Zell-Aktivierung sind eine Interaktion zwischen B-Zellen und Th-Zellen sowie bestimmte Th1- und Th2-Zytokine erforderlich, um die klonale Expansion von B-Zellen und die Antikörpersynthese zu unterstützen. Bei CD26-/- Mäusen könnten ein geringer Anteil an Th-Zellen (CD4+) (Abb. 3) und eine geringe Produktion von IL-2 und IL-4 (Abb. 4) zu einer gestörten Aktivierung und Differenzierung von B-Zellen führen und damit die IgG-Produktion verringern. IgG ist eine Hauptkomponente, die die Allorekognition zwischen exogenen Antigenen und CD8+-Zellen des Empfängers während der Transplantatabstoßung vermittelt.37 Eine niedrige IgG-Produktion in CD26-/–Mäusen (Abb. 2) kann daher zu einer Verringerung des Transplantatangriffs durch Effektorzellen führen.
Interessanterweise war die Sekretionsmenge von IL-10 in CD26-/–Mäusen höher (Abb. 4G). Zur Unterstützung unserer Ergebnisse wurde gezeigt, dass die Blockade von CD26/DPPIV die Transplantation von Lungentransplantaten verbessert und die Expression von IL-10 erhöht.38 IL-10 ist bekanntlich ein entzündungshemmendes Zytokin; es wurde berichtet, dass IL-10 die Expression von Th1- und Th17-Zytokinen im Entzündungsprozess herunterreguliert, insbesondere während der Treg-Zell-Signalisierung.39 Verschiedene Zelltypen produzieren IL-10, darunter Th2- und Makrophagen sowie regulatorische T-Zellen.40 In CD26-/- Mäusen könnte die hohe IL-10-Sekretion (Abb. 4g) auf einen hohen Anteil an Tregs zurückzuführen sein (Abb. 6). Als Reaktion auf die allogene Transplantation wurden im Serum von CD26+/+-Mäusen vom ersten Tag an hohe IL-6-Spiegel nachgewiesen, die am siebten Tag nach der Transplantation ihren Höhepunkt erreichten; im Serum von CD26-/–Mäusen wurde jedoch bis zum siebten Tag nach der Transplantation nur eine geringe Menge IL-6 nachgewiesen (Abb. 4d). Neuere Studien haben gezeigt, dass IL-6 eine sehr wichtige Rolle bei der Regulierung des Gleichgewichts zwischen IL-17-produzierenden Th17-Zellen und Tregs spielt.41 Der niedrige IL-17-Spiegel und der hohe Prozentsatz an Tregs, die in dieser Studie bei CD26-/–Mäusen beobachtet wurden (Abb. 5 und 6), könnten daher zum Teil auf eine verminderte IL-6-Funktion und eine übermäßige IL-10-Aktivität zurückzuführen sein.
Darüber hinaus wurde berichtet, dass menschliche Th17-Zellen durch eine hohe Expression von CD26 gekennzeichnet sind,18 das ein negativer Selektionsmarker für menschliche Tregs ist,19 was darauf hindeutet, dass CD26 an der Differenzierung und Funktion von Th17-Zellen beteiligt ist, aber nicht mit Tregs in Verbindung steht. Es ist daher nicht überraschend, dass in CD26-/- Mäusen ein gestörtes Gleichgewicht der Differenzierung von Th17 und Tregs beobachtet wurde. Obwohl die Abstoßung von Transplantaten traditionell mit der Th1-Differenzierung in Verbindung gebracht wird, haben viele neuere Studien gezeigt, dass Th17-Zellen und IL-17 in engem Zusammenhang mit der Abstoßung von Transplantaten stehen.42 Th17-Zellen sind eine neuere Ergänzung des T-Zell-Paradigmas, während IL-17, ein wichtiges Th17-Zytokin, ein pro-inflammatorischer Faktor ist.43 Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass Th17-Zellen eine Rolle bei der Entwicklung chronischer Transplantatschäden bei der Transplantation verschiedener Organe spielen. Das Kennzeichen der durch Th17-Zellen vermittelten Abstoßung von Allotransplantaten ist die Fähigkeit von IL-17, Neutrophile zu rekrutieren, die eine der ersten entzündlichen Effektorzellen sind, die nach der Transplantation in das Allotransplantat eindringen können und dadurch Allotransplantatschäden verursachen.42 Umgekehrt spielen Tregs eine entscheidende Rolle bei der Immuntoleranz und der negativen Kontrolle verschiedener Immunantworten durch die Unterdrückung oder Herunterregulierung anderer Effektor-T-Zellen während der Immunabstoßung.44 Es wurde berichtet, dass die Hemmung von CD26/DPPIV die Sekretion von TGF-β1 fördert, das für die Differenzierung von Tregs essentiell ist.45 Für die Entwicklung und Funktion von CD4+CD25+ Treg-Zellen ist der Forkhead-Transkriptionsfaktor (Foxp3) erforderlich.46 IL-10 ist Berichten zufolge ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der FoxP3-Expression.47 Der hohe IL-10-Spiegel, der in CD26-/- Mäusen beobachtet wurde (Abb. 4g), könnte die Expression von FoxP3 begünstigt haben. Die verringerte Th17-Aktivität und der erhöhte Anteil an Tregs in MSLs und MPBLs von CD26-/–Mäusen nach allogener Transplantation sind vermutlich der wichtigste Grund für die verringerte Nekrose des Transplantats und die verzögerte Allotransplantatabstoßung in CD26-/–Mäusen.
Bestimmte Chemokine tragen zur Infiltration von Makrophagen in das Transplantatgewebe bei, wie z. B. monozytenchemotaktische Proteine (MCP-1, -2, -3), Makrophagenkolonie-stimulierender Faktor (M-CSF oder CSF-1) und Chemokin-Ligand 5 (CCL5 oder RANTES (regulated and normal T cell expressed and secreted)).48 Als Substrate von DPPIV/CD26 können MCPs und RANTES durch DPPIV abgeschnitten werden, was zu einer Veränderung ihrer Chemotaktik führt.3 Es wurde festgestellt, dass MCP mit einem aminoterminalen Lys durch CD26/DPPIV gespalten werden kann, was zu einer Inaktivierung seiner Chemotaxis führen kann; MCP mit einem NH2-terminalen pGlu blieb jedoch unbeeinflusst.49 Die Wirkung von CD26 auf die verschiedenen Isoformen von MCP, die an der Makrophagen-Chemotaxis bei Hauttransplantationen beteiligt sind, sollte weiter untersucht werden. Es wurde berichtet, dass die Trunkierung von CCL5/RANTES durch DPPIV die Bindung an den Chemokinrezeptor 1 (CCR1) und CCR3 verringert, aber die Bindung an CCR5 erhöht, was zur Makrophagenrekrutierung in Nierentransplantaten beiträgt.48 Der CD26-Mangel von CD26-/- Mäusen reduziert wahrscheinlich die Aktivität der CCL5/RANTES-Bindung an CCR5 und führt zu einer Verringerung der Makrophageninfiltration in Transplantate.
CD26 ist ein multifunktionales Protein, das entweder eine enzymatische Aktivität aufweist oder mit verschiedenen Molekülen interagiert. Jüngste Studien haben berichtet, dass CD26/DPPIV an der kutanen Wundheilung beteiligt ist. Bei CD26-/- Mäusen wurden höhere Raten des Wundverschlusses, der Revaskularisierung und der Zellproliferation beobachtet, und ein DPPIV-Inhibitor zeigte einen potenziellen Nutzen bei der Wundheilung.50 Bei Hauttransplantationen ist CD26 nicht nur an der Immunabstoßung, sondern auch am Wundheilungsprozess beteiligt; somit spielt CD26 eine Janus-ähnliche Rolle bei Transplantation und Abstoßung. In der vorliegenden Arbeit waren der Nekrosegrad in den Transplantaten und die Konzentrationen von IgG und verwandten Zytokinen im Serum von CD26-/- Mäusen deutlich niedriger als die von CD26+/+ Mäusen. Ab Tag 13 nach der Transplantation wurden die Transplantate jedoch entfernt, und die Wunden heilten bei CD26-/–Mäusen schnell ab. Die in unserer Arbeit beobachtete Verringerung der Allotransplantatabstoßung in CD26-/–Mäusen könnte teilweise durch die Verbesserung der Wundheilung kompensiert werden, wobei CD26 an beiden Prozessen beteiligt ist.
Zusammenfassend deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass CD26 an der Abstoßung allogener Transplantate beteiligt ist. Ein CD26-Mangel führte zu einer teilweise beeinträchtigten Differenzierung von Th1-, Th2- und Th17-Subpopulationen, erhöhte aber den Anteil der Tregs. Die eingeschränkte Funktion von Th1, Th2 und Th17 wiederum beeinträchtigte die Differenzierung von B-Zellen und verringerte die Aktivitäten von CD8+-Zellen und Makrophagen, was zu einer geringeren IgG-Produktion und einer verzögerten Abstoßung von Transplantaten in CD26-/- Mäusen führte.