Het vinden van een effectieve manier om immuun afstotingen te remmen is één van de belangrijkste strategieën voor het ondersteunen van klinische transplantaties. Onlangs toonden studies betreffende orgaantransplantatie aan dat de toepassing van DPPIV inhibitor of het anti-CD26 mAb de enting van donorcellen verhoogde en acute GVHD verminderde, respectievelijk, en CD26 aangaf als een nieuw doelwit voor therapeutische interventie in GVHD ziekte.11 Om de rol van CD26 in allogene transplantaat afstoting te verduidelijken, werden CD26 knock-out muizen gebruikt in een allogene huidtransplantatie studie. Wij vonden dat CD26-/- muizen een lagere necrotische graad van transplantaten vertoonden en een vertraagde allotransplantaat afstoting (Fig. 1).
CD26 is een activeringsmarker van T en B lymfocyten en NK cellen. Als costimulatoire molecule medieert CD26 T-celsignaal transductieprocessen door zijn interactie met adenosine deaminase, CD45, caveolin-1, of CARMA1.5 Blokkade van CD26-gemedieerde T-cel co-stimulatie induceerde anergie in CD4+ T-cellen.24 In het huidige werk werd een lager percentage CD3+, evenals CD4+ cellen, gevonden in MPBLs en MSLs van CD26-/- muizen zowel vóór als na huidtransplantatie (Fig. 3). Bovendien werd infiltratie van CD3+ en CD4+ cellen in mindere mate gedetecteerd in het transplantatieweefsel van CD26-/- muizen dan in CD26+/+ muizen na huidtransplantatie (Fig. 7b, c). Deze bevinding geeft aan dat CD26 deficiëntie resulteert in een verminderde ontwikkeling, rijping en functie van CD4+ cellen, hetgeen overeenkomt met onze eerdere bevindingen.23 Interessant is dat het percentage CD8+ cellen in MPBLs van CD26-/- muizen hetzelfde was als in CD26+/+ muizen vóór de transplantatie; het percentage was echter significant lager in CD26-/- dan in CD26+/+ muizen na de huidtransplantatie (Fig. 3). Het infiltratie aantal CD8+ cellen in de huidtransplantaten was duidelijk lager in CD26-/- dan in CD26+/+ muizen na huidtransplantatie. Deze bevindingen suggereren een verminderde proliferatie, activering en functie van CD8+ cellen in CD26-/- muizen als reactie op allogene antigenen. CD8+ T cellen zijn een prominente component van het allogene T-cel repertoire geïnduceerd na allogene transplantatie bij muizen; hun cytotoxische activiteit is gericht op donor major histocompatibility complex (MHC) klasse I peptiden.25 Het verminderde percentage CD8+ cellen in CD26-/- muizen (Fig. 3) na allogene transplantatie kan gedeeltelijk bijdragen tot de verminderde necrotische graad van transplantaten en vertraagde afstoting van allogene transplantaten. Bovendien waren de percentages CD3+, CD4+, en CD4+NK1.1- cellen van MSLs lager in CD26-/- muizen dan in CD26+/+ muizen vóór de transplantatie, maar het verschil werd kleiner na de transplantatie. Er werd gerapporteerd dat de remming van CD26 de homing van donorcellen verhoogde en de allogene enting verbeterde.26 De afname van het procentuele verschil van CD3+ en CD4+ cellen van MSLs tussen de twee soorten muizen na transplantatie kan te wijten zijn aan de verhoogde homing van die cellen naar de milt in CD26-/- muizen.
Allograft afstoting wordt voornamelijk aangedreven door gastheer T-cellen. Hoewel alle componenten van het aangeboren en het adaptieve immuunsysteem deelnemen aan de afstoting van transplantaten, zijn T-lymfocyten en, in het bijzonder, CD4+ cellen van het grootste belang in dit proces.27 Eenmaal geactiveerd, leiden CD4+ T-cellen in de eerste plaats de progressie van de reactie door het afscheiden van cytokines die andere effectorcellen, zoals macrofagen, CD8+ T-cellen en B-cellen activeren, uitbreiden en/of rekruteren.27, 28 Door verdere analyse van cytokine niveaus in beide soorten muizen, werd een duidelijk verminderde secretie van IL-2, IFN-γ, IL-6, IL-17, IL-4, en IL-13 gevonden in het serum van CD26-/- muizen na allogene transplantatie (Fig. 4). Deze verminderde secretie kan veroorzaakt zijn door een lager aantal CD4+ cellen in CD26-/- muizen vóór de transplantatie; er moet echter rekening gehouden worden met een verminderde differentiatie en functie van CD4+ cellen in reactie op het allogene antigeen in CD26-/- muizen. Lage serumniveaus van IL-2, IFN-γ, en IL-6 wijzen gedeeltelijk op gebrekkige differentiatie en functie voor Th1 cellen, terwijl lage niveaus van IL-4 en IL-13 wijzen op onvoldoende differentiatie en functie van Th2 cellen in CD26-/- muizen.
Als een sleutelcytokine, vertoont IFN-γ diverse en potentieel tegenstrijdige effecten op orgaan allotransplantaat afstoting.29 IL-2 is een ander Th1-geassocieerd cytokine dat ook complexe effecten heeft op afstoting van transplantaten.30 Zowel IFN-γ als IL-2 zijn pleiotrope cytokines en spelen een belangrijke rol bij de proliferatie van T- en B-cellen tijdens de ontstekingsreactie. De cytokines fungeren eerst als moleculen die T-celgroei initiëren en overleven tijdens de immuunrespons en versterken vervolgens de Th1 respons met positieve feedback.29, 30 Bij acute afstoting infiltreren Th1 cellen overwegend in transplantaten, waarbij IL-2 en IFN-γ de activatie van NK cellen en macrofagen kunnen induceren, die sterke wapens zijn voor het vernietigen van allograften.29, 30 Bovendien induceert IFN-γ de expressie van klasse II MHC moleculen en de secretie van IgG2a en IgG3 van geactiveerde B cellen. In een model van acute afstoting vertoonden IFN-γ-/- muizen een vertraagde afstoting van huidtransplantaten.31 Verschillende studies hebben gerapporteerd dat tolerantie voor afstoting van een allotransplantaat ten minste gedeeltelijk wordt gemedieerd door IL-4, een typisch cytokine van Th2-cellen, door het bevorderen van IL-10 en IgG1-productie.32 Andere studies hebben tegenstrijdige resultaten opgeleverd, die erop wijzen dat de toediening van Th2-remmer de overleving van een cardiale allotransplant verlengt.33 IL-13, waarvan de effecten vergelijkbaar zijn met die van IL-4, is een ander cytokine dat geassocieerd wordt met de Th2-respons; IL-13 deelt een receptorketen (IL-4R α-keten) met IL-4, maar verschilt in de betrokken doelcellen, wat leidt tot een reeks verschillende biologische gebeurtenissen.32 Een toenemend aantal studies heeft aangetoond dat de cytokines van zowel Th1- als Th2-cellen, zoals IL-2, IFN-γ en IL-4, in staat zijn om B-cel clonale expansie en antilichaam synthese te ondersteunen.28, 34 CD26 deficiëntie resulteert in verminderde differentiatie en functie van Th1- en Th2-cellen in CD26-/- muizen. Lage niveaus van Th1 cytokines IFN-γ en IL-2 zouden kunnen resulteren in een afname van de proliferatie van CD8+ cellen (Fig. 3) en activering van macrofagen, waardoor de infiltratie van CD8+ cellen en macrofagen in transplantaten (Fig. 7) tijdens afstoting van transplantaten verminderd wordt. Anderzijds kunnen lage niveaus van IFN-γ, IL-2, en IL-4 in CD26-/- muizen na allogene transplantatie de activering en differentiatie van B-cellen belemmeren, waardoor de antilichaamproductie vermindert (Fig. 2).
Immuunafstoting is een complex proces dat zowel een cellulaire als een humorale immuunrespons inhoudt en wordt gekenmerkt door de productie van antilichamen door B lymfocyten. IgG, de belangrijkste component van serum-Igs en een veel voorkomend pathogeen antilichaam bij patiënten met transplantaat afstoting, speelt een onmisbare rol bij het beschadigen van transplantaten tijdens transplantaat afstoting.35 In ons huidige werk werd een lage productie van IgG en zijn subsets, IgG1 en IgG2a, gedetecteerd in het serum van CD26-/- muizen (Fig. 2). Dit resultaat komt overeen met onze eerdere bevindingen die aantoonden dat de antilichaamproductie duidelijk lager was in CD26-/- muizen dan in CD26+/+ muizen, hetzij na ovalbumine immunisatie of na pokeweed mitogene stimulatie.23, 36 Deze bevinding wijst erop dat de differentiatie van B-cellen verstoord was door CD26 deficiëntie. Bij T-cel-afhankelijke B-cel activatie zijn een interactie tussen B-cellen en Th-cellen en bepaalde cytokines van Th1 en Th2 nodig om B-cel clonale expansie en antilichaam synthese te ondersteunen. In CD26-/- muizen zouden een laag percentage Th-cellen (CD4+) (Fig. 3) en een lage productie van IL-2 en IL-4 (Fig. 4) kunnen leiden tot een verminderde activatie en differentiatie van B-cellen, waardoor de IgG-productie vermindert. IgG is een belangrijke component die allorecognitie tussen exogene antigenen en ontvangende CD8+ cellen medieert tijdens afstoting van het transplantaat.37 Lage IgG productie in CD26-/- muizen (Fig. 2) kan daarom resulteren in een vermindering van de aanval van het transplantaat door effectorcellen.
Intrigerend was dat het secretieniveau van IL-10 hoger was in CD26-/- muizen (Fig. 4G). Onze resultaten ondersteunend, CD26/DPPIV blokkade heeft aangetoond de long allograft transplantatie te verbeteren en de expressie van IL-10 te verhogen.38 IL-10 staat bekend als een anti-inflammatoire cytokine; IL-10 is gemeld om de expressie van Th1 en Th17 cytokines in het ontstekingsproces te downreguleren, met name tijdens Treg celsignalering.39 Verschillende celtypes produceren IL-10, waaronder Th2 en macrofagen, evenals regulatoire T cellen.40 In CD26-/- muizen, zouden de hoge niveaus van IL-10 secretie (Fig. 4g) het resultaat kunnen zijn van een hoog percentage Tregs (Fig. 6). Met name in reactie op allogene transplantatie, werden hoge niveaus van IL-6 gedetecteerd in het serum van CD26+/+ muizen vanaf de eerste dag en bereikten een piek op dag 7 na transplantatie; echter, slechts een kleine hoeveelheid IL-6 werd gedetecteerd in het serum van CD26-/- muizen tot dag 7 na transplantatie (Fig. 4d). Recente studies hebben aangetoond dat IL-6 een zeer belangrijke rol speelt bij het reguleren van het evenwicht tussen IL-17-producerende Th17-cellen en Tregs.41 Dus het lage niveau van IL-17 en het hoge percentage Tregs waargenomen bij CD26-/- muizen in deze studie (Fig. 5 en 6) zou gedeeltelijk te wijten kunnen zijn aan een verminderde IL-6 functie en een overmatige IL-10 activiteit.
Bovendien is gerapporteerd dat menselijke Th17 cellen worden gekenmerkt door een hoge expressie van CD26,18 dat een negatieve selectie marker is voor menselijke Tregs,19 wat suggereert dat CD26 betrokken is bij de differentiatie en functie van Th17 cellen maar niet gerelateerd is aan Tregs. Het is daarom niet verrassend dat een verstoorde balans van differentiatie van Th17 en Tregs werd waargenomen in CD26-/- muizen. Hoewel afstoting van transplantaten traditioneel geassocieerd wordt met Th1 differentiatie, toonden vele recente studies aan dat Th17 cellen en IL-17 nauw geassocieerd waren met afstoting van transplantaten.42 Th17 cellen zijn een meer recente toevoeging aan het T-cel paradigma, terwijl IL-17, een belangrijk Th17 cytokine, een pro-inflammatoire factor is.43 Steeds meer bewijs suggereert dat Th17 cellen een rol spelen in de ontwikkeling van chronische schade aan transplantaten bij de transplantatie van verschillende organen. Het kenmerk van Th17 cel-gemedieerde allotransplantaat afstoting is IL-17’s vermogen om neutrofielen te rekruteren, die één van de eerste inflammatoire effectorcellen zijn die in staat zijn om het allotransplantaat na transplantatie te infiltreren, waardoor allotransplantaat schade wordt veroorzaakt.42 Omgekeerd spelen Tregs een cruciale rol in de immuuntolerantie en negatieve controle van verschillende immuunreacties door de onderdrukking of downregulatie van andere effector T-cellen tijdens immuunafstoting.44 Er werd gerapporteerd dat de remming van CD26/DPPIV de secretie van TGF-β1 bevordert, wat essentieel is voor de differentiatie van Tregs.45 Voor de ontwikkeling en functie van CD4+CD25+ Treg cellen is de forkhead transcriptiefactor (Foxp3) vereist.46 IL-10 zou een belangrijke factor zijn in het in stand houden van FoxP3 expressie.47 Het hoge niveau van IL-10 dat werd waargenomen bij CD26-/- muizen (Fig. 4g) zou de expressie van FoxP3 ten goede kunnen zijn gekomen. De verminderde Th17 activiteit en het verhoogde percentage Tregs in MSLs en MPBLs van CD26-/- muizen na allogene transplantatie worden verondersteld de belangrijkste reden te zijn voor de verminderde necrose van het transplantaat en de vertraagde afstoting van het transplantaat bij CD26-/- muizen.
Zekere chemokinen dragen bij tot de infiltratie van macrofagen in transplantaatweefsels, zoals monocyte chemotactic proteins (MCP-1, -2, -3), macrophage colony-stimulating factor (M-CSF of CSF-1), en chemokine-ligand 5 (CCL5 of RANTES (regulated and normal T cell expressed and secreted)).48 Als substraten van DPPIV/CD26 kunnen MCP’s en RANTES door DPPIV worden afgekapt, gevolgd door de verandering van hun chemotactiek.3 Er werd ontdekt dat MCP met een amino-terminale Lys kan worden gekliefd door CD26/DPPIV en kan resulteren in de inactivering van de chemotaxis; MCP met een NH2-terminale pGlu bleef echter onaangetast.49 Het effect van CD26 op de verschillende isovormen van MCP die betrokken zijn bij de chemotaxis van macrofagen tijdens huidtransplantatie dient verder te worden onderzocht. De truncatie van CCL5/RANTES door DPPIV bleek de binding aan chemokine receptor 1 (CCR1) en CCR3 te verminderen, maar de binding aan CCR5 te verhogen, wat bijdraagt aan de rekrutering van macrofagen in niertransplantaten.48 De CD26 deficiëntie van CD26-/- muizen verminderde waarschijnlijk de activiteit van CCL5/RANTES binding aan CCR5 en resulteerde in de vermindering van macrofaag infiltratie in transplantaten.
CD26 is een multifunctioneel eiwit, dat ofwel enzymatische activiteit vertoont ofwel interacteert met verschillende moleculen. Recente studies hebben gerapporteerd dat CD26/DPPIV betrokken is bij cutane wondgenezing. Bij CD26-/- muizen werden hogere percentages wondsluiting, revascularisatie en celproliferatie waargenomen, en DPPIV inhibitor toonde een potentieel voordeel bij de wondgenezing.50 In het geval van huidtransplantatie is CD26 niet alleen betrokken bij immuunafstoting maar ook bij het wondgenezingsproces; CD26 speelt dus een Janus-achtige rol bij transplantatie en afstoting. In het huidige werk waren het necrotisch niveau in transplantaten en de niveaus van IgG en verwante cytokines in het serum van CD26-/- muizen duidelijk lager dan die van CD26+/+ muizen. Echter, vanaf dag 13 na de transplantatie werden de transplantaten verwijderd en genazen de wonden snel bij CD26-/- muizen. De vermindering van afstoting van allogene transplantaten in CD26-/- muizen, zoals waargenomen in ons huidige werk, kan gedeeltelijk worden tegengegaan door de verbetering van wondgenezing, waarbij CD26 betrokken is bij beide processen.
Concluderend, onze resultaten geven aan dat CD26 betrokken is bij afstoting van allogene transplantaten. CD26 deficiëntie resulteerde in een gedeeltelijk verminderde differentiatie van Th1, Th2, en Th17 subpopulaties, maar verhoogde het percentage Tregs. Op zijn beurt beïnvloedde de verminderde functie van Th1, Th2 en Th17 de differentiatie van B-cellen en verminderde de activiteit van CD8+ cellen en macrofagen, wat leidde tot een lagere productie van IgG’s en een vertraagde afstoting van allogene transplantaten in CD26-/- muizen.