Att hitta ett effektivt sätt att hämma immunavstötningar är en av de viktigaste strategierna för att stödja kliniska transplantationer. Nyligen visade studier rörande organtransplantation att tillämpningen av DPPIV-hämmare eller anti-CD26 mAb ökade engraftningen av donatorceller respektive minskade akut GVHD, och indikerade CD26 som ett nytt mål för terapeutisk intervention vid GVHD-sjukdom.11 För att klargöra CD26:s roll i allogen avstötning av transplantat användes CD26-knockoutmöss i en studie av allogen hudtransplantation. Vi fann att CD26-/- möss uppvisade en lägre nekrotisk grad av transplantat och fördröjd avstötning av allotransplantat (fig. 1).
CD26 är en aktiveringsmarkör för T- och B-lymfocyter och NK-celler. Som en kostimulerande molekyl medierar CD26 T-cellars signaltransduktionsprocesser genom sin interaktion med adenosindeaminas, CD45, caveolin-1 eller CARMA1.5 Blockering av CD26-medierad T-cellskostimulering inducerade anergi hos CD4+ T-celler.24 I detta arbete hittades en lägre andel CD3+-, liksom CD4+-celler, i MPBLs och MSLs hos CD26-/- möss både före och efter hudtransplantation (fig. 3). Dessutom upptäcktes infiltration av CD3+ och CD4+ celler i lägre grad i transplantatvävnaden hos CD26-/- möss än hos CD26+/+ möss efter hudtransplantation (fig. 7b, c). Detta fynd tyder på att CD26-brist leder till försämrad utveckling, mognad och funktion av CD4+-celler, vilket motsvarar våra tidigare fynd.23 Intressant nog var procentandelen CD8+-celler i MPBL hos CD26-/- möss samma som hos CD26+/+-möss före transplantationen; procentandelen var dock betydligt lägre hos CD26-/- än hos CD26+/+-möss efter hudtransplantationen (fig. 3). Infiltrationsantalet av CD8+-celler i hudtransplantaten var klart lägre hos CD26-/- än hos CD26+/+-möss efter hudtransplantation. Dessa resultat tyder på minskad proliferation, aktivering och funktion av CD8+-celler hos CD26-/- möss som svar på allogena antigener. CD8+ T-celler är en framträdande komponent i den allogena T-cellsrepertoaren som induceras efter allogen transplantation hos möss; deras cytotoxiska aktivitet är riktad mot donatorns MHC-klass I-peptider (major histocompatibility complex, MHC).25 Den minskade procentandelen CD8+-celler hos CD26-/- möss (fig. 3) efter allogen transplantation kan delvis bidra till den minskade nekrotiska graden av transplantat och den fördröjda avstötningen av allograft. Dessutom var procentandelen CD3+, CD4+ och CD4+NK1.1- celler i MSL lägre hos CD26-/- möss än hos CD26+/+ möss före transplantationen, men skillnaden minskade efter transplantationen. Det rapporterades att hämning av CD26 ökade homing av donatorceller och förbättrade allogen graftning.26 Den minskade procentuella skillnaden i CD3+ och CD4+ celler av MSLs mellan de två typerna av möss efter transplantation kan bero på ökad homing av dessa celler till mjälten hos CD26-/- möss.
Allotransplantationsavstötning drivs i första hand av värdens T-celler. Även om alla komponenter i det medfödda och adaptiva immunsystemet deltar i avstötning av transplantat, är T-lymfocyter och i synnerhet CD4+-celler av största vikt i denna process.27 När de väl har aktiverats styr CD4+ T-cellerna i första hand utvecklingen av reaktionen genom att utsöndra cytokiner som aktiverar, expanderar och/eller rekryterar andra effektorceller, t.ex. makrofager, CD8+ T-celler och B-celler.27, 28 Genom ytterligare analys av cytokinnivåer i båda typerna av möss hittades en markant minskad sekretion av IL-2, IFN-γ, IL-6, IL-17, IL-4 och IL-13 i serumet från CD26-/- möss efter allogen transplantation (fig. 4). Denna minskade sekretion kan ha orsakats av ett lägre antal CD4+-celler i CD26-/- möss före transplantationen; man bör dock beakta försämrad differentiering och funktion av CD4+-celler som svar på det allogena antigenet hos CD26-/- möss. Låga serumnivåer av IL-2, IFN-γ och IL-6 tyder på delvis defekt differentiering och funktion för Th1-celler, medan låga nivåer av IL-4 och IL-13 tyder på otillräcklig differentiering och funktion av Th2-celler hos CD26-/- möss.
Som nyckelcytokin uppvisar IFN-γ olika och potentiellt motstridiga effekter på avstötning av organallotransplantat.29 IL-2 är en annan Th1-associerad cytokin som också har komplexa effekter på avstötning av allotransplantat.30 Både IFN-γ och IL-2 är pleiotropa cytokiner och spelar en viktig roll i spridningen av T- och B-celler under inflammationsreaktionen. Cytokinerna fungerar först som molekyler som initierar T-cellernas tillväxt och överlever under immunsvaret och förstärker sedan Th1-svaret med positiv återkoppling.29, 30 Vid akut avstötning infiltrerar Th1-cellerna övervägande i transplantaten, där IL-2 och IFN-γ kan inducera aktivering av NK-celler och makrofager, som är starka vapen för att förstöra allotransplantaten.29, 30 Vidare inducerar IFN-γ uttrycket av MHC-molekyler av klass II och sekretionen av IgG2a och IgG3 från aktiverade B-celler. I en modell för akut avstötning uppvisade IFN-γ-/- möss fördröjd avstötning av hudtransplantat.31 Flera studier har rapporterat att tolerans mot avstötning av allotransplantat åtminstone delvis förmedlas av IL-4, ett typiskt cytokin för Th2-celler, genom att främja IL-10- och IgG1-produktion.32 Andra studier har gett motsägelsefulla resultat, som visar att administrering av Th2-hämmare förlänger överlevnaden av allotransplantat från hjärtat.33 IL-13, som uppvisar liknande effekter som IL-4, är en annan cytokin som förknippas med Th2-svaret; IL-13 delar en receptorkedja (IL-4R α-kedja) med IL-4 men skiljer sig åt när det gäller de involverade målcellerna, vilket resulterar i en rad olika biologiska händelser.32 Ett ökande antal studier har visat att cytokiner från både Th1- och Th2-celler, t.ex. IL-2, IFN-γ och IL-4, kan stödja B-cellsklonalexpansion och antikroppssyntes.28, 34 CD26-brist resulterar i försämrad differentiering och funktion av Th1- och Th2-celler hos CD26-/- möss. Låga nivåer av Th1-cytokinerna IFN-γ och IL-2 skulle kunna resultera i en minskad proliferation av CD8+-celler (fig. 3) och aktivering av makrofager, vilket minskar infiltrationen av CD8+-celler och makrofager i transplantat (fig. 7) under avstötning av allotransplantat. Å andra sidan kan låga nivåer av IFN-γ, IL-2 och IL-4 hos CD26-/- möss efter allogen transplantation försämra aktiveringen och differentieringen av B-celler, vilket minskar antikroppsproduktionen (fig. 2).
Immunavstötning är en komplex process som involverar ett cellulärt såväl som ett humoralt immunsvar och kännetecknas av produktion av antikroppar av B-lymfocyter. IgG, huvudkomponenten i serumets IgG och en vanlig patogen antikropp hos patienter med transplantationsavstötning, spelar en oumbärlig roll när det gäller att skada transplantat under transplantationsavstötning.35 I vårt nuvarande arbete upptäcktes en låg produktion av IgG och dess undergrupper, IgG1 och IgG2a, i serumet hos CD26-/- möss (fig. 2). Detta resultat motsvarar våra tidigare resultat som visar att antikroppsproduktionen var klart lägre hos CD26-/- möss än hos CD26+/+ möss antingen efter ovalbuminimmunisering eller efter stimulering av pokeweed mitogen.23, 36 Detta resultat tyder på att differentieringen av B-cellerna försämrades av CD26-brist. Vid T-cellsberoende B-cellsaktivering krävs en interaktion mellan B-celler och Th-celler och vissa cytokiner från Th1 och Th2 för att stödja B-cells klonala expansion och antikroppssyntes. Hos CD26-/- möss kan en låg andel Th-celler (CD4+) (fig. 3) och låg produktion av IL-2 och IL-4 (fig. 4) leda till försämrad aktivering och differentiering av B-celler och därmed minskad IgG-produktion. IgG är en viktig komponent som medierar allorekognition mellan exogena antigener och mottagarens CD8+-celler under avstötning av transplantat.37 Låg IgG-produktion hos CD26-/- möss (fig. 2) kan därför resultera i en minskning av transplantatets angrepp av effektorceller.
Interessant nog var sekretionsnivån av IL-10 högre hos CD26-/- möss (fig. 4G). Som stöd för våra resultat har CD26/DPPIV-blockad visats förbättra lungallotransplantationen och öka uttrycket av IL-10.38 IL-10 är känt som en antiinflammatorisk cytokin; IL-10 har rapporterats nedreglera uttrycket av Th1- och Th17-cytokiner i inflammationsprocessen, särskilt under Treg-cellsignalering.39 Olika celltyper producerar IL-10, inklusive Th2- och makrofager samt regulatoriska T-celler.40 I CD26-/-möss kan de höga nivåerna av IL-10-sekretion (fig. 4g) ha varit ett resultat av en hög andel Tregs (fig. 6). Noterbart är att som svar på allogen transplantation upptäcktes höga nivåer av IL-6 i serumet hos CD26+/+-möss från den första dagen och nådde sin topp dag 7 efter transplantationen; däremot upptäcktes endast en liten mängd IL-6 i serumet hos CD26-/–möss fram till dag 7 efter transplantationen (fig. 4d). Nya studier har visat att IL-6 spelar en mycket viktig roll för att reglera balansen mellan IL-17-producerande Th17-celler och Tregs41 . Den låga nivån av IL-17 och den höga andelen Tregs som observerades hos CD26-/- möss i den här studien (fig. 5 och 6) kan således delvis ha berott på minskad IL-6-funktion och överdriven IL-10-aktivitet.
Det har dessutom rapporterats att humana Th17-celler kännetecknas av ett högt uttryck av CD26,18 som är en negativ selektionsmarkör för humana Tregs,19 vilket tyder på att CD26 är involverad i differentiering och funktion av Th17-celler men inte har något samband med Tregs. Det är därför inte förvånande att en försämrad balans i differentieringen av Th17- och Treg-celler observerades hos CD26-/- möss. Även om avstötning av allotransplantat traditionellt förknippas med Th1-differentiering visade många nyligen genomförda studier att Th17-celler och IL-17 var nära förknippade med avstötning av allotransplantat.42 Th17-celler är ett nyare tillskott till T-cellsparadigmet, medan IL-17, en viktig Th17-cytokin, är en proinflammatorisk faktor.43 Alltmera tyder på att Th17-cellerna spelar en roll i utvecklingen av kroniska allotransplantationsskador vid transplantation av olika organ. Kännetecknet för Th17-cellmedierad avstötning av allotransplantat är IL-17:s förmåga att rekrytera neutrofiler, som är en av de första inflammatoriska effektorcellerna som kan infiltrera allotransplantatet efter transplantationen och därigenom orsaka skador på allotransplantatet.42 Omvänt spelar Tregs en avgörande roll i immuntoleransen och den negativa kontrollen av olika immunreaktioner genom att de undertrycker eller nedreglerar andra effektor-T-celler under avstötning av immunsystemet.44 Det rapporterades att hämning av CD26/DPPIV främjar utsöndring av TGF-β1 som är viktigt för differentiering av Tregs.45 För utveckling och funktion av CD4+CD25+ Treg-celler krävs forkhead transkriptionsfaktor (Foxp3).46 IL-10 rapporteras vara en viktig faktor för att bibehålla FoxP3-uttrycket.47 Den höga IL-10-nivån som observerades hos CD26-/- möss (fig. 4g) kan ha gynnat uttrycket av FoxP3. Den minskade Th17-aktiviteten och den ökade andelen Tregs i MSLs och MPBLs hos CD26-/- möss efter allogen transplantation antas vara den viktigaste orsaken till den minskade nekrosen av transplantatet och den fördröjda avstötningen av allografin hos CD26-/- möss.
Vissa kemokiner bidrar till infiltrationen av makrofager i transplantatvävnad, t.ex. monocytkemotaktiska proteiner (MCP-1, -2, -3), makrofagkolonistimulerande faktor (M-CSF eller CSF-1) och kemokinligand 5 (CCL5 eller RANTES (regulated and normal T cell expressed and secreted)).48 Som substrat för DPPIV/CD26 kan MCP och RANTES trunkeras av DPPIV, vilket leder till att deras kemotaktiska egenskaper förändras.3 Man fann att MCP med en aminoterminal Lys kan klyvas av CD26/DPPIV och kan resultera i inaktivering av dess kemotaxis; MCP med en NH2-terminal pGlu förblev dock opåverkad.49 Effekten av CD26 på de olika isoformerna av MCP som är involverade i makrofagkemotaxis under hudtransplantation bör undersökas ytterligare. Trunkering av CCL5/RANTES med DPPIV rapporterades minska dess bindning till kemokinreceptor 1 (CCR1) och CCR3 men öka dess bindning till CCR5, vilket bidrog till rekrytering av makrofager i njurtransplantat.48 CD26-bristen hos CD26-/-möss minskade sannolikt aktiviteten hos CCL5/RANTES bindning till CCR5 och resulterade i minskad infiltration av makrofager i transplantat.
CD26 är ett multifunktionellt protein som antingen uppvisar enzymatisk aktivitet eller interagerar med olika molekyler. Nya studier har rapporterat att CD26/DPPIV är involverad i kutan sårläkning. Högre grad av sårförslutning, revaskularisering och cellproliferation observerades hos CD26-/- möss, och DPPIV-hämmare visade en potentiell fördel vid sårläkning.50 När det gäller hudtransplantationer är CD26 involverad inte bara i immunavstötning utan även i sårläkningsprocessen; CD26 spelar således en Janus-liknande roll vid engraftning och avstötning. I detta arbete var nekrotiseringsnivån i transplantaten och nivåerna av IgG och relaterade cytokiner i serum hos CD26-/- möss betydligt lägre än hos CD26+/+ möss. Från dag 13 efter transplantationen avlägsnades dock transplantaten och såren läkte snabbt hos CD26-/- möss. Den minskade avstötningen av allotransplantat hos CD26-/- möss, som observerades i vårt nuvarande arbete, kan delvis motverkas av förbättrad sårläkning, där CD26 är involverad i båda processerna.
Sammanfattningsvis tyder våra resultat på att CD26 är involverad i avstötning av allogena transplantat. CD26-brist resulterade i delvis försämrad differentiering av Th1-, Th2- och Th17-subpopulationer men ökade andelen Tregs. I sin tur påverkade minskade funktioner hos Th1, Th2 och Th17 differentieringen av B-celler och minskade aktiviteten hos CD8+-celler och makrofager, vilket ledde till lägre produktion av IgG och fördröjd avstötning av allotransplantat hos CD26-/-möss.