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Immunity | IL-2疗法发现人Treg细胞具有不同的功能和组织归巢特征

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▉摘要/Abstract:

高剂量的IL-2能够刺激效应T细胞和NK细胞,已广泛应用于癌症免疫治疗。相比之下,低剂量的IL-2由于Treg细胞表达高亲和力的IL-2受体(IL-2R),其中包括IL-2Rα(CD25),因此能够优先扩展Treg细胞。在低剂量IL-2治疗自身免疫性疾病方面,已有大量基础研究和临床试验探索了其效果。北京大学人民医院的栗占国教授曾专门发表文章,证明低剂量IL-2在治疗系统性红斑狼疮(SLE)中的疗效。今天分享的这篇文章来自苏黎世大学Onur Boyman教授团队,他们进一步研究了低剂量IL-2在SLE治疗中的效果。

  1. 低剂量IL-2治疗SLE,促进Treg皮肤归巢。

在Charact-IL-2临床试验中,对12名SLE患者进行低剂量IL-2治疗。患者在9周内接受4个周期的每日5次注射,每次1.5百万国际单位的阿德司伦(图1A)。


IL-2治疗显著扩展了CD3+ CD4+ CD127lo FOXP3+ CD25+ Treg细胞,达到了主要终点,即第0天(基线)和第68天(终点)之间的Treg细胞显著扩展(图1B)。IL-2治疗减少了疾病活动性,改善了SLE相关血清标志物,包括增加C3c(不包括C4)和降低抗dsDNA抗体水平(图1C、1D),并减少了每日泼尼松剂量(图1E)。不良事件通常较轻且暂时,最常见的是注射部位反应、类流感症状和关节痛。


在组织层面,IL-2治疗显著增加了皮肤中的Treg细胞,而对其他免疫细胞亚群影响较小(图1H).浸润的Treg细胞中增殖标记物Ki-67的表达未显著变化,表明Treg细胞主要通过循环迁移到皮肤,而非局部增殖(图1J)。IL-2治疗后,Treg细胞与内皮细胞的相互作用增加,表明它们通过血管浸润到皮肤(图1K、1L)。相比其他细胞类型,皮肤淋巴细胞相关抗原(CLA)+ Treg细胞在血液中选择性扩展,并表现出更高的功能激活(图1N-P)。


总之,这些结果显示了SLE患者对低剂量IL-2治疗的良好反应,并且IL-2促进了具有皮肤归巢特性的Treg细胞的扩展与皮肤浸润。

2.IL-2优先扩增特定的Treg细胞群

在详细分析主要免疫细胞亚群后,采用无监督聚类方法对Treg细胞群进行了进一步探索。通过FlowSOM聚类识别了所有主要免疫细胞亚群,Treg细胞识别出12个具有不同表型的簇(图3A、3B)。轨迹显示从左侧的CD45RA+ Treg表型逐渐过渡到右侧更活化的CD45RA− Treg表型。IL-2治疗前,SLE患者的Treg细胞成熟度和活化程度低于健康对照,这一缺陷在治疗后得到了纠正,Treg细胞向活化簇转移(图3C)。


分析簇时发现,RTE Treg细胞(簇6)在SLE患者中数量较少,治疗过程中逐步恢复(图3D)。验证簇6的RTE Treg细胞在IL-2治疗下的恢复,结果显示SLE患者的CD45RA+ CD31+ RTE Treg细胞减少,IL-2治疗后显著增殖,频率增加2-3倍(图3E),而CD4+ RTE Tconv细胞无变化(图3F)。


鉴于簇7、9和12的Treg细胞对IL-2最敏感,基于表面标记物CD38和HLA-DR进一步细分CD45RA− Treg细胞为四个亚群:CD38− HLA-DR−双阴性(DN)Treg、CD38+ Treg、HLA-DR+ Treg和CD38+ HLA-DR+双阳性(DP)Treg细胞(图3G)。基线时这些亚群占CD45RA− Treg细胞的约25%,IL-2治疗后扩展至约55%,其中CD38+ Treg扩展1.5倍,HLA-DR+ Treg扩展1.9倍,DP Treg扩展3.8倍。


这些结果表明IL-2治疗对不同Treg细胞簇具有差异化作用,尤其是表达CD38和/或HLA-DR的Treg细胞对IL-2最敏感,同时还纠正了SLE患者中RTE Treg细胞输出不足的问题。


单细胞转录组学和表观基因组学分析进一步揭示了Treg细胞亚群的功能表型和转录调控因子。对3名SLE患者在IL-2治疗前后(第0天和第5天)的外周血单个核细胞(PBMCs)进行了单细胞RNA测序,加权最近邻聚类揭示了与CD45RA+ Treg、DN Treg、CD38+ Treg、HLA-DR+ Treg和DP Treg细胞相匹配的亚群(图4A、4B)。RNA表达分析显示,CD38+ Treg、HLA-DR+ Treg和DP Treg细胞之间大多数基因共享表达,但部分基因为特定亚群独有(图4C)。三大亚群的蛋白和RNA表达差异分析揭示了它们独特的激活程序,包括与迁移、激活和抑制相关的蛋白和基因(图4D、4E)。


对比CD38+ Treg、HLA-DR+ Treg和DP Treg细胞亚群的激活状态,发现DP Treg细胞在激活标志物如CD25、FOXP3、ICOS等的表达上最高,并具有最强的增殖能力(图4F、4G)。通过ATAC测序分析Treg亚群的基因可及性,结果显示不同亚群间存在显著差异。主成分分析和差异可及区间配对分析表明,HLA-DR+和DP Treg细胞在转录因子结合位点上的相似度最高。DP Treg细胞表现出强烈的BATF转录因子可及性,这在非淋巴Treg细胞中至关重要。


综上所述,这些结果支持IL-2驱动的Treg细胞亚群的存在,并揭示了这些亚群在转录和表观基因组层面的差异调控,其中DP Treg细胞是高度活化和抑制性的亚群,具有显著的BATF转录因子可及性。


3.细胞因子驱动具有不同组织归属特性的 Treg 细胞亚群

在研究中,团队通过流式细胞术纯化了DN Treg、CD38+ Treg、HLA-DR+ Treg和DP Treg细胞,并对这些细胞在IL-2、TCR激活或IL-2加TCR联合刺激下的表现进行了分析。结果显示,CD38+ Treg、HLA-DR+ Treg和DP Treg亚群在不同刺激条件下保持了各自的表型,而DN Treg细胞在IL-2刺激下表达HLA-DR,在IL-2和TCR联合刺激下表达CD38。这些发现表明,CD38和HLA-DR标识了稳定的Treg细胞亚群。

进一步的体外实验表明,DN Treg细胞在特定信号条件下可分化为HLA-DR+、CD38+或DP Treg亚群,且这些亚群具备稳定的归巢特性:HLA-DR+ Treg趋向皮肤,CD38+ Treg趋向肠道,DP Treg则趋向急性炎症部位。

体内单细胞TCR测序结果揭示了DN Treg与其他Treg亚群之间的发育联系,特别是在IL-2治疗后,DN Treg与HLA-DR+、DP以及CD38+ Treg亚群的克隆交集显著增加。这表明DN Treg细胞是多个Treg亚群的前体,在IL-2的作用下分化为功能性亚群。

此外,研究还发现IL-2治疗通过间接机制调节了B细胞群体,导致致病性DN2 B细胞减少,而调节性Breg细胞增加。单细胞RNA测序分析显示,Treg细胞通过galectin-9和BTLA途径增强了对B细胞的抑制作用。这些结果表明,IL-2治疗不仅影响Treg细胞亚群的分化和功能,还通过间接机制调节B细胞,潜在地减轻了SLE患者的免疫反应。

4.IL-2缺失的生物标志物与IL-2免疫疗法的临床反应相关

尽管Charact-IL-2试验样本量较小,研究仍识别出与临床反应相关的生物标志物。在434个基线参数中,只有12个与SLEDAI变化显著相关,5个与BILAG评分变化相关(数据S4)。基线时RTE Treg细胞频率低、CD8+中枢记忆T细胞(Tcm)上CD122表达低、PD1hi Treg细胞频率高等IL-2缺乏指标,与SLEDAI改善相关。此外,耗竭性PD1hi CXCR5− Tconv细胞频率低也与SLEDAI改善相关(图7A)。

由于SLEDAI与BILAG变化相关性较低,分析显示DP Treg细胞和增殖性CLA+ Treg细胞频率低以及高血清IFNα水平与BILAG改善相关,并具有预测价值(图7B)。

IL-2治疗期间,免疫细胞增殖越强,SLEDAI评分改善越显著;相反,CXCL5水平下降与SLEDAI改善相关,可能与生发中心B细胞活化减少有关(图7C)。Treg17细胞增殖增加也与BILAG改善呈正相关(图7D)。

总结来看,RTE Treg、PD1hi Treg、PD1hi CXCR5− Tconv、DP Treg细胞的丰度,CD122表达,CLA+ Treg增殖率和IFNα水平可能是IL-2免疫治疗反应的生物标志物。

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小编:阿羽

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