CD4 + CD25 + -regulatoriske T-celler og deres betydning for sygdomme hos mennesker

Regulatoriske T-celler sikrer afbalancerede immunreaktioner over for såvel kroppens egne celler og bakterieflora som over for fremmede antigener, og de hæmmer derved udvikling af autoimmune sygdomme. Regulatoriske mekanismer kan undertrykke værtens immunrespons og samtidig facilitere progressionen af malign sygdom og etablering af latent infektion. Regulatoriske T-celler dannes i thymus, men T-celler med regulatorisk funktion kan også opstå i perifere væv, og den regulatoriske funktion kan videregives til andre T-celler. Dette betegnes som infectious tolerance . Autoimmune sygdomme skyldes et ubalanceret immunrespons, hvor en absolut eller relativ defekt i de regulatoriske mekanismer formentlig spiller en afgørende rolle for udvikling af sygdommene, bl.a. reumatoid artritis, type 1-diabetes mellitus, multipel sklerose og kronisk inflammatorisk tarmsygdom. Dyrestudier tegner et lovende billede af brugen af regulatoriske T-celler i behandlingen af patienter med disse sygdomme, enten ved ex vivo-opformering af cellerne eller ved hjælp af behandlinger, som lokalt i målorganet inducerer regulatorisk funktion.

T-celler med cluster of differentiation (CD)4-overflademarkør rummer immunsystemets hukommelse og kontrollerer den inflammatoriske reaktion gennem celle til celle-kontakt og produktion af cytokiner. Organismens tolerans over for egne celler (self ) og naturlige antigener sikres af en regulatorisk funktion, som udøves gennem fjernelse af autoreaktive T-celler i thymus og ved cellulært medieret hæmning af uhensigtsmæssig inflammation. T-celler, der er i stand til at hæmme andre cellers immunrespons, har under skiftende betegnelser tiltrukket sig opmærksomhed de seneste 40 år, idet de er blevet betragtet som en nøgle til forståelsen af helt eller delvis immunmedierede sygdomme og som et muligt mål for immunmodulerende behandling. Den tidligere betegnelse suppressor T-celler er nu afløst af betegnelsen regulatoriske T-celler i takt med en mere dynamisk opfattelse af immunsystemet. Begreberne suppressiv og regulatorisk anvendes i det følgende synonymt.

Regulatoriske T-celler har tiltrukket sig fornyet interesse siden Sakaguchi et al i 1995 viste, at mus, der bliver tymektomeret tre dage efter fødslen, er kendetegnet ved fravær af CD4+ CD25+ T-celler og hastig udvikling af organspecifikke autoimmune sygdomme som gastritis, orkitis og tyroiditis [1]. Man kunne forhindre udviklingen af autoimmunitet ved samtidig indgift af CD4+ CD25+ -T-celler (Treg), og det er siden blevet bekræftet i dyreeksperimentelle studier, at denne subpopulation af T-celler spiller en central rolle for opretholdelsen af den immunologiske balance og tolerans over for organismens egne væv.

I denne oversigtsartikel fokuseres der på den aktuelle viden, som man ud fra in vitro- og in vivo-studier har om Treg's betydning for humane autoimmune sygdomme, og deres betydning ved maligne og infektiøse sygdomme omtales kort. Der er søgt engelsksprogede studier med mennesker i MEDLINE (PubMed) ved anvendelse af søgeordene regulatory T lymphocytes, CD4+CD25+ T cells, og Treg, MESH-termerne for de beskrevne sygdomme samt løbende indsamlet publikationer fra immunologiske tidsskrifter med efterfølgende søgning i de angivne referencelister. Søgningen er afsluttet december 2004.

Afgrænsning af Treg
CD4+ -regulatoriske T-celler - tre sider af samme sag

Begrebet regulatoriske T-celler dækker over både CD4+ -T-celler, natural killer T-celler (NKT celler) og CD8+ - T-celler. I denne oversigt beskrives CD4+ -regulatoriske T-celler, der klassisk inddeles i tre populationer: IL-10-producerende Tr1-regulatoriske T-celler [2], transforming growth factor (TGF)-β -producerende TH3-celler [3] samt de nylig identificerede Treg [4] (Tabel 1). Treg menes at repræsentere en oprindelig - naturlig - thymusderiveret cellelinje med cellekontaktmedierede, suppressive egenskaber, som ikke er afhængige af for-udgående antigenpræsentation, mens Tr1-celler udgår fra inducerbare T-celler ved stimulation med især umodne dendritiske celler [5], og Th3-celler opstår efter præsentation af oralt indtagne antigener [3] (Figur 1).

Treg formår at overføre de suppressive egenskaber til andre T-celler, hvorved regulatoriske egenskaber spredes som ringe i vandet [6]. Dette fænomen, infectious tolerance , kan være forklaringen på, at et lille antal Treg er i stand til at udøve kontrol. Sådanne celler med overførte suppressive egenskaber repræsenterer muligvis de inducerbare Tr1- og Th3-celler. Hermed kommer Treg til at fremstå som en thymusderiveret cellelinje bestående af »professionelle« regulatoriske T-celler, der giver ophav til suppressor T-celler i vævene.

Mekanismen for den cellekontaktafhængige suppression involverer flere overfladeproteiner; cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4 (CTLA-4) [7], glucocorticoid induced tumor necrosis factor receptor (GITR) [8] samt (lymphocyte activation gene (LAG)-3 [9]. En af de umiddelbare effekter af Treg er hæmning af andre cellers endogene IL-2-produktion [10], men undertiden medierer Treg egentligt celledrab [11].

CD25 - en uspecifik overflademarkør for regulatorisk funktion

CD25 er Interleukin (IL)-2 receptorens α -kæde (IL-2Rα ), og indtil 1995 blev CD25-ekspression alene betragtet som markør for T-cellens aktiveringsgrad. Hos mennesker kan T-celler med denne fænotype imidlertid også have regulatorisk funktion, og de findes i både thymus og perifert blod [12], hvor CD4+ CD25+ -T-celler udgør 5-10% af CD4+ -T-cellerne. CD4+ CD25+ -T-celler omfatter såvel Treg som vilkårlige aktiverede T-celler, og deskri ptivt volder betegnelsen CD25+ -T-celler således vanskeligheder. Hertil kommer, at ekspressionen af CD25 er et kontinuum af forskellige grader af positivitet og ikke en absolut størrelse. Dette skyldes til dels, at Treg omfatter en heterogen population af T-celler med forskelligt suppressivt potentiale [13]. Ideelt vil anvendelse af klonale Treg-cellelinjer mindske denne variation, men dette har i praksis vist sig vanskeligt gennemførligt [13]. Flere har forsøgt at imødegå problemet ved kun at arbejde med Treg, der udtrykker mest CD25, såkaldte CD4+ CD25-high-Treg. Det må imidlertid fastholdes, at Treg defineres ved deres regulatoriske funktion, som måles ved evnen til at hæmme væksten/proliferationen af proinflammatoriske T-celler in vivo (dyreeksperimentelt) eller in vitro.

FOXP3 - T-celle-regulatorgenet

Transkriptionsproduktet af genet forkhead-box (FOX)P3 er essentielt for Tregs udvikling og funktion [14]. Ved kunstig induktion af FOXP3-ekspression udvikler T-celler regulatoriske egenskaber [15]. Det sjældne X-bundne sydrom IPEX (immunodysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked ) karakteriseres ved defekt funktion af FOXP3-genet og kan betragtes som »naturens eget eksperiment«. IPEX-patienter har en dysfunktion af de regulatoriske T-celler og får tidligt insulinafhængig diabetes mellitus, thyroidealidelser, hudeksem, alvorlige infektioner og diare, hvor sidstnævnte ofte mistolkes som kronisk inflammatorisk tarmsygdom.

Treg - livslang centralisme?

Det diskuteres, hvorvidt Treg nødvendigvis er thymusderiverede [16], idet flere studier tyder på, at Treg kan opstå de novo i periferien ud fra oprindeligt CD25--T-celler (17). For en perifer nydannelse af Treg taler, at den atrofierede thymus næppe formår at levere Treg gennem et helt menneskeliv [16]. Diskussionen kan forekomme akademisk, men har betydning ved en terapeutisk anvendelse af Treg, hvor funktionelle Treg nødvendigvis må frembringes ved laboratoriemæssig manipulation af T-celle-kandidater løsrevet fra selektion i thymus. Et interessant bidrag til denne debat er hypotesen om, at kronisk inflammatorisk tarmsygdom fra periferien hæmmer evnen til at producere Treg i thymus [18] - den inflammatoriske proces påvirker thymus negativt og medfører en absolut mangel på Treg, mens inflammationen pågår. Følgelig formodes en af effekterne af immunmodulerende behandling at være en reetablering af thymusfunktionen [18].

Betydning for humane sygdomme
Reumatoid artritis

Ved reumatoid artritis har man påvist en reduceret evne hos Treg til at nedregulere produktionen af de proinflammatoriske cytokiner interferon (IFN)-γ og tumornekrosefaktor (TNF)-α og en nedsat evne til at overføre regulatoriske egenskaber til andre T-celler. Denne immuninkompetence blev normaliseret efter behandling med infliximab [19]. Disse fund modsiges af resultaterne fra studier, hvor man har påvist intakte Treg i perifert blod [20] og normale eller tilmed hyperaktive Treg i ledvæsken hos patienter med reumatoid artritis [21]. De modstridende resultater kan muligvis tilskrives utilstrækkelig adskillelse af Treg og CD4+ CD25+ -T-celler (aktiverede T-celler) uden regulatorisk funktion [22].

Diabetes mellitus

T-celle-medieret destruktion af de langerhanske øer spiller en central rolle for udviklingen af type 1-diabetes mellitus, og i et humant in vitro-studie beskrives en opblomstring af autoreaktive T-celler rettet mod antigenet glutamat decarboxylase (GAD65) efter depletering af Treg [23]. Dette indikerer, at en regulatorisk funktion løbende er påkrævet for at undertrykke autoreaktive T-celler og derved undgå udvikling af diabetes mellitus. Dette understøttes af et nedsat antal Treg i perifert blod hos patienter med debuterende diabetes mellitus [24], og samlet tegnes et billede af diabetes mellitus som en potentielt manipulerbar sygdom og et oplagt mål for immunterapi med Treg.

Multipel sklerose

Multipel sklerose (MS) opfattes som en inflammatorisk sygdom udløst af T-celler, der bl.a. reagerer mod myelin basic protein (MBP), som indgår i myelinskeden. Viglietta et al har påvist en 40% nedsat Treg-funktion hos 15 MS-patienter med ubehandlet aktiv sygdom [25]. Fundene er imidlertid gjort under særlige dyrkningsomstændigheder, og det er vanskeligt at vurdere, om den rapporterede reduktion af suppressiv effekt er udtryk for en reel regulatorisk T-celle-defekt in vivo over for det sygdomsfremkaldende autoantigen MBP. Samtidig har Putheti et al i et rent deskriptivt studie af overflademarkører ikke kunnet påvise en ændret forekomst af CD4+ CD25+ -T-celler i perifert blod hos MS-patienter [26].

Myasthenia gravis

Myasthenia gravis (MG) er kendetegnet ved udviklingen af autoantistoffer mod acetylcholinreceptoren på tværstribet muskulatur. Samtidig medfører fjernelse af thymus, dannelsesstedet for Treg, ofte klinisk bedring hos MG-patienter. I tre studier er der fundet en normal forekomst af CD4+ CD25+ -T-celler i perifert blod vurderet på hele gruppen af MG-patienter, dog muligvis lavere hos symptomatiske MG-patienter og forøget i stabil fase og efter tymektomi [27]. Afgørende nyt er dog, at den suppressive funktion af thymusderiverede CD4+ CD25+ -T-celler fra MG-patienter findes kompromitteret, om end studiet synes at være belastet af en tilblanding af konventionelle aktiverede CD25+ -T-celler, og det tilsyneladende paradoks, at tymektomi er virksomt over for MG, kan ikke forklares [28].

Kronisk inflammatorisk tarmsygdom

Crohns sygdom menes udløst af nedsat tolerans over for den naturlige tarmflora. Studier på mus, hvor tilførsel af Treg helbreder colitis [29], taler for eksistensen af defekte regulatoriske mekanismer. Omvendt har man i nye studier med mennesker påvist fungerende Treg i tarmslimhinden fra 25 patienter med aktiv Crohns sygdom eller colitis ulcerosa [30], og i perifert blod er der fundet normal forekomst af Treg [25]. Hvorvidt der lokalt i vævet er et relativt underskud af Treg, eller en defekt interaktion imellem Treg og proinflammatoriske T-celler, er uafklaret.

Atopiske sygdomme

Ved asthma bronchiale, høfeber og atopisk dermatitis er den immunologiske balance forskudt, hvilket kunne være udløst af defekte regulatoriske mekanismer over for allergener. Hypotesen støttes af studier, hvor Treg fra atopikere, især ved aktiv sygdom, er mindre effektive til at nedregulere et allergenudløst T-celle-respons [31] og har en mere heterogen funktionalitet end hos raske [32]. Hos atopikere bedres denne funktionelle defekt in vitro under stimulation med kortikosteroid, men Treg-funktionen optimeres i mindre grad end hos raske [33].

Maligne sygdomme

Der er påvist en øget forekomst af Treg på tumorvævsniveau ved malignt melanom [34], ikkesmåcellet lungecancer [35], ovariecancer [36], coloncancer [37], mammacancer og pancreascancer. Disse studier tegner et billede af Treg som faciliterende over for tumorvækst, idet Treg hæmmer funktionen af de tumorinfiltrerende immunceller, som netop udgør kroppens eget modtræk over for ondartede celler. Ved ovariecancer synes tumorcellerne oven i købet i stand til at rekruttere Treg ved hjælp af kemokiner og derved un dvige immunforsvaret [36]. Antallet af Treg i tumor er en stærk prædiktor for det kliniske forløb [36], og der synes at være evidens for at anskue forløbet af maligne sygdomme i lyset af patientens eget bidrag af Treg. Da Treg udspiller deres rolle lokalt i tumorvævet, er det ikke rationelt at fjerne systemiske Treg fra blodbanen som led i cancerbehandling. Derimod kunne en målrettet elimination af Treg i tumorvæv eller blokering af Treg rekruttering ind i tumor være en plausibel strategi.

Infektionssygdomme

Der foreligger kun få studier med mennesker. Treg begrænser, sandsynligvis gennem lokal IL-10-produktion, organskade ved det inflammatoriske respons og nedsætter derved risikoen for udvikling af autoimmunitet, f.eks. ved hepatitis [38]. Omvendt svækker Treg bekæmpelsen af patogene mikrober og øger derved risikoen for kronisk infektion [39] eller for aktivering af latent infektion, f.eks. tuberkulose. Visse regulatoriske T-celle-populationer medvirker således ved uhensigtsmæssig høj aktivitet til opretholdelse af kronisk infektion.

Regulatorisk T-celle-terapi

T-celle-terapi mod sygdomme hos mennesker har traditionelt være rettet mod fjernelse af sygdomsfremkaldende T-celler. Tilførsel af autologe T-celler med formodet gavnlig virkning er et nyt og uafprøvet princip, som primært støttes af dyreeksperimentelle studier. Disse har godtgjort Tregs immundæmpende egenskaber over for autoimmune tilstande; modsat kan de permissive egenskaber over for maligne sygdomme og kroniske infektioner gøre Treg-behandling til et tveægget sværd. Succeskriteriet er en genoprettelse af den immunologiske balance.

Det er uafklaret, om tilførte Treg overhovedet har et kurativt potentiale ved inflammatoriske tilstande: Er de i stand til at frembringe remission i en igangværende inflammatorisk proces? Svaret beror sandsynligvis på, om den enkelte sygdom er korreleret med en absolut Treg-defekt. Ydermere vil tilførsel af Treg højst kunne bremse en igangværende reaktion, men næppe kunne afhjælpe de allerede indtrufne vævsskader f.eks. i form af diabetes mellitus. Det tidsmæssige aspekt for indsættelse af Treg-behandling synes derfor afgørende for at ændre sygdommens naturhistorie.

Terapeutisk anvendelse af Treg forudsætter en sikker, reproducerbar og omkostningseffektiv in vitro-mangfoldiggørelse af naturligt forekommende autologe Treg. Treg er kendetegnet ved at være anergiske, dvs. have nedsat tilbøjelighed til at proliferere på vanlige T-celle-stimuli. Denne anergi kan dog brydes in vitro, og celledeling kan fremprovokeres i komplekse stimulationsscenarier.

Ønsket er at kunne indgive Treg med sygdomsspecifikke eller organspecifikke egenskaber, hvorfor karakterisering af Treg ofte er kædet sammen med studier af migrationsmønsteret (homing -egenskaber) in vivo. Grundtanken er, at den regulatoriske effekt selektivt skal udfolde sig lokalt i det sygdomsramte organ, såkaldt local delivery , eller specifikt over for et sygdomsfremkaldende antigen, f.eks. myelin basic protein.

En alternativ tilgang er at forsøge at modulere det lokale T-celle-respons med induktion af regulatoriske T-celler in situ, hvilket kunne være en mulig og vigtig virkningsmekanisme ved probiotika [40].

Sammenfatning

Regulatoriske T-celler undertrykker autoimmune reaktioner, og hypotesen om Tregs afgørende rolle for opretholdelsen af den immunologiske balance støttes af den sjældne genetisk betingede sygdom IPEX og flere dyrestudier. Det er muligt, at der ved autoimmune sygdomme forekommer et relativt underskud af Treg eller en funktionel defekt, men der tegner sig endnu ikke noget klart billede af Tregs præcise betydning for disse sygdomme. Samtidig er visse cancersygdomme og kroniske infektioner forbundet med en overrepræsentation af Treg, hvilket maner til eftertanke ved udvikling af egentlige behandlingsstrategier med Treg. Selv om Treg tillægges en stadig mere fremtrædende rolle ved autoimmunitet, kan der aktuelt ikke gives noget klart svar på det terapeutiske potentiale for in vivo-inducerede eller in vitro-opformerede og indgivne Treg. Indgift af in vitro-opformerede, autologe Treg er teknisk mulig, men selektiv effekt i det relevante målorgan kræver formentlig særlige homing -egenskaber. Fremtidig forskning vil især søge at identificere mere sygdomsspecifikke markører for de regulatoriske T-celler samt nærmere at karakterisere Tregs homing -egenskaber og antigenspecificitet.

Jens Kelsen , V-Forskning, bygning 1C, 1. sal, Århus Sygehus, Nørrebrogade 44, DK-8000 Århus C. E-mail: jekel@as.aaa.dk

Antaget: 19. marts 2005

Interessekonflikter: Ingen angivet

1. Sakaguchi S, Sakaguchi N, Asano M et al. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chains (CD25). J Immunol 1995;155:1151-64.
2. Roncarolo MG, Bacchetta R, Bordignon C et al. Type 1 T regulatory cells. Immunol Rev 2001;182:68-79.
3. Weiner HL. Oral tolerance: immune mechanisms and the generation of Th3-type TGF-beta-secreting regulatory cells. Microbes Infect 2001;3:947-54.
4. Jonuleit H, Schmitt E, Stassen M et al. Identification and functional characterization of human CD4(+)CD25(+) T cells with regulatory properties isolated from peripheral blood. J Exp Med 2001;193:1285-94.
5. Jonuleit H, Schmitt E, Schuler G et al. Induction of interleukin 10-producing, nonproliferating CD4(+) T cells with regulatory properties by repetitive stimulation with allogeneic immature human dendritic cells. J Exp Med 2000;192:1213-22.
6. Jonuleit H, Schmitt E, Kakirman H et al. Infectious Tolerance: Human CD25+ Regulatory T Cells convey suppressor activity to conventional CD4+ T helper cells. J Exp Med 2002;196:255-60.
7. Read S, Malmstrom V, Powrie F. Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 plays an essential role in the function of CD25(+)CD4(+) regulatory cells that control intestinal inflammation. J Exp Med 2000;192:295-302.
8. McHugh RS, Whitters MJ, Piccirillo CA et al. CD4(+)CD