Grancimi pri raku in imunosti | celična smrt in diferenciacija

Grancimi pri raku in imunosti | celična smrt in diferenciacija

Anonim

Predmeti

  • Apoptoza
  • Vnetje
  • Transdukcija signala
  • Imunologija tumorjev

Izvleček

Citotoksični limfociti T (CTL) in celice naravnih ubijalcev (NK) so nepogrešljivi dejavniki pri nenehni obrambi telesa pred virusno okužbo in razvojem tumorja. CTL / NK celice prepoznajo in ubijejo okužene ali abberantne tarčne celice po dveh glavnih poteh: bodisi z vnosom akumulatorja proteaz - imenovanih grancimi - v citosol ciljne celice, bodisi prek ubijanja, ki je odvisno od družine odvisnih od TNF. Med ubijanjem, odvisno od granzima, je ciljna celična smrt hitra in učinkovita, posreduje pa jo več grancimov, ki delujejo preko odvečnih poti celične smrti. Čeprav se intenzivno preučuje celična smrt, posredovana z encimov, je nedavno delo namigovalo tudi na alternativno, vnetno vlogo teh encimov. Tako najnovejši podatki poleg svoje dobro uveljavljene vloge medcelične efektorje ciljne celične smrti kažejo, da imajo lahko granzymi tudi zunajcelično vlogo pri razmnoževanju imunskih signalov. V tej raziskavi razpravljamo o vlogi grancimov kot osrednjih dejavnikov v protitumorski imunosti, ter o možnih vlogah teh proteaz kot pobudnikov vnetja.

Glavno

Citotoksične T celice (CTL) in naravne celice (NK) celice prepoznajo in ubijejo okužene z virusom ali transformirane celice po dveh glavnih poteh. CTL uporabljajo ligande faktorja nekroze tumorja superdružine na svoji celični površini, da vežejo in izločijo ciljne celice, ki izražajo ustrezne receptorje. 1 Poleg tega CTL / NK celice uporabljajo tudi pot eksocitoze zrnc za ciljno celično smrt, ki deluje s pomočjo dovajanja vsebine citotoksičnih granul na površino ciljnih celic. Granulen protein, perforin, pospešuje dostavo granzima do citosola ciljne celice in ob vstopu te proteaze cepijo svojo skupino substratov, da pospešijo hitro in učinkovito celično smrt. 2

Čeprav obstaja več grancimov, od katerih ima vsak izrazito aktivnost, ki pospešuje celično smrt, so dokazi, ki vplivajo na posamezne granzime, zaščiteni pred tvorbo tumorjev, razmeroma malo, saj miši, ki jim primanjkuje posameznih grancimov, običajno ostanejo brez raka. Ker perforin olajša dostavo vseh grancimov do ciljnih celic, so CTL / NK celice iz mišk s pomanjkanjem perforina pomanjkljive v citotoksičnosti, posredovani z encimi. 3, 4 Pomembno je, da so perforinske izločilne živali veliko bolj dovzetne za spontani razvoj tumorja kot divji mladiči, poleg tega pa so podvrženi kemično induciranim tumorjem z višjo hitrostjo, kar kaže na odpust funkcije med posameznimi grancimi glede obvladovanja tumorja. 3, 5, 6, 7

Zvišane ravni krožečih zunajceličnih grancima A in B so bile že prej povezane z različnimi vnetnimi boleznimi. 8, 9, 10 Čeprav bi to lahko preprosto odražalo povišane številke CTL / NK kot odziv na trdovratno vnetje - in s tem povezano spontano ali nenamerno sproščanje grancimov v zunajcelični prostor - nove študije kažejo na alternativno razlago prisotnosti cirkulirajočih grancimov. 11, 12, 13 V tem, kar bi se lahko izkazalo za pomemben dokument na to temo, Metkar idr. 12 so pokazali, da lahko zunajcelični granzy A spodbuja sproščanje vnetnih citokinov iz človeških monocitnih celic in peritonealnih makrofagov pri miših, katerih pomen je poudarjen z ugotovitvijo, da so miši, pomanjkljive v granzimu A, odporne na smrtonosne učinke endotoksičnega šoka. V povezavi z opažanji, da določene grancime izražajo in izločajo celice B, mastociti, keratinociti, bazofili in druge vrste celic, če perforina ni mogoče zaznati, to kaže na to, da imajo lahko granzymi doslej nepredvidene vloge pri imunosti. 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 Tako lahko, poleg dejstva, da delujejo kot molekule efektorjev celične smrti pri dostavi v ciljne celice, tudi granzymi delujejo ob sproščanju v zunajcelični prostor (slika 1). V tem pregledu bo kasneje obravnavana širša vloga grancimov kot možnih topnih mediatorjev vnetja.

Image

Citotoksične vnetne vloge grancimov. Čeprav veliko dokazov implicira citotoksične sestavine granul v poteh, ki povzročajo smrt ciljne celice, pa zadnji dokazi kažejo, da lahko ti grancimi služijo tudi kot alternativne funkcije kot pobudniki ali ojačevalci vnetnih odzivov. V slednjem primeru lahko granzimi, ki se sprostijo v zunajcelični prostor, neposredno ali posredno izzovejo vnetne reakcije z delovanjem na imunske celice ali z delovanjem zunajceličnih granzimskih substratov na takšne celice

Slika v polni velikosti

Citotoksične funkcije grancimov

Grencimi CTL / NK so običajno varno vsebovani znotraj citotoksičnih granul, v katerih preprečimo, da bi poškodovali gostiteljsko celico. Ko CTL / NK celica prepozna tarčo, se citotoksične granule premikajo po mikrotubulah, da se polarizirajo na plazemski membrani, ki meji na cilj, kjer se izločijo v imunološko sinapsijo med obema celicama. 2 Najpomembnejše sestavine citotoksičnih zrnc so perforin in grancimi, ki se kombinirajo, da pospešijo hitro celično smrt, kadar so dostavljeni v ciljni celični citosol. Prvotno je bilo mišljeno, da beljakovina, ki tvori pore, olajša vstop grancima v ciljne celice s fizičnim tvorjenjem lukenj v celični membrani, skozi katere lahko prehajajo grancimi. 21 Čeprav so vmesna leta razvila alternativne mehanizme za dajanje granforjev, ki jih posreduje perforin, so študije, ki uporabljajo izločilne miši, nedvoumno pokazale ključno vlogo, ki jo ima ta protein pri citotoksičnosti, posredovani z encimi. 22, 23 Ker efektorske celice, ki jim primanjkuje perforina, ne morejo dostaviti grancimov ciljnim celicam, pomanjkanje perforina pomeni popolno izgubo funkcije citotoksičnih grancimov, saj CTL-ji s pomanjkanjem perforina ne zadostujejo za ubijanje ciljnih celic. 22, 23 Kot bomo razpravljali pozneje, to vodi v množico imunskih pomanjkljivosti, ki poudarjajo pomembno vlogo, ki jo ima sistem perforin / grancim pri obrambi telesa pred boleznijo.

Grancimi so izrazita družina serinskih proteaz, z različnimi člani, ki jih imajo ljudje in miši in verjetno odražajo raznolike okoljske izzive, s katerimi se srečujejo njihovi imunski sistemi, kar je privedlo do različnih evolucijskih usmeritev njihovih sestavnih grancimov. Skupaj z grancimom A je granzym B eden najbolj razširjenih grancimov in posledično je bila intenzivno preučena citotoksičnost, posredovana z encimom B. 2, 24, 25 Efektorske celice, ki jim primanjkuje grancima B, ubijajo tarče precej počasneje kot celice divjega tipa, kar kaže na pomembno vlogo, ki jo ima ta proteaza pri pravočasnem umiranju okuženih ali tumorigenskih celic. 26, 27 Učinkovitost ubijanja, ki je odvisno od granzima B, je v veliki meri posledica sposobnosti te proteaze, da neposredno ali posredno aktivira lastne proteaze smrtne celice tarčne celice, kaspaze (slika 2). Neposredna proteoliza in aktivacija kaspaz 3 in -7 z granimom B vodi do razgradnje s kaspazo na stotine celičnih proteinskih substratov, kar pospešuje hitro in učinkovito apoptozo. 2, 28, 29, 30

Image

Poti do smrti celic, posredovane z encimom B. Grancim B skupaj z drugimi grancimi vstopi v ciljno celico z mehanizmom, odvisnim od perforina. Ko vstopi v citosol ciljne celice, granitim B spodbuja apoptozo po dveh glavnih poteh, bodisi z mitohondrijsko permealizacijo, ki je odvisna od BID, bodisi z neposredno obdelavo in aktivacijo kaspaze. Grancim B-posredovana proteoliza proteina BID, ki je samo za BH3, v tem proteinu oddaja mistolizolizacijski signal in ga usmeri na mitohondrije, pri čemer povzroči oligomerizacijo BAX in / ali BAK v zunanji membrani mitohondrija. Slednji dogodek olajša sproščanje citokroma c v citosol, sestavljanje apoptosoma, z naknadno aktivacijo kaspaze-9 in posledično kaskado kaspaze. Upoštevajte, da lahko antiapoptotični družinski člani BCL-2 zavirajo sproščanje citokroma c in blokirajo to pot. Grancim B lahko tudi neposredno obdela efektorske kaspaze 3 in -7 za pospeševanje apoptoze. Neposredna aktivacija kasnejših efektorskih kaspaz vodi v kaskado aktivacije kaspaze in proteolizo številnih substratov kaspaze, kar ima za posledico učinkovito smrt ciljne celice. Grancim B lahko tudi neposredno cepi ICAD, inhibitor DNaze (CAD), ki lahko spodbuja mednukleozomsko hidrolizo DNK, ki je sinonim za ta način ubijanja. Pokazalo se je, da tudi granitem B cepi številne druge beljakovine, povezane z ohranjanjem jedrske celovitosti (Lamin B), pa tudi zaščito pred celično smrtjo (MCL-1), popravljanje DNK (DNA-PK cs ), dinamiko mikrotubulov ( α -tubulin) in množica avtoantigenov (NuMa, Mi-2)

Slika v polni velikosti

Poleg tega granzym B lahko spodbuja tudi aktivacijo kaspaze po dobro opredeljeni poti citohroma c / Apaf-1, pri kateri proteoliza in aktiviranje proteina BID, ki je samo za BH3, spodbujata odpiranje kanala BAX / BAK, posredovano z BID. mitohondrijska zunanja membrana (slika 2). Ta pomemben dogodek povzroči sproščanje citokroma c, ki ga posreduje BAX / BAK, iz mitohondrijskega medmestnega prostora v citosol, kjer se veže in aktivira platformo, ki aktivira kaspazo, imenovano apoptosom. Po drugi strani apoptosom spodbuja aktivacijo kaspaze in pretok celic. 31, 32, 33 Zanimivo je, da človeški in mišičji grancim B kažejo velike razlike v svoji zmožnosti dostopa do BID-poti do celične smrti, saj mišji grancim B kaže malo sposobnosti obdelave in aktiviranja BID-ja v primerjavi s človeškim kolegom. 29, 34, 35 Pomembno je, da pri poskusnem inaktivaciji kaspaz granitim B še vedno lahko uniči celice - čeprav s precej počasnejšo kinetiko - in to najverjetneje izhaja iz mitohondrijske disfunkcije, ki jo posreduje BID, skupaj s proteolizo drugih substratov z granimom B, kot npr. ICAD in β -bubulin (slika 2). 28, 29, 36

Kot že omenjeno, efektorske celice, ki jim primanjkuje grancima B, ohranjajo citotoksično aktivnost z delovanjem preostalih grancimov, med katerimi je najpogostejši granzy A. Medtem ko granitim A lahko spodbuja smrt ciljne celice na več poti, je predlagano proteolizo komponent kompleksa SET, ki je povezan z endoplazmatskim retikulumom, glavnega mehanizma za celično smrt s tem granzimom (slika 3). 37 Aktivacija dnaze NM23-H1 znotraj tega kompleksa s proteolizo in inaktivacijo njegovega zaviralca (SET) z granimom A naj bi spodbudila enodnevno razgradnjo DNK, ki je najpogosteje povezana z ubijanjem tega grancima. 37 Poleg tega lahko proteoliza in aktivacija 3–5 'endonukleaze, TREX1, z encimom A, lahko zavira obnavljanje DNK, tako da odstrani podlage s prostih 3' koncev in tako prepreči, da bi se strupi NM23-H1 ponovno žarili. 38 Opisani so bili drugi načini smrti do celic, posredovane z encimom GN; vendar pa je v zadnjem delu postavljeno vprašanje, ali ima granitim A citotoksično vlogo pri fizioloških koncentracijah. O tem bomo razpravljali pozneje v pregledu, ko bomo upoštevali možne necelične smrtne funkcije tega grancima. 12, 35, 39

Image

Grancim A spodbuja celično smrt s ciljanjem na jedro in prav tako posreduje sproščanje zrelega IL-1 β . Po vstopu v ciljno celico granit A spodbuja zmanjšanje potenciala mitohondrijske transembrane (delta ψ m ) in povečanje reaktivnih kisikovih vrst (ROS) s slabo razumljenim mehanizmom, ki lahko vključuje proteolizo NDUFS3. To povečanje ROS vodi do prenosa kompleksa SET v jedro, kjer je lahko vključeno v prepisovanje genov, povezanih z oksidativnimi stresnimi odzivi. Grancim A neposredno cilja tudi na tri člane kompleksa SET za proteolizo: protein nukleozom, sestavljen iz beljakovin 2, HMG2 in obnovitveni encim apurinski / apriminidni endonukleaza 1 (Ape 1). Proteoliza SET sprosti inhibicijo DNaze NM23-HI, kar povzroči nastanek enoverižnih DNA niklj, ki so najpogosteje povezani z odmrtjo celic z granitomom A. Grancim A prav tako oslabi strukturno celovitost jedra, saj cilja Lamine A – C za proteolizo. Nedavna študija kaže, da lahko tudi encim granzyme sprošča sproščanje provnetnega citokina IL-1 β skozi mehanizem, odvisen od proteolize, posredovane s kaspazo-1, pro-IL-1 β

Slika v polni velikosti

Preostali granimi niso bili preučeni tako celovito kot granzima A in B. Kljub temu pa se je v zadnjem času začelo odkrivati ​​možen način delovanja nekaterih teh proteaz. Podobno kot granzym A, tudi granzym K kaže na aktivnost triptaze in je dokazano, da obdeluje podobne substrate. 40, 41, 42 Torej je možno, da je granimim K pomemben v situacijah, v katerih virusni zaviralci ogrožajo funkcijo granzima A. Dokazi o vlogi grancima C pri pospeševanju celične smrti so maloštevilni, čeprav je v nekaterih okoliščinah lahko citotoksičen. 43, 44 Pokazalo se je, da je metaze, grancim M, spodbujal mehanizem celične smrti, neodvisen od kaspaze in mitohondrije. 45 Pred kratkim se domneva, da lahko ta grancim spodbuja poškodbe celic z motenjem mikrotubulnih mrež s proteolizo α -tubulina in tudi s cepitvijo in inaktivacijo bistvenega multifunkcionalnega proteina, nukleofhosmina. 46, 47

Ena od trajnih težav, povezanih s študijami, ki se nanašajo na citotoksično aktivnost različnih grancimov, je, ali so koncentracije grancimov, ki so bile uporabljene za dokazovanje citotoksičnosti, dejansko dosegljive v fizioloških okoliščinah. Medtem ko grancim B kaže citotoksično aktivnost pri nizkih nanomolarnih koncentracijah, so številne študije na tem področju uporabile grancime v mikromolarnih koncentracijah, ki in vivo morda niso dosegljive. Ker je koncentracija grancimov, ki se oddajo v imunološki sinapsi, neznana, je treba še ugotoviti, ali so vsi grancimi resnično citotoksični na fizioloških nivojih ali imajo druge vloge pri procesih, posredovanih s CTK / NK.

Vloga imunskega sistema pri preprečevanju raka

Imunski nadzor opisuje postopek, po katerem imunski sistem prepozna predrakave in maligne celice kot poškodovane in so posledično usmerjene k izločanju. V zadnjih letih smo ta model razširili, da vključuje koncept imunoeditinga, v katerem se transformirane celice razvijajo pod selektivnim pritiskom imunskega sistema, da nastanejo tumorji, ki so vse bolj odporni na imunski sistem. 48 Kljub temu da nekateri tumorji na ta način nedvomno uidejo očistku, obstajajo dokazi, da imunski sistem lahko prepreči rast predrakavih celic in tudi posreduje pri regresiranju obstoječih tumorjev. 16 V zgodnjih študijah na to temo je bilo ugotovljeno, da je stopnja spontane tvorbe trdnega tumorja pri golih miših, ki nimajo timusa in imajo zato močno zmanjšano število T celic, enaka stopnji pri njihovih divjih vrstah steljev. 49, 50 Čeprav je bila rast eksperimentalno povzročenih tumorjev pri teh miših nekoliko večja, rezultati dvomijo v sposobnost imunskega sistema, da se zaščiti pred rastjo tumorjev. 51 Vendar je bilo naknadno odkrito, da gole miši imajo NK celice in omejeno število funkcionalnih CTL. Prepričljivejši dokazi za imunski nadzor tumorja so izhajali iz opažanja, da so miši, ki jim manjka RAG2, ki je potreben za preureditev gena T-celičnih receptorjev (takšne miši nimajo zrelih B ali T celic), veliko bolj dovzetne za spontano tvorbo tumorja in razvijajo tudi tumorje z večjo stopnjo izpostavljenosti rakotvornim ali po injiciranju tumorskih celic. 52 Konkretno, pri 60% miših RAG2 - / - se je po zdravljenju s kemičnim rakotvornim sindromom MCA razvilo tumorje, medtem ko je le 13% miši divjih vrst razvilo tumorje, ki jih povzroča MCA. Poleg tega so vse miši RAG2 - / - spontano tvorile maligne lezije, od katerih se je polovica razvila v karcinom, medtem ko je 81% divjih miši ostalo brez raka. 52 Od takrat so to raziskavo okrepili tudi drugi, ki so pri miših, ki imajo pomanjkanje različnih komponent sistema TCR, uporabili miši, ki so preučile pomemben prispevek posameznih podskupin T-celic k preprečevanju raka. 53 Poleg tega so pomembnost NK-celic za odpornost proti raku ponazorjene s študijami, v katerih je bilo ugotovljeno, da so miši z gensko usmerjenimi ali izčrpanimi populacijskimi celicami NK in NKT 2–3-krat bolj verjetno, da bodo razvile tumorje, ki jih povzročajo MCA. 54, 55 Zato imajo poleg izkoreninjenja celic, okuženih s transformirajočimi se virusi, CTL / NK celice pomembno vlogo pri preprečevanju nastanka in napredovanja raka.

Pot Perforin-Grancim v preprečevanju raka

Čeprav se je pokazalo, da sta oba granzima A in B pomembna za odstranjevanje virusov, kot je ektromelija, povečano tveganje za nastanek raka še vedno ni mogoče v celoti povezati z izgubo posameznih grancimov 56, 57, 58, 59, 60, 61 . Kljub temu je pri miših s pomanjkanjem perforina veliko večja verjetnost, da bodo razvili tumorje v številnih različnih okoljih, kar kaže na znatno odpuščanje funkcije, ki obstaja med grancimi v zvezi z izkoreninjenjem tumorja. 3, 5, 6, 7

Kot že omenjeno, izguba perforina vodi v popolno odpoved efektorskih celic, da lizirajo tarče in vitro . 3 Poleg tega, da se virus limfocitnega koriomeningitisa ne odstrani, so na začetku opazili, da so miši s pomanjkanjem perforina delno pomanjkljive pri izkoreninjenju eksperimentalno vnesenih tumorskih celic fibrosarkoma. 3 V nadaljnji študiji so pri miši z pomanjkanjem perforina razvili fibrosarkome - začeli z zdravljenjem s rakotvornim MCA - veliko hitreje in z večjo incidenco kot pri miših divjega tipa, medtem ko so bili sarkomi, ki jih je povzročil virus mišjega sarkoma Maloney, večji in manjši verjetno bo regresiral. Pozneje se je pokazalo, da 7 NK celic posreduje protitumorsko citotoksičnost na perforin odvisen način, kar kaže na to, da imajo perforin / grancimi vlogo pri prirojenem imunskem odzivu na tumorje. 5, 62, 63

Glede spontane tvorbe tumorja je bilo ugotovljeno, da imajo miši, ki primanjkuje perforina, veliko večje tveganje za razvoj malignosti v nekaterih celicah B, T in NKT. Dejansko je pri polovici vseh živali s pomanjkanjem perforina po 12. mesecu razvil spontane limfome B-celic. 55 Vloga perforina pri zaščiti pred limfomom je bila poudarjena z ugotovitvijo, da je skupna izguba perforina in p53 povzročila zgodnejši pojav, vendar ni povečala pojavnosti limfoma v primerjavi s samim perforinskim izpadom, kar kaže, da je perforin, namesto p53, glavni dejavnik pri nadzoru limfoma. 55 Pomembno je bilo, da so zavrnitev tumorja posredovale NK-celice ali γ-δ T-celice na perforinski odvisen način, ko so limfome iz perforin null miši presadili v njihove prostoživeče mladiče. 6 Zato se zdi, da ima sistem perforin / grancim pomembno vlogo pri preprečevanju limfoma, vsaj v nekaterih okoliščinah.

Za napredovanje tumorja so potrebni ustrezni pogoji za pospeševanje rasti na območju, ki obdaja tumor, ki se razvija, in ker ima večina bolnikov z rakom sposobne imunske celice, kritičen vidik napredovanja raka pomeni zaviranje ali utajo imunskega sistema. 64 V normalnih celicah TGF- β blokira napredovanje celičnega cikla, da ustavi proliferacijo, spodbuja diferenciacijo ali sproži apoptozo. Vendar pa veliko rakavih celic pridobi odpornost proti antiproliferativnim učinkom TGF- β , kar močno pomaga napredovanju raka. Poleg tega lahko tumorji uidejo pred imunskim nadzorom z izločanjem imunosupresivnega TGF- β , ki zavira proliferacijo in aktivacijo T celic v tumorskem mikrookolju, zaradi česar je proizvodnja TGF- β eden najmočnejših mehanizmov imunskega izogibanja tumorjem. 65 Pomembno je, da je pomemben mehanizem, s pomočjo katerega TGF- β zavira očistek tumorja s celicami T-celic, z inhibicijo izražanja petih citotoksičnih genov, vključno s perforinom, granimom A in grancimom B. 66 Pomembno je, da inhibicija TGF- β v miši so obnovile izražanje citolitičnih genov v CTL-jih in spodbujale očistek tumorja, kar še bolj poudarja vlogo poti perforin / grancim pri preprečevanju tumorjev. 66

Regulativne T-celice običajno spodbujajo toleranco do samo-antigenov z izločanjem samoreaktivnih limfocitov. 67 Na žalost se je pokazalo, da tudi Treg celice povzročajo toleranco na antigene, povezane s tumorjem, s čimer zavirajo T-celično posredovan protitumorski imunski odziv. 67 Zanimivo je, da se je pokazalo, da CD4 + Foxp3 + Treg-posredovana inaktivacija tumorsko specifičnih CTL-jev v tumorskem mikrookolišču odvisna od stika in so odvisni od perforina in grancima B, v kolikor miši, ki jim primanjkuje tega grancimnega čistega, presadijo tumorske celične linije bolj učinkovito kot naredite miši divjega tipa. 68 Zato lahko tumor v nekaterih nastavitvah obrne tabele na imunski sistem z uporabo uničujoče moči poti perforin / grancim v svojo korist. Vendar pa je potrebnih več dokazov, preden se ta koncept lahko v celoti sprejme. 68

Vloga za grancime v imunski modulaciji

Čeprav ima pot perforin / grancim pomembno vlogo pri CTR-ju posredovanega CTL, ki ga povzroča CTL, ima lahko tudi vlogo pri uravnavanju homeostaze imunskega sistema med okužbo. Pri ljudeh izguba funkcije perforina vodi do sindroma, imenovanega družinska hemofagocitna limfohistiocitoza, ki je posledica nezmožnosti aktiviranih CTL za učinkovito izčrpavanje ciljev, ki predstavljajo antigen. 69 To ima resne posledice za delovanje imunskega sistema, saj se tako T celice kot makrofagi razširijo, da bi se spopadli s stalnim izzivom patogenov, kar vodi do škodljivih nivojev vnetnih citokinov v obtoku. Poleg tega prekomerno aktivirane makrofage krvne celice fagocitoze, kar vodi do hude anemije. 69

Čeprav nerazčiščevanje nekaterih virusov lahko privede do deregulirane homeostaze imunskega sistema, se pojavljajo dokazi, da lahko granzimi sodelujejo tudi pri izločanju klonalno razširjenih celic CD4 + T, kar je potrebno za nadzor nad velikostjo bazena limfocitov med in po okužba. Eden glavnih mehanizmov izkoreninjenja CD4 + T-celic je celična smrt (AICD), ki jo povzroči aktivacija, ki je običajno posredovana po smrti smrti Fas – Fas ligand. Kljub temu pa so pred kratkim ugotovili, da granzymi spodbujajo AICD pri bolnikih z ne delujočim Fas. Avtoimunski limfoproliferativni sindrom povzroči izguba mutacije funkcije v genu CD95 / FAS , kar vodi v limfoproliferacijo in avtoimunost, verjetno zaradi odpovedi T-celicam, da bi prestale AICD. Zanimivi nedavni dokazi kažejo, da pot perforin / grancim lahko spodbuja AICD limfocitov T, očiščenih pri teh bolnikih. Vendar pa obseg, do katerega to lahko nadomesti izgubo poti Fas, ni bil določen. 70, 71 Za intrigantno je bilo ugotovljeno, da aktivirane B-celice izražajo in izločajo granomim B, kar vodi v možnost, da lahko ta granfim sodeluje v imunsko odzivih, odvisnih od B celic. Vendar vloga, ki jo ima v tem okviru granitim B, ostaja nejasna. 11, 15

Izvencelična vloga grancimov v imunskih reakcijah

Od njihovega odkritja pred več kot 20 leti so za granzime večinoma vedeli, da delujejo v medceličnem okolju in spodbujajo smrt okuženih z virusom ali transformiranih celic s proteolizo substratov (kot so BID in kaspaze) znotraj takšnih celic. Poleg sporadičnih poročil, ki predlagajo druge vloge za te proteaze, se je velika večina raziskav grancimov osredotočila na razjasnitev lastnosti teh encimov, ki povzročajo smrt celic (slika 1). Vendar pa je nedavno delo odkrilo novo, necitotoksično vlogo grancimov pri razmnoževanju imunskih signalov, kar lahko odpira vrata za novo področje raziskav grancimov.

Granzyme A

Že dolgo je znano, da imajo bolniki z nalezljivo boleznijo in določenimi vnetnimi stanji povišano raven granzima A v zunajceličnem prostoru. Na primer, bolniki z revmatoidnim artritisom imajo povečano raven granzima A v sinovialni tekočini oteklih sklepov. 72 Poleg tega so pri bronhoalveolarnem izpiranju obolelih za astmo in pri bolnikih s kronično obstruktivno pljučno boleznijo opazili visoko raven te proteaze. 73, 74 Misel, da so visoki nivoji krožečega grancima A povezani s prekomerno aktivacijo imunskega sistema, potrjujejo tudi študije, ki so pokazale povečano raven te proteaze pri bolnikih s trdovratno okužbo s HIV ali akutnim citomegalovirusom in okužbo z virusom Epstein-Barr, in to lahko odraža povečano aktivnost CTL / NK in oslabljen očistek mrtvih citotoksičnih celic. 26, 75, 76 Zunajcelični substrati za granim A so šele začeli nastajati (tabela 1); vendar je možno, da proteoliza celičnih površinskih beljakovin s kroženjem grancima A lahko posreduje nekatere poškodbe, ki jih opazimo pri vnetnih bolezenskih stanjih, povezanih s tem encimom. 77

Tabela polne velikosti

Čeprav so pred več kot 20 leti opazili granitim A, ki pospešuje sproščanje citokinov iz monocitov in cepitev ter morda aktiviranje provnetnega citokina IL-1 β , vzročna zveza med visokimi nivoji krožečega grancima A in širjenjem vnetnih stanj ni bila docela celovita pred kratkim. 78, 79 Poleg predhodno opisane vloge pri aktivaciji monocitov, Metkar in sod. 12 so pokazale, da lahko granzem A A, bodisi prečiščen ali dobavljen s CTL, pospeši sproščanje IL-1 β iz primarnih mišjih makrofagov. Pomembno je, da so miške granzima A-null zaščitene pred smrtonosnimi učinki toksičnosti, ki jo povzroča LPS, kar podpira vlogo tega grancima pri vnetni citokinski signalizaciji med okužbo. 12 Vloga proteaze, povezane z vnetjem, kaspaze-1 pri pospeševanju zorenja IL-1 β med okužbo je že dolgo znana. 80, 81 Navidezno sproščanje IL-1 β iz makrofagov z encimom Granzyme A je odvisno od aktivnosti kaspaze-1, kar kaže na mehanizem, s katerim lahko graniz A opozori imunski sistem na bolezen tako, da vstopi v to pomembno celicno vnetno pot. 12 Skupaj z nedavnimi podatki, ki kažejo, da nativni granzy A v fizioloških koncentracijah morda ni citotoksičen, to delo nakazuje, da primarna vloga grancima A pri odzivu imunskega sistema na okužbo in bolezen šele začenja nastajati. 12, 35 Dejansko nedavna ugotovitev, da lahko granzem A pripomore k smrtonosni hipersekreciji TNF α med okužbo z MCMV perforin-null mišami, podpira ta ideja o tem granzimu kot mediatorju imunske signalizacije. 82

Grancim B

Poleg granzima A opažamo tudi visoko stopnjo kroženja zunajceličnega grancima B pri bolnikih z različnimi okužbami in bolezenskimi stanji, pri čemer je najbolj dokumentiran revmatoidni artritis. 8, 9, 10, 76 Granzim B odseva številne zunajcelične sestavine matriksa, vključno s fibronektinom, vitronektinom in lamininom (tabela 1), ki lahko spodbujajo odcepitev celične smrti ali anoikis. 83, 84 Dejansko je ciljanje zunajceličnega matriksa predlagano kot mehanizem erozije sklepov, ki ga posreduje granitim B, med revmatoidnim artritisom, kar lahko v nekaterih okoliščinah razloži vnetne aktivnosti tega grancima. 9 Vendar ugotovitev, da so miši z izločanjem iz granzima B še bolj odporne na smrtonosne učinke endotoksičnega šoka, ki ga povzroča LPS, kot miši, ki imajo pomanjkanje granzima A, kaže, da ima lahko graniz B bolj osrednjo, necitotoksično vlogo pri imunskem odzivu na bolezen kot prej cenjen. 12. Dejansko lahko ECM proteini, kot je hialuronan, delujejo tudi kot signal nevarnosti za proteolizo z zunajtelesnimi proteazami in v tej obliki lahko delujejo za pospeševanje aktivacije imunskih celic. 85, 86, 87

Drugi grancimi

V plazmi so ugotovili zvišano raven granzima K pri bolnikih s septi, medtem ko je bil ta granimim tudi reguliran pri akutnem vnetju dihalnih poti, kar kaže na to, da imajo lahko tudi drugi granzimi vnetne vloge. Poleg tega je bilo dokazano, da tako za granzym H kot tudi za encim B encim omejuje virusno replikacijo z neposrednim usmerjanjem virusnih beljakovin za proteolitično razgradnjo, kar kaže na necitotoksično vlogo grancimov pri zaščiti pred okužbo. 88, 89, 90, 91

Tako se začenja pojavljati nova paradigma delovanja grancimov, v kateri lahko granzimi, ki se sproščajo ali aktivno izločajo v zunajcelični prostor, pospešujejo aktivacijo / izločanje citokinov, bodisi neposredno ali posredno, s čimer se poveča imunski odziv na okužene ali preoblikovane celice (slika 1).

Kako se med vnetjem sproščajo grancimi?

Čeprav je zahteva po perforinu za dostavo granzima do ciljnih celic dobro opisana, je malo znanega o tem, kako lahko granzimi pobegnejo v zunajcelični prostor za pospeševanje vnetja. Eden očitnih mehanizmov sproščanja grancimov je skozi uhajanje teh proteaz iz imunološke sinapse med ubijanjem CTL / NK, čeprav morebitni beg grancimov na ta način ni bil natančno raziskan. Možno pa je tudi, da se pod določenimi pogoji granzimi lahko aktivno sprostijo v zunajcelični prostor, njihova dejanja pa so v tem kontekstu lahko popolnoma neodvisna.

V zvezi s tem je treba opozoriti, da je več skupin neodvisno poročalo, da ne-CTL / NK celice izražajo grancime kot odgovor na dražljaje, ki aktivirajo take celice. Na primer, transformirane in aktivirane primarne celice B, mastociti, keratinociti, bazofili, makrofagi in polimorfonuklearni nevtrofilci v krvi vse kažejo, da izražajo granitem B. 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 Mastne celice so še posebej na primer na meji med notranjim okoljem in zunanjim svetom, na primer v koži in pljučih, in so tako odlično postavljeni za usklajevanje imunskega odziva proti novorojeni okužbi. Grancim B, vendar ne granzym A ali perforin, se izrazi z mastociti in izloči v aktivni obliki po ligaciji Fc-R1 receptorja. 17 Gancim B, ki ga izloča bazofil, je pospešil smrt adherentnih ciljnih celic in razgradil stike endotelnih celic z celicami, kar kaže, da lahko posredujejo povečano vaskularno prepustnost in ekstravazacijo bazofilcev na mestih okužbe. 17 Poleg tega se je pokazalo, da keratinociti ob obsevanju izražajo granitim B in perforin, pri čemer keratinociti, obdelani z UVB, pridobijo citotoksičnost za različne transformirane celične linije na način, ki je odvisen od perforina / grancima B. 92 V zadnjem času je bilo ugotovljeno, da primarne celice B izločajo aktivni grancim B, ne pa perforin ali grancim A v prisotnosti IL-21 po stimulaciji B-celičnih receptorjev bodisi z virusnimi antigeni bodisi z aktivirajočimi protitelesi. 11 celic B bolnikov, predhodno cepljenih proti nekaterim virusom, je povzročilo več granzima B, ko je bilo kasneje izzvano s specifičnim virusnim antigenom, medtem ko so B-celice, ki se izražajo z encimom B, živele dlje in so bile bolj aktivne kot spominske B-celice, ki ne izražajo negrancima. 11 B-celični izločeni grancim B lahko zato poveča imunski odziv na nastanek okužbe in lahko povzroči povišane ravni granzima B v serumu pri bolnikih, okuženih z virusom. 76 Thus, evidence is accumulating to indicate that CTL/NK cells are not the only cells capable of producing and releasing active granzyme B.

Danger signals, or alarmins, are endogenous molecules that normally reside within cells but are released into the extracellular milieu during necrosis, generally as a result of trauma-induced cell lysis. Release of these proteins is followed by binding to and activation of immune cells, which is thought to alert the immune system to potentially harmful situations. 93 A large body of evidence implicates heat-shock protein 70 (HSP70) as a potential danger signal and it is interesting to note that HSP70 has been shown to mediate the uptake of granzyme B in a perforin-independent manner. 94 It is therefore intriguing to speculate that high levels circulating HSP70, released during situations of nonphysiological cell death such as chronic viral infection, may mediate the uptake of serum granzyme B by cells of the immune system and thus propagate the emerging proinflammatory properties of this protease. However, it is clear that investigations into the uptake of granzymes in noncytotoxic scenarios will require many more studies before a clearer picture begins to emerge.

Sklepi

The importance of the perforin/granzyme pathway in the prevention of cancer, as well as in immune homeostasis, has been clearly demonstrated by studies that use mice deficient in the crucial granzyme delivery agent, perforin. In addition, the recent study by Metkar et al. 12, which demonstrated a profound resistance to LPS-induced shock in both granzyme A and granzyme B-deficient mice, has hinted at a new mode of action of these important proteases as effectors of inflammation. Apoptosis is characterized by the removal of unwanted cells from the body without giving rise to unnecessary immune responses, making this form of cell death immunologically silent. A recent study has identified a role for apoptosis-inducing caspases as repressors of immune system activation through proteolysis and inactivation of the proinflammatory cytokine, IL-33. 95 Thus, it is intriguing to speculate that, whereas caspases and granzymes were once considered to have equivalent functions in promoting cell death, their actions may diverge with regard to immune system activation, and this may ultimately reflect the different scenarios (physiological for caspases, disease-associated for granzymes) in which these enzymes become activated.

Going forward, the challenge will be to identify extracellular substrates for granzymes that on proteolysis, can explain the apparent proinflammatory effects of these proteases. Identification of such substrates may open up new perspectives on the underlying causes of persistent inflammation in chronic inflammatory conditions.

Konflikt interesov

Avtorji izjavljajo, da ni navzkrižja interesov.

Slovarček

CTL

citotoksični T limfociti

NK

naravni morilec

TNF

dejavnik tumorske nekroze

CAD

caspase-activated DNase

ICAD

inhibitor of caspase-activated DNase

RAG2

recombination-activating gene 2

MCA

Melamine Cyanurate

TCR

T cell receptor

TGF

transforming-growth factor

Treg

T regulatory

AICD

celično smrt povzročena z aktivacijo

IL

interlevkin

MCMV

murine cytomegalovirus

HSP

heat-shock protein