Jak interleukina-27 wzmacnia odporność u pacjentów z HIV?

Naukowcy z Georgetown University Hospital odkryli, że interleukina-27 (IL-27) – naturalna cytokina o właściwościach przeciwwirusowych – znacząco poprawia funkcje komórek odpornościowych u osób z HIV, mimo że nie zwiększa ich liczby. Badanie przeprowadzone na komórkach pobranych od 20 pacjentów objętych skuteczną terapią antyretrowirusową wykazało, że IL-27 wzmacnia aktywność komórek CD8 T wyrażających receptory kontrolne TIGIT i PD-1, które w warunkach przewlekłego zakażenia tracą swoją skuteczność.

Kluczowe odkrycie dotyczy zwiększenia wydzielania interferonu gamma (IFN-γ) oraz czynnika martwicy nowotworów alfa (TNF-α) – dwóch cytokin zaangażowanych w odpowiedź przeciwwirusową. Stymulacja IL-27 spowodowała statystycznie istotny wzrost wydzielania IFN-γ (p<0,001), TNF-α (p=0,02) oraz degranulacji mierzonej markerem CD107a (p<0,001) w komórkach wyrażających receptory kontrolne. Degranulacja jest procesem uwalniania molekuł cytotoksycznych, który wskazuje na zwiększoną aktywność przeciwwirusową limfocytów.

Badacze wykorzystali zaawansowane techniki cytometrii przepływowej i analizę klastrową, aby szczegółowo scharakteryzować odpowiedź komórek na IL-27. Zidentyfikowali specyficzne populacje limfocytów T, które szczególnie korzystnie reagują na stymulację tą cytokiną, wykazując zwiększoną ekspresję czynników transkrypcyjnych T-bet i Eomes oraz molekuł cytotoksycznych, takich jak perforyna i granzym B – białek odpowiedzialnych za eliminację zakażonych komórek.

Jakie mechanizmy molekularne odpowiadają za działanie IL-27?

Interleukina-27 należy do rodziny cytokin IL-12 i składa się z dwóch podjednostek: IL-27p28 oraz EBI3. Wiązanie IL-27 z jej receptorem uruchamia szlaki sygnalizacyjne JAK-STAT (Janus Kinase – Signal Transducer and Activator of Transcription), szczególnie STAT1 i STAT3, oraz szlak kinaz aktywowanych mitogenami (MAPK). Te szlaki molekularne prowadzą do zmian w ekspresji genów odpowiedzialnych za różnicowanie i funkcje komórek odpornościowych.

Aktywacja przez IL-27 indukuje ekspresję T-bet – głównego czynnika transkrypcyjnego odpowiedzialnego za różnicowanie efektorowych limfocytów CD8 T. Badanie wykazało, że w obecności IL-27 komórki HIV-specyficzne zwiększają produkcję molekuł cytotoksycznych, w tym perforyny i granzymu B, które są niezbędne do eliminacji komórek zakażonych wirusem. Perforyna tworzy pory w błonie komórkowej, przez które granzym B dostaje się do wnętrza komórki docelowej i inicjuje jej apoptozę.

Szczególnie interesujące jest odkrycie dotyczące receptora PAR1 (Protease Activated Receptor 1). IL-27 zwiększa ekspresję tego receptora, który odgrywa kluczową rolę w polaryzowanej sekrecji zawartości ziarnistości cytotoksycznych oraz w migrowaniu komórek efektorowych do miejsc zakażenia. To wielokierunkowe działanie IL-27 sugeruje, że cytokina ta nie tylko wzmacnia funkcje cytotoksyczne komórek, ale również poprawia ich zdolność do docierania do komórek zakażonych wirusem.

Analiza klastrowa metodą t-SNE ujawniła heterogenność odpowiedzi na IL-27. Naukowcy zidentyfikowali klastry komórek CD8 T (CL3 i CL14), które szczególnie silnie reagowały na stymulację IL-27, wykazując wyraźne zwiększenie ekspresji molekuł cytotoksycznych i czynników transkrypcyjnych. Jednocześnie niewielki klaster (CL13) charakteryzujący się wysoką ekspresją TIGIT wykazał zmniejszoną degranulację, co wskazuje, że efekt IL-27 może zależeć od specyfiki poszczególnych klonów komórek T.

Dlaczego komórki z receptorami kontrolnymi są kluczowe w badaniu?

W warunkach przewlekłego zakażenia HIV, pomimo skutecznej terapii antyretrowirusowej, utrzymuje się przewlekła aktywacja układu odpornościowego i stan zapalny. Prowadzi to do zjawiska znanego jako wyczerpanie immunologiczne – komórki T nabywają fenotyp charakteryzujący się ekspresją licznych receptorów kontrolnych, w tym PD-1, LAG-3, TIGIT, CD160 i TIM-3, oraz osłabioną funkcją efektorową.

Receptory kontrolne są molekułami hamującymi nadmierną aktywację układu odpornościowego. W warunkach fizjologicznych chronią one przed autoimmunizacją, jednak w przewlekłych zakażeniach ich nadmierna ekspresja prowadzi do upośledzenia funkcji komórek T. Limfocyty wyrażające TIGIT i PD-1 wykazują zmniejszoną zdolność do wydzielania cytokin i eliminacji zakażonych komórek.

Kluczowym odkryciem badania jest to, że IL-27 wzmacnia funkcje właśnie tych komórek, które wyrażają receptory kontrolne. W namnażających się limfocytach CD8 T z ekspresją TIGIT i PD-1 zaobserwowano znaczące zwiększenie wydzielania IFN-γ i TNF-α, a także wzmożoną degranulację. To sugeruje, że IL-27 może częściowo przywracać funkcjonalność komórkom, które uległy wyczerpaniu immunologicznemu – zjawisko powszechne w przewlekłych zakażeniach wirusowych.

Czy IL-27 zwiększa zdolność komórek do eliminacji zakażonych komórek?

Badacze przeprowadzili szereg testów funkcjonalnych mających na celu ocenę rzeczywistej aktywności cytotoksycznej komórek T stymulowanych IL-27. Wykorzystano test dostarczania granzymu B do komórek docelowych oraz test przekierowanego zabijania z wykorzystaniem przeciwciał anty-CD3. Granzym B to kluczowa proteaza serynowa, która po dostaniu się do wnętrza komórki docelowej inicjuje kaskadę apoptozy.

Naukowcy wyizolowali HIV-specyficzne komórki CD8 T na podstawie ekspresji markera CD137 po stymulacji peptydami HIV Gag. Komórki te namnażano in vitro przez 15-20 dni w obecności lub bez IL-27, a następnie testowano ich zdolność do dostarczania granzymu B do autologicznych komórek CD4 T. Wyniki wykazały, że komórki CD8 T namnażane w obecności IL-27 miały podobną zdolność do dostarczania zawartości ziarnistości cytotoksycznych jak komórki namnażane bez tej cytokiny.

W drugim podejściu badacze wykorzystali test przekierowanego zabijania, w którym komórki TIGIT-dodatnie i TIGIT-ujemne CD8 T były aktywowane poliklonalnie przeciwciałami, a następnie hodowane w obecności lub bez IL-27. Po 10-15 dniach testowano ich aktywność cytotoksyczną wobec linii komórkowej pozbawionej receptora FAS, co pozwala na ocenę wyłącznie szlaku egzocytozy ziarnistości. Również w tym modelu IL-27 nie wykazało istotnego wpływu na dostarczanie granzymu ani degranulację.

Ograniczeniem tych eksperymentów jest fakt, że długoterminowa hodowla komórek była prowadzona w obecności IL-2 i IL-15 – cytokin o silnych właściwościach proliferacyjnych i aktywujących, które mogły maskować subtelne efekty IL-27. Ponadto test mierzył wczesne etapy dostarczania granzymu, ale nie bezpośrednio śmierć komórek docelowych, co wymaga dalszych badań w warunkach bardziej zbliżonych do fizjologicznych.

Jakie są perspektywy wykorzystania IL-27 w terapii HIV?

Wyniki tego badania rzucają nowe światło na potencjalne strategie terapeutyczne w przewlekłym zakażeniu HIV. Chociaż nowoczesna terapia antyretrowirusowa skutecznie hamuje replikację wirusa, utrzymująca się aktywacja immunologiczna i stan zapalny przyczyniają się do zwiększonej zachorowalności u osób żyjących z HIV. Przewlekła aktywacja komórek T prowadzi do ich wyczerpania funkcjonalnego, co osłabia odpowiedź immunologiczną.

IL-27 może działać jako immunomodulator, poprawiając jakość odpowiedzi immunologicznej poprzez zwiększenie wydzielania cytokin i degranulacji limfocytów T, szczególnie tych wyrażających receptory kontrolne. To odkrycie jest istotne, ponieważ komórki z fenotypem wyczerpania stanowią znaczący odsetek HIV-specyficznych limfocytów T u osób z przewlekłym zakażeniem. Zwiększone wydzielanie IFN-γ i TNF-α ma kluczowe znaczenie dla kontroli zakażenia wirusowego.

Wcześniejsze badania wykazały, że IL-27 ma właściwości przeciwwirusowe wobec wirusów takich jak zika, dengue, chikungunya, grypa oraz wirusowe zapalenie wątroby typu B i C. Badania na modelach zwierzęcych przewlekłego zakażenia wirusem choriomeningitis limfocytarnego, który odzwierciedla niektóre cechy wyczerpania komórek T obserwowane w HIV, wykazały korzystne efekty IL-27. Leczenie IL-27 prowadziło do zwiększenia liczby komórek CD8 T z właściwościami komórek macierzystych, które mają zdolność do długotrwałego utrzymywania odpowiedzi immunologicznej.

Potencjalne zastosowania kliniczne IL-27 mogą obejmować terapię uzupełniającą do standardowej terapii antyretrowirusowej, mającą na celu poprawę funkcji komórek T i zmniejszenie wielkości rezerwuaru wirusowego. IL-27 mogłoby być również wykorzystane w strategiach „shock and kill”, których celem jest reaktywacja latentnie zakażonych komórek i ich eliminacja przez układ odpornościowy. Konieczne są jednak dalsze badania, szczególnie w warunkach klinicznych, aby ocenić bezpieczeństwo i skuteczność takiego podejścia u pacjentów.

Co nowego wnosi badanie do wiedzy o immunoterapii HIV?

Badanie przeprowadzone przez zespół z Georgetown University Hospital dostarcza nowych informacji na temat mechanizmów, które mogą poprawić odpowiedź immunologiczną u osób żyjących z HIV. Kluczowym wnioskiem jest to, że poprawa jakości komórek T może być równie ważna, jeśli nie ważniejsza, niż zwiększenie ich ilości. IL-27 nie prowadzi do masowej proliferacji limfocytów, ale wzmacnia ich funkcje efektorowe, co może być bardziej zrównoważonym podejściem terapeutycznym. Wykorzystanie zaawansowanych technik analizy cytometrycznej pozwoliło na identyfikację specyficznych subpopulacji komórek T, które szczególnie korzystnie reagują na IL-27, co podkreśla heterogenność odpowiedzi immunologicznej i sugeruje możliwość precyzyjnych strategii terapeutycznych celujących w specyficzne klony komórek.

Pytania i odpowiedzi