Geweberesidente Gedächtnis-T-Zellen (TRM)

immunology.sciencemag.org/content/4/33/eaav5581.full

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Die Identifizierung von TRM und ihren funktionellen Rollen in vivo wurde in Mausmodellen aufgeklärt, die zum Teil auf der Fähigkeit basieren, die Infiltration und Retention von T-Zellgewebe in vivo zu überwachen (19, 42, 43). Zwei experimentelle Modelle wurden bei Mäusen verwendet, um die Residenz von T-Zell-Gewebe zu überprüfen: Parabiose, bei der präparierte Mäuse chirurgisch mit naiven Mäusen verbunden sind und TRM durch spezifische Retention im Wirtsgewebe der Maus identifiziert werden kann, und in vivo fluoreszierende Antikörper-Markierung, um zirkulierende T-Zellen, die markiert werden, von TRM zu unterscheiden, die vor Markierung geschützt sind (4, 29, 45, 46). Die Dynamik der menschlichen TRM-Geweberetention und -Entwicklung war dagegen schwieriger zu beurteilen.

Hier untersuchten wir die Bildung, Persistenz und Funktion von menschlichem Lungen-TRM in Atemwegsproben, die prospektiv von Patienten erhalten wurden, die sich einer HLA-ungleichmäßigen Lungentransplantation unterziehen. Mit Hilfe eines detaillierten phänotypischen, funktionellen und transkriptomischen Profils auf Einzelzellenebene zeigen wir, dass Donor-T-Zellen spezifisch in der Lunge der Transplantatempfänger für >1 Jahr nach der Transplantation persistieren, mehrere TRM-Signaturmarker exprimieren und als zwei transkriptionell unterschiedliche TRM-Subpopulationen bestehen bleiben. Empfänger-T-Zellen, die in die Lunge infiltrieren, sind dagegen heterogen und bestehen aus TRM- und Nicht-TRM-Populationen und weisen über Monate in vivo erhöhte TRM-Phänotypen auf. Eine erhöhte TRM-Persistenz des Spenders ist mit einem verbesserten klinischen Ergebnis verbunden. Gemeinsam geben unsere Ergebnisse Einblicke in die humane TRM-Biologie im Paradigma der Lungentransplantation.

TRM bilden eine Teilmenge der Speicher-T-Zellen CD4+ und CD8+, die durch ihre Geweberetention, unterschiedliche Phänotypen, Transkriptionsprofile und Anforderungen an die Erzeugung definiert sind. Mausstudien haben eine Anforderung für die Transkriptionsfaktoren Hobit (kodiert durch das Gen ZNF683) und Runx3 für die CD8+ TRM-Generierung (42, 43) nachgewiesen. Menschliche Lungen-TRM exprimieren Phänotypen und Transkriptionsprofile ähnlich dem Maus-TRM, einschließlich der hochgeregelten Expression von CD69, CD103, CD49a und CXCR6 (18, 20, 47); die Expression von ZNF683 wurde in der Lunge CD8+ erhöht, aber nicht CD4+ TRM (18). Hier zeigen wir durch phänotypische, funktionelle und transkriptionelle Analysen mit Einzelzellauflösung, dass Donor-TRM, das im Lungenallograft persistiert, erhöhte Werte der wichtigsten menschlichen TRM-Signaturmarker auf der Zelloberfläche exprimiert (CD103, CD49a und PD-1), IFN-γ und IL-17 stimuliert produzieren und erhöhte Werte von TRM-assoziierten Genen einschließlich ZNF683 und RUNX3 und Genen im Zusammenhang mit der T-Zelldifferenzierung und Effektorfunktion einschließlich NKG7, dem Chemokin CCL5 und den zytotoxischen Mediatoren GRMA (Granzym A) und PFN1 (Perin) aufweisen. Diese Ergebnisse zeigen, dass persistierende Donor-T-Zellen reifes TRM sind und deuten darauf hin, dass Hobit und Runx3 an der Generierung und/oder Aufrechterhaltung des menschlichen CD8+ TRM beteiligt sein können, da es sich bei den Donor-T-Zellen hauptsächlich um CD8+ T-Zellen handelte. Die Fähigkeit von TRM, mindestens 15 Monate in der Spenderlunge zu verbleiben und eine hohe Funktionsfähigkeit zu erhalten, deutet auf eine langfristige Gewebeerhaltung in situ hin. Die erhöhte Expression von TRM-assoziierten Molekülen durch Donor-T-Zellen im Laufe der Zeit, wie CD49a und CD103, die Wechselwirkungen mit Kollagen- bzw. Epithelzellen vermitteln, deutet darauf hin, dass eine nachhaltige Expression dieser Moleküle für die TRM-Erhaltung erforderlich ist.

Unsere Ergebnisse sowohl aus der Durchflusszytometrie als auch aus der einzelzelligen RNA-Sequenzierung zeigen, dass Empfänger-T-Zellen, die das Allotransplantat aus dem Kreislauf infiltrieren, schrittweise TRM-ähnliche Profile in der Lunge entwickelten. Die TRM-Entwicklung der Empfänger erfolgte über Monate nach der Transplantation, wie durch eine allmähliche Zunahme der Expression von CD69 und CD103 an der Oberfläche bewertet, die nach 6 Monaten einen stabilen Zustand erreicht. Die scRNA-Seq-Ergebnisse zeigen zwei TRM-Populationen: eine mit einer hochrangigen Expression von TRM-Markern, die größtenteils von Spendern abgeleitet und als reifes TRM bezeichnet wurde, und eine zweite, von Spendern und Empfängern abgeleitete, TRM-ähnliche Teilmenge, die niedrigere Werte von TRM-Markern und höhere Werte von Genen, die das Zellschicksal kontrollieren, ausdrückt, einschließlich des Transkriptionsfaktors Sox11, der an der Bestimmung des Schicksals in retinalen Ganglienzellen (48, 49) und Osteoklasten (50) beteiligt ist. Eine dritte Nicht-TRM-Subgruppe (Cluster 2), die Empfängerzellen umfasst, kann ein Gewebe-infiltrierendes, noch nicht aktiviertes TEM darstellen. Die funktionelle Rolle des rezeptorgenerierten TRM, wie hier dargestellt, ist nicht klar; sie haben die Fähigkeit zur Zytokinproduktion, wenn sie stimuliert werden, zeigen aber keine Marker für die Aktivierung in situ, und nur wenige Empfängerzellen sind unter den reifen TRM mit hoher Expression von Effektorgenen vertreten.

Persistierende, von Spendern stammende, Allotransplantat-T-Zellen, die oft als Passagierlymphozyten bezeichnet werden, wurden mit klinischen Ergebnissen bei Leber-, Herz- und Darmtransplantationen in Verbindung gebracht (28, 51, 52), obwohl die Rolle der zirkulierenden Populationen gegenüber der ansässigen Bevölkerung in diesen Transplantationsszenarien nicht klar ist. Bei der Herz- und Lebertransplantation wurden Spender-T-Zellen in Gefäßpathologien bzw. Transplantat-gegen-Wirt-Erkrankungen einbezogen (52, 53). Im Gegensatz dazu war bei Empfängern von Darmtransplantationen der T-Zell-Chimärismus der Spender im peripheren Blut und Darm mit einer reduzierten Abstoßungsrate verbunden (28, 54). Hier zeigen wir in einer Kohorte von 20 Patienten, dass eine erhöhte Persistenz des Spender-Lungen-TRM speziell innerhalb des Allotransplantats mit einer reduzierten Lungenverletzung durch PGD, bakterielle Infektionen und ACR verbunden ist. Ob die Spender-Lungen-TRM direkt zur Förderung einer reduzierten Lungenverletzung und -entzündung beitragen oder als Indikator für ein unterdrücktes Empfänger-Immunsystem dienen, ist nicht klar und erfordert weitere Studien an größeren Kohorten. Da sich das Spender-Lungen-TRM vermutlich an den Schutz und die Homöostase bei Atemschwierigkeiten angepasst hat, könnten sie ähnliche Schutzfunktionen in der transplantierten Lunge erfüllen. Die Lokalisation von Spender-TRM in der Nähe der Atemwege kann deren Schutzfunktion bei der Inhalation von Antigenen erleichtern, während sich die Empfänger-T-Zellen in der gesamten Lunge verteilen und möglicherweise eine Gewebeentzündung auslösen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Ergebnisse räumliche und zeitliche Einblicke in die Entwicklung, Funktion, Persistenz und Wirkung des menschlichen TRM auf das klinische Ergebnis innerhalb der Komplexität der Lungentransplantation liefern. Die Überwachung und Ausrichtung der TRM-Persistenz und -Lokalisierung kann als neue Strategie zur Förderung des langfristigen Überlebens von Allotransplantaten im Rahmen der Lungentransplantation und darüber hinaus dienen.