Regulatorische T-Lymphozyten Grundlagen, pathogenetische

Dr. Thorsten KriegerProf. Dr. Friedrich HaagInstitut für Immunologie

UniversitätsklinikumHamburg-Eppendorf

Regulatorische T-LymphozytenGrundlagen,

pathogenetische Bedeutungund potentielle diagnostische

Anwendungen

Lymphozyten-Populationen

Lymphozyten

B-Zellen T-Zellen NK-Zellen

CD4+ CD8+

CD4+ Effektor-

zellen

regulatorische T-Zellen(Tregs)

CD4+CD25++C127low

CD4+CD25 -/+C127high

Helfer T-Zellen

Regulatorische T-Zellen (CD4+)hemmen andere T-Zellen

• Text: Arial 28 pt, linksbündig, Aufzählung

Funktionsmechanismen von reg ulatorischen T-Lymphozyten

Effector Tcell

IL3 5 IL1 0

Inhib it ion of DC m aturat ionand function

CTLA4CD8 0 /CD8 6

Death dueto cytokinedeprivat ion

Throughg apjunktions

Adenosine

CD3 9CD7 3

A2A

Vig nali et al. Nature Reviews Immunolog ie 2 0 0 8

IDO

Das IPEX-Syndrom

• immune dysfunction• polyendocrinopathy• enteropathy• X-linked

• multiple autoimmune Phänomene,vor allem endokrine Drüsen undGastrointestinaltrakt betreffend

aus: Nieves DS et al. Arch Dermatol. 2004

Das IPEX-Syndrom

• meist innerhalb der erstenLebensjahre letal

• X-chromosomal gebundenerErbgang

aus: Nieves DS et al. Arch Dermatol. 2004

Lymphozytäres Infiltrat der Haut beieinem Patienten mit IPEX-Syndrom

FOXP3 ist der Gendefekt desIPEX-Syndroms

Die Scurfy-Maus: ein natürlichesTiermodell des IPEX-Syndroms

aus: Smyk-Pearson SK et al. Clin Exp Immunol 2003

• Der Gendefekt der Scurfy-Maus wurde auf dasFoxp3-Gen kartiert

• Deletion dieses Gens in Wildtyp-Mäusen riefdenselben Phänotyp hervor

• genetische Komplementierung mit einem intaktenFoxp3-Gen führte zum Verschwinden derSymptome

FOXP3 steuert die Entwicklung einerPopulation von „regulatorischen“ T-Zellen

• Foxp3+ Zellen sind durch hohe Expression desIL-2-Rezeptors (CD25) gekennzeichnet

• diese Population fehlt in Patienten mit demIPEX-Syndrom

• werden als CD4+/CD25+/FoxP3+ regulatorischeT-Zellen (Tregs) bezeichnet

Torgerson TR.Springer Sem Immunol 2006

CD4

CD25

Tregs haben eine dominantsupprimierende Funktion in vitro

• Stimulation von naiven T-Zellenüber mehrere Tage mit anti-CD3-Antikörpern führt zu derenProliferation

• Ko-Kultivierung von naiven T-Zellenüber 3 Tage in Gegenwart von anti-CD3-Antikörpern mit– CD25- Zellen (grüne Population)– CD25+ Zellen (blaue Population)

aus: Hori S et al. Science 2003Zahl der zugegebenen Zellen (x 104)

Prol

ifera

tion

Lymphknotenzelleneiner Maus

Foxp3+ regulatorische T-Zellenhaben eine supprimierende Funktionin vivo

• Auslösen einer Colitis in immundefizienten Mäusen (ohne eigene T-Zellen)durch Übertragung naiver T-Zellen aus einer normalen Maus (blaue und roteLinien)

• die Colitis wird verhindert durch die zusätzliche Übertragung einer Populationvon aufgereinigten CD25+ Regulator-T-Zellen (grüne Linie)

aus: Powrie F. Immunol Rev (2005)

naive T-Zellen

naive T-Zellen

+Regulator-

T-Zellen

Transfer von regulatorischen T-Zellenunterdrückt eine Colitis im Tiermodell durchInteraktion mit autoreaktiven T-Zellen und DCs

Immunpathogenese des M.Crohn

Kann d ie Bestimmung der

Regulatorischen T-Zellen im peripheren

Blut d ie Diag nostik chronisch

entzündlicher Darmerkrankung en

unterstützen

?

Foxp3+ regulatorische T-Zellen haben einesupprimierende Funktionin vivo

Tang Q et al. J Exp Med (2004)

• Auslösen eines Diabetes mellitus durch Übertragung von T-Zellen, die gegenein Insel-Antigen gerichtet sind

• Verhindern des Diabetes durch gleichzeitige Übertragung von Regulator-T-Zellen

Experim enteller Diabetesmellitus Typ 1 in der Maus

Experim enteller Diabetesmellitus Typ 1 in der Maus

• Behandlung eines bereits manifesten (spontanen) Diabetes durchÜbertragung regulatorischer T-Zellen

Tang Q et al. J Exp Med (2004)

NOD Mäuse

Remission = Glukose < 250 mg/dlan 2 aufeinanderfolgenden Tagen

W ochen nach Behand lung

Keine Treg s

Treg s

Anwendung der Treg Bestimmung in der klinischenForschung und Diagnostik im UKE

FoxP3+ Tregs in CD4+ Zellen

DG_V23

0 102

103

104

105

<APC-A>: FoxP3

0

102

103

104

105

:

CD

4

11.486.2

0 102

103

104

105

<Pacific Blue-A>: CD3

0

102

103

104

105

:

CD

4

41.2

CD3CD

4 FoxP3CD

4

HelferzellenTreg s

(Beim Menschen auchaktivierte Helferzellen)

FoxP3+ Tregs sind CD25hi undCD127lo

0 102

103

104

105

<APC-A>: FoxP3

0

102

103

104

105

: C

D25

0 102

103

104

105

<APC-A>: FoxP3

0

102

103

104

105

<F

ITC

-A>

: C

D127

FoxP3

CD

25

FoxP3

CD

127

0 102

103

104

105

<PE-A>: CD25

0

102

103

104

105

<F

ITC

-A>

: C

D127

76.1 1.93

9.4812.5

CD25CD

127

CD25 +

CD2 5 + +

AktivierteEffektorzellen

Treg s

Treg s sind IL7 R (CD1 2 7 ) neg ativ

Auf eine intrazelluläre Anfärbung , w ie sie für FoxP3 notwend ig

ist , kann verz ichtet werden; d ie Methode ist deshalbroutinetaug lich

Durch Anfärbung m it CD4 /CD2 5 /CD1 2 7 können Treg s zuverlässigvon akt ivierten Effektorzellen unterschieden werden

Die Abb ildung rechts verdeutlicht , auf welchePopulat ion IL2 vorw ieg end w irkt und warum IL2 -AKnicht zu einer Verring erung von Autoimmunprozessenführen.

Normwert

• Ermittelter Normwert für Tregs im peripherem Blutvon 20 Blutspendern:

5,7 - 10,1 % der CD4+T-Lymphozyten

MS-Patienten

• Studie mit der MS-Ambulanz (PD Dr. Heesen)• Die MS gilt als T-Zell vermitteltes Krankheitsbild• Regulatorische T-Zellen und Dendritische Zellen wird eine

entscheidene Rolle in der Modulation der Immunantwortzugerechnet

• Verglichen werden zwei MS Kollektive (n 2x40) mit undohne Depression.

• Untersucht wurden Klinik, eigene Einschätzung desPatienten, cerebrales MRT, hormonellen Parametern zurBeurteilung der hypothalamischen/hypophysären Achse,und die Lymphozytensubpopulationen inkl. derregulatorischen T-Zellen und T-Zell-Stimulationstests.

Heterogenität der FoxP3+Treg-Population

0 102

103

104

105

<APC-A>: FoxP3

0

102

103

104

105

: C

D39

6.36 5.85

5.8781.9

0 102

103

104

105

<PE-A>: CD25

0

102

103

104

105

: C

D39

7.81 5.13

6.2880.8

FoxP3CD

39

CD25CD

39

Patienten mit MS weisen erniedrigteZahlen von CD25+/CD39+ T-Zellenauf

Borsellino G et al, Blood 2007

.

.

.

Eig net sich CD3 9 als TregAktivierung s-marker ?

Lebertransplantation

• Studie mit der Kinderklinik (PD Dr. Ganschow)• Einige lebertransplantierte Kinder entwickeln im Gegensatz

zu Erwachsenen eine erstaunliche Toleranz desTransplantats, die unanhängig von der MHC Kompatibilitätdes Empfängers vs. Spenders ist, so dass dieImmunsuppressive Therapie stark zurückgefahren werdenkann.

• Monitoring der Abstoßungsreaktionen nach 1 Jahr durch:- Entzündungsmarker,- Transaminasen- Transplantatbiopsie- Lymphozytendifferenzierung und Bestimmung derregulatorischen T-Zellen

Kinderimmundefektambulanz

• HIV infizierte Kinder• Gemeinsam mit dem Lymphozytenstatus wird

auch die Zahl der regulatorischen T-Lymphozytenbestimmt.

Chronischh entzündlicheDarmerkrankungen

• Untersuchungen in Colitis ulcerosa Patienten habengezeigt, dass die Anzahl der Regulatorischen T-Zellen inder Darmmukosa, nicht jedoch im Blut erniedrigt sind

Kann d ie Bestimmung der Reg ulatorischen T-

Zellen im peripheren Blut d ie Diag nostik

chronisch entzündlicher Darmerkrankung en

unterstützen ?

Zusammenfassung

• Die Bestimmung der regulatorischen T-Lymphozyten istdurch Oberflächenmarker möglich. Die Methode istunkompliziert, reproduzierbar und routinetauglich.

• Die Bestimmung der Tregs ist zur Diagnostik des IPEX-Syndroms sehr hilfreich

• Die Zahl der Treg´s im peripherem Blut scheint nach erstenUntersuchungen nicht mit dem Entzündungsgeschehen imOrgan zu korrelieren

• Es sollte Gegenstand zukünftiger Studien sein, ob diezusätzliche Bestimmung von Aktivierungsmarkern auf bzw.in Treg´s die Aussagekraft der Diagnostik erhöhen können

Vielen Dank für Ihre Aufmerksam keit

Offene Fragen

• Was ist CD39• Was ist Lag3 (Cartoon) Lymphocyte activation

gene• Literaturquelle CU

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