Galektyna-1 i długowieczne komórki monocytarne mogą wzmacniać pamięć immunologiczną w płucach

Badacze z University of Rochester opisali w modelu mysim nietypową, długowieczną populację komórek pochodzenia monocytarnego, która po zakażeniu wirusem grypy utrzymywała się w płucach przez ponad cztery miesiące i wspierała powstawanie oraz utrzymywanie rezydujących w tkankach limfocytów pamięci CD8⁺ T_RM. Komórki te wydzielały galektynę-1, a wykorzystanie rekombinowanej galektyny-1 jako adiuwantu podczas donosowego szczepienia przeciw grypie nasilało odpowiedź pamięciowych limfocytów CD8⁺ w płucach. Wyniki opublikowane w Nature Immunology wskazują na nowy mechanizm współpracy odporności wrodzonej i adaptacyjnej, ale na obecnym etapie pozostają przede wszystkim odkryciem przedklinicznym.

Dlaczego pamięć immunologiczna w płucach jest szczególna?

Po przebyciu zakażenia wirusowego część aktywowanych limfocytów pozostaje w organizmie jako komórki pamięci. Szczególną rolę w narządach kontaktujących się bezpośrednio ze środowiskiem odgrywają rezydujące w tkankach limfocyty pamięci, określane jako tissue-resident memory T cells, czyli T_RM. W odróżnieniu od komórek pamięci krążących we krwi pozostają one w określonej tkance i mogą bardzo szybko zareagować na ponowne pojawienie się patogenu.

W przypadku infekcji układu oddechowego taka lokalizacja ma szczególne znaczenie. Limfocyty pamięci obecne w płucach i drogach oddechowych znajdują się bezpośrednio w miejscu, w którym może dochodzić do ponownego kontaktu z wirusem. W pracy opublikowanej w Nature Immunology zespół Kihonga Lima i Minsoo Kima skoncentrował się na limfocytach CD8⁺ T_RM powstających po infekcji wirusem grypy.

Badanie dotyczyło jednak nie tylko samych limfocytów T. Naukowcy próbowali ustalić, jakie komórki mikrośrodowiska płuc umożliwiają utrzymanie lokalnej pamięci immunologicznej długo po ustąpieniu ostrej infekcji.

Monocyty, które pozostają w płucach przez miesiące

Monocyty są elementem odporności wrodzonej i tradycyjnie postrzega się je przede wszystkim jako komórki uczestniczące we wczesnej odpowiedzi na zakażenie oraz zdolne do różnicowania w inne populacje komórek mieloidalnych. Autorzy nowej pracy wykazali jednak, że po infekcji grypowej część nowo napływających do płuc monocytów CCR2⁺ przechodziła w szczególny stan komórkowy i pozostawała w płucu znacznie dłużej, niż można byłoby oczekiwać po przejściu ostrej fazy zakażenia.

W eksperymentalnym systemie śledzenia komórek populację tę identyfikowano jako komórki memory-stage CCR2-tdTomato⁺. Utrzymywały się one w płucach przez ponad cztery miesiące po zakażeniu wirusem grypy. Autorzy określają je jako unikatową, przypominającą komórki pamięci populację pochodzenia monocytarnego.

Jest to istotne, ponieważ klasyczna pamięć immunologiczna kojarzona jest przede wszystkim z adaptacyjną częścią odpowiedzi immunologicznej – limfocytami T i B. Omawiane wyniki wskazują natomiast, że komórki wywodzące się z odpowiedzi wrodzonej mogą długotrwale zmieniać mikrośrodowisko płuca i wspierać funkcjonowanie limfocytów pamięci.

Komórki pochodzenia monocytarnego i limfocyty T_RM zajmowały wspólne nisze

Badacze wykazali przestrzenną współlokalizację długowiecznych komórek pochodzenia monocytarnego z limfocytami CD8⁺ T_RM w płucach. Obraz ten sugerował, że nie chodzi wyłącznie o dwie niezależne populacje pozostające po zakażeniu, ale o funkcjonalną zależność pomiędzy nimi.

Autorzy wykorzystali również obrazowanie przyżyciowe, aby analizować zachowanie komórek w tkance. Uzupełnieniem eksperymentów były analizy molekularne, w tym dane single-cell RNA sequencing oraz analizy epigenomiczne. Zbiory danych transkryptomicznych i epigenomicznych z badania zostały udostępnione w Gene Expression Omnibus.

Galektyna-1 wspiera limfocyty CD8⁺ T_RM

Jednym z najważniejszych elementów pracy było określenie mechanizmu komunikacji pomiędzy długowiecznymi komórkami pochodzenia monocytarnego a limfocytami CD8⁺. Badacze wykazali, że opisywana populacja komórek wydzielała galektynę-1.

Galektyna-1 bezpośrednio aktywowała limfocyty CD8⁺ oraz wzmacniała ich odpowiedź na sygnalizację z udziałem transforming growth factor-β (TGF-β). Jest to szczególnie interesujące w kontekście T_RM, ponieważ odpowiednie sygnały pochodzące z lokalnego mikrośrodowiska tkankowego mają zasadnicze znaczenie dla różnicowania, przeżycia i utrzymania tych komórek.

W dodatkowych eksperymentach podawanie rekombinowanej galektyny-1 do dróg oddechowych zakażonych wcześniej myszy wiązało się ze zmianami dotyczącymi wirusowo swoistych limfocytów CD8⁺ pamięci obecnych w płucach. Autorzy potraktowali więc Gal-1 nie tylko jako marker badanej populacji, ale jako funkcjonalny element mechanizmu utrzymywania odporności tkankowej.

Co wykazało selektywne usunięcie badanych komórek?

Sama współobecność dwóch populacji komórkowych nie byłaby wystarczającym dowodem na zależność funkcjonalną. Dlatego autorzy zastosowali model umożliwiający selektywne usunięcie długowiecznych komórek pochodzenia monocytarnego już po ostrej fazie zakażenia.

Deplecja tej populacji istotnie zmniejszała tworzenie płucnych limfocytów CD8⁺ T_RM. Towarzyszyło temu również osłabienie wtórnej ochrony heterosubtypowej, czyli odpowiedzi ochronnej podczas kolejnego kontaktu z innym wariantem antygenowym wirusa grypy.

Ten element eksperymentu wzmacnia wniosek, że długowieczne komórki pochodzenia monocytarnego nie są jedynie pozostałością po zapaleniu płuc wywołanym infekcją. W modelu zastosowanym przez autorów były one funkcjonalnie potrzebne do prawidłowego utworzenia i utrzymania części lokalnej pamięci limfocytów CD8⁺.

Galektyna-1 jako adiuwant szczepionki donosowej

Najbardziej translacyjną częścią pracy był eksperyment dotyczący szczepienia donosowego. Autorzy sprawdzili, czy poznany mechanizm można wykorzystać do zwiększenia lokalnej odpowiedzi pamięciowej w płucach.

Myszy otrzymały donosowo żywą atenuowaną szczepionkę przeciw grypie FluMist samodzielnie albo w połączeniu z rekombinowaną galektyną-1. Po 45 dniach oceniano w płucach wirusowo swoiste limfocyty CD8⁺ o fenotypie charakterystycznym dla komórek pamięci tkankowej.

Dodanie rGal-1 wiązało się z silniejszą odpowiedzią pamięciowych limfocytów CD8⁺. W danych rozszerzonych publikacji autorzy podają dla tego eksperymentu po trzy myszy w grupie i istotność statystyczną P<0,05. Wyniku tego nie należy więc interpretować jako dowodu skuteczności nowego schematu szczepienia u ludzi, ale jako eksperymentalne potwierdzenie, że szlak zidentyfikowany podczas badania infekcji może być wykorzystywany do modulowania odpowiedzi poszczepiennej.

Dlaczego odporność śluzówkowa jest ważnym kierunkiem badań?

Autorzy zwracają uwagę, że jednym z wyzwań współczesnych szczepień przeciw grypie jest uzyskanie silnej i trwałej odpowiedzi immunologicznej bezpośrednio w obrębie dróg oddechowych. Szczepienie systemowe może zapewniać ochronę przed zachorowaniem i ciężkim przebiegiem infekcji, ale nie zawsze indukuje rozbudowaną populację rezydujących limfocytów pamięci w miejscu wnikania wirusa.

Immunizacja śluzówkowa ma potencjalną przewagę polegającą na możliwości aktywowania odpowiedzi bezpośrednio w obrębie dróg oddechowych. Sama droga podania nie gwarantuje jednak powstania wystarczająco silnej i długotrwałej pamięci tkankowej. Dlatego poznanie sygnałów umożliwiających przetrwanie T_RM może mieć znaczenie dla konstruowania kolejnych generacji szczepionek.

Omawiana praca sugeruje, że jednym z takich elementów może być celowane wykorzystanie mechanizmów naturalnie tworzonych po zakażeniu przez długowieczne komórki pochodzenia monocytarnego.

Odporność wrodzona może współtworzyć długotrwałą pamięć

Wyniki zmieniają klasyczny, uproszczony podział, w którym odporność wrodzona odpowiada przede wszystkim za szybką, krótkotrwałą reakcję na patogen, natomiast trwała pamięć immunologiczna pozostaje domeną limfocytów T i B.

Badanie Lima i współpracowników pokazuje, że komórki wywodzące się z monocytów mogą pozostawać w płucach przez długi czas po zakończeniu ostrej infekcji i dostarczać sygnałów niezbędnych do funkcjonowania komórek pamięci należących do odporności adaptacyjnej. Oznacza to, że trwałość lokalnej odporności przeciwwirusowej może zależeć nie tylko od samych limfocytów, lecz również od mikrośrodowiska komórkowego, w którym się one znajdują.

Może to mieć znaczenie dla badań nad szczepionkami przeciw grypie oraz innym wirusom układu oddechowego. Zanim jednak mechanizm będzie można wykorzystać klinicznie, konieczne będzie ustalenie, czy analogiczna populacja komórek działa w podobny sposób w ludzkich płucach oraz czy manipulowanie szlakiem galektyny-1 jest bezpieczne i pozwala uzyskać korzystną, trwałą odpowiedź immunologiczną u człowieka.

Autorami publikacji są Kihong Lim, Ankit Dahal, Xiurui Lv, Kyun-Do Kim, Blake A. Evans, Herman Li, Laurie A. Steiner i Minsoo Kim. Badania prowadzono przede wszystkim w Department of Microbiology and Immunology oraz Department of Pediatrics, University of Rochester. Kihong Lim prowadził eksperymenty dotyczące zakażenia grypą i obrazowania in vivo, natomiast Minsoo Kim zaprojektował i kierował badaniem.