IL-33-primed human mast cells drive IL-9 production by CD4+ effector T cells in an OX40L-dependent manner

Keywords: IL-33; IL-9; OX40L; Th cell; mast cell.

2 型免疫反應(yīng)是針對皮膚和粘膜中的主要組織損傷而建立的。在上皮中感應(yīng)到有害刺激，并誘導(dǎo)釋放警報素，如胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（TSLP）、白細(xì)胞介素-25（IL-25）和 IL-33，這些警報素會啟動組織駐留的前哨細(xì)胞，并誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞成熟，隨后在引流淋巴結(jié)中產(chǎn)生輔助型T細(xì)胞2（Th2）反應(yīng)。一旦浸潤到受傷組織中，Th2 細(xì)胞就會接收到免疫環(huán)境提供的確認(rèn)信號，這些信號不僅加強而且塑造了它們的極化，并導(dǎo)致受損組織內(nèi) 2 型細(xì)胞因子（IL-4、IL-5、IL-9 和 IL-13）的微妙組合。

據(jù)報道，在抗原呈遞過程中，IL-33活化的樹突狀細(xì)胞（DCs）會促進(jìn) Th 細(xì)胞中 IL-5、IL-13 和 IL-9 的產(chǎn)生。此外，2 組先天淋巴細(xì)胞（ILC2）通過與 Th2 細(xì)胞的直接相互作用來促進(jìn)局部 Th2 反應(yīng)。除了 ILC2 和樹突狀細(xì)胞外，已知肥大細(xì)胞（MCs）也會促進(jìn) Th2 反應(yīng)，但其潛在機(jī)制仍知之甚少。

MCs 是先天免疫細(xì)胞，在皮膚和粘膜中特別豐富，與 ILC2 一樣，由警報素，尤其是 IL-33 啟動 。MCs 高度表達(dá) ST2（IL-33受體），并受到 IL-33 的強烈刺激，促進(jìn)細(xì)胞成熟、細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生。已知 MCs 會影響適應(yīng)性免疫反應(yīng)，并根據(jù)免疫情況表現(xiàn)為對 T 細(xì)胞反應(yīng)的激活或抑制作用。

基于此，法國圖盧茲的癌癥治療中心及圖盧茲第三大學(xué)的研究人員在一項研究中探索了 IL-33 對人類 MC 與 Th 細(xì)胞的相互作用并對其極化能力的影響。研究發(fā)現(xiàn) IL-33 介導(dǎo)的 MCs 促進(jìn)了 Th2 細(xì)胞反應(yīng)，并允許產(chǎn)生 IL-9 的 Th 細(xì)胞以 OX40L 依賴性方式出現(xiàn)。研究成果發(fā)表于 Frontiers in Immunology 期刊題為“IL-33-primed human mast cells drive IL-9 production by CD4+ effector T cells in an OX40L-dependent manner”。

首先，為了分析 IL-33 激活 MCs 的影響及其對 Th 細(xì)胞反應(yīng)的后續(xù)影響，研究人員設(shè)計了一個共培養(yǎng)系統(tǒng)，以外周血 CD4+ 記憶 T 細(xì)胞與 MCs 共培養(yǎng)（圖1 A），發(fā)現(xiàn)無論是否啟動 IL-33，都增加了 CD4+ T 細(xì)胞表面的增殖（圖1 B）和早期（CD69 和 CD25）或晚期（CD137）激活標(biāo)志物的表達(dá)，表明 MCs 獨立于 IL-33向 CD4+ T 細(xì)胞提供激活信號。

然后，分析了共培養(yǎng) 6 天后 CD4+ T 細(xì)胞產(chǎn)生的典型 Th 細(xì)胞細(xì)胞因子（IFN-γ、IL-17、IL-4、IL-13 和 IL-9）。結(jié)果觀察到，未激活的 MCs 增加了產(chǎn)生這些細(xì)胞因子的 CD4+ T 細(xì)胞的百分比，表明 MCs 的存在促進(jìn)了 T 細(xì)胞細(xì)胞因子的產(chǎn)生（圖1 C）。用 IL-33（MCIL-33）激活的 MCs 顯著增加了 IL-9+（在較小程度上還有 IL-13+）CD4+ T 細(xì)胞的百分比，降低了 IL-17+ T 細(xì)胞的百分比，而不影響 IFN-γ+ 或 IL-4+ T 細(xì)胞的比例（圖1 C）。此外，在 MCIL-33 存在下，IL-9+ 細(xì)胞的數(shù)量增加（圖1 D）。這些結(jié)果表明，IL-33 增強了 MCs 驅(qū)動 Th 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-13 和 IL-9 的能力。

圖1    IL-33 激活的 MC 驅(qū)動活化的 CD4+ Th 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-9 。

由于 IL-33 賦予 MCs 促進(jìn) Th 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-9 的能力，因此接下來試圖闡明這種現(xiàn)象的潛在機(jī)制。研究人員探討了 IL-33 刺激后 MCs 中上調(diào)的基因是否可能在 MCs 和活化的記憶 CD4+ T 細(xì)胞之間的相互作用中發(fā)揮作用。基于RNAseq 數(shù)據(jù)和公開數(shù)據(jù)集檢索，發(fā)現(xiàn) IL-33 在 MCs 中上調(diào)了參與 T 細(xì)胞共刺激的幾種分子的表達(dá)，如 CD80、CD58、ICAM1 和 TNF 超家族（TNFSF）分子 CD70（TNFSF7）、OX40L（TNFSF4）和 CD137L（TNFSF9）（圖2 A、B）。在這些分子中，實驗專注于 OX40L，因為它被證明與 Th2 驅(qū)動有關(guān)。

流式細(xì)胞術(shù)證實，IL-33 誘導(dǎo) MC 表面的 OX40L 表達(dá)（圖2 C、D）。由于其他 2 型反應(yīng)警報素可能啟動 MCs，并且據(jù)報道，在人 CD11c+ DCs 中，OX40L 表達(dá)響應(yīng) TSLP 而不是 IL-33，因此，分析了 TSLP 和 IL-25 啟動 MC 的影響，發(fā)現(xiàn)這些警報素不會誘導(dǎo) MC 表面的 OX40L 表達(dá)。為了測試 OX40/OX40L 共刺激對 Th 細(xì)胞極化的影響，使用抗-OX40L 阻斷單克隆抗體 oxelumab。添加 oxelumab 顯著損害了 MC 增加 IL-9 + Th 細(xì)胞百分比的能力（圖2 E、F）。還注意到在 oxelumab 的存在下降低了 IL-13 + Th 細(xì)胞比例的趨勢。這些結(jié)果表明，在共培養(yǎng)系統(tǒng)中，需要 OX40 刺激來促進(jìn) Th 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-9（在較小程度上是 IL-13）。

圖2    MCs 中 IL-33 誘導(dǎo)的 OX40L 促進(jìn) Th 細(xì)胞中 IL-9 的產(chǎn)生。

以往研究表明，干擾素-γ（IFN-γ）在 MCs（MHC-II類分子和共刺激分子）中誘導(dǎo)抗原呈遞細(xì)胞（APC）表型，因此實驗測試了 IL-33 是否也作用于 MCs 在同源相互作用時極化 Th 細(xì)胞的能力。用 IFN-γ 刺激 MCs 48 小時來誘導(dǎo) MCs 的 APC 表型，并分析 IL-33 啟動對其表型（CD54、HLA II 類分子和 OX40L 表達(dá)）的影響。結(jié)果表明，IL-33 與 IFN-γ 協(xié)同誘導(dǎo) MHC II 類分子和 CD54，但 IFN-γ 不影響 MC 表面的 OX40L 表達(dá)。

IFN-γ刺激的 MCs 用細(xì)菌超抗原混合物脈沖，以激活大部分多克隆記憶 CD4+ T 細(xì)胞群，并與 CD4+ 記憶 T 細(xì)胞共培養(yǎng) 6 天（圖3 A）。實驗觀察到，SAg-脈沖 MC 有效地刺激了多克隆 T 細(xì)胞增殖，并且 IL-33 啟動不會改變 MCs 刺激 CD4+ T 細(xì)胞增殖的能力（圖3 B），表明 IL-33 不會改變 MCs 激活效應(yīng)性T細(xì)胞（Teff）細(xì)胞的潛力。

為了檢測共培養(yǎng)時是否確實發(fā)生了 MCIL-33-Th 細(xì)胞同源相互作用以及 OX40L 是否參與免疫突觸（IS），在共培養(yǎng)后 2 小時通過共聚焦激光掃描顯微鏡分析了 IS 的形成。共培養(yǎng) 2 小時后，發(fā)現(xiàn)大約 10% 的 IFN-γ刺激的 MCIL-33 與記憶 CD4+ T 細(xì)胞偶聯(lián)，表明 MCIL-33-CD4+ T 細(xì)胞同源相互作用確實發(fā)生。分析偶聯(lián)物在細(xì)胞間接觸區(qū)域的 OX40L 和 OX40 富集情況，觀察到大約一半的偶聯(lián)物在 IS 處顯示 OX40L 富集，這表明 Th 細(xì)胞 OX40 在與 MCs 的同源相互作用時參與共刺激（圖3 C-E）。

最后，分析了 Th 細(xì)胞在共培養(yǎng)第 6 天產(chǎn)生的細(xì)胞因子（圖3 F）。IL-33 介導(dǎo)的 MCs能夠增加 IL-9+ 和 IL-13+ Th 細(xì)胞的比例以及降低 IL-17+ Th 細(xì)胞的百分比（圖3 F）。阻斷抗-OX40L mAb 的添加表明 IL-9 + Th 細(xì)胞分化需要 OX40-OX40L 相互作用（圖3 G、H）。這些結(jié)果表明，用 IFN-γ 預(yù)處理的 MCIL-33 能夠以同源方式刺激記憶 CD4+ T 細(xì)胞，并通過 OX40L 表達(dá)促進(jìn) IL-9+ Th 細(xì)胞。

圖3   用 IL-33 誘導(dǎo)的抗原呈遞 MCs 以 OX40L 依賴性方式促進(jìn) CD4+ T 細(xì)胞中 IL-9 的產(chǎn)生。

這項研究表明，IL-33 賦予 MCs 以 OX40L 依賴性方式驅(qū)動記憶 CD4+ T 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-9 和 IL-13 的能力。該研究結(jié)果將 MCs 整合到 IL-33 引發(fā)的免疫反應(yīng)中。除了增強 MC 功能和促炎能力外，IL-33 還為 MCs 提供了共刺激分子，其中 OX40L 促進(jìn) Th2 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-13 和 IL-9。同樣，IL-33 介導(dǎo)的 MCs 可以提供浸潤的 Th 細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子所需的線索，并通過 OX40-OX40L 相互作用提供塑造產(chǎn)生細(xì)胞因子組的信號，這里是 IL-9 和 IL-13。

參考文獻(xiàn)：Battut L, Leveque E, Valitutti S, Cenac N, Dietrich G, Espinosa E. IL-33-primed human mast cells drive IL-9 production by CD4+ effector T cells in an OX40L-dependent manner. Front Immunol. 2024 Oct 2;15:1470546. doi: 10.3389/fimmu.2024.1470546. PMID: 39416773; PMCID: PMC11479898.

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