Em formação

42.2D: Linfócitos T citotóxicos e superfícies mucosas - Biologia


O sistema linfático abriga grandes populações de células imunes que são liberadas após a detecção de um patógeno.

objetivos de aprendizado

  • Descreva as características do sistema linfático conforme se relacionam com a resposta imunológica

Pontos chave

  • O sistema linfático contém linfa: um fluido que banha tecidos e órgãos e contém glóbulos brancos (não glóbulos vermelhos).
  • Uma vez que as células B e T amadurecem, a maioria delas entra no sistema linfático, onde são armazenadas nos linfonodos até serem necessárias.
  • Os linfonodos também armazenam células dendríticas e macrófagos; à medida que os antígenos são filtrados pelo sistema linfático, essas células os coletam para apresentá-los às células B e T.
  • O baço, que está para o sangue assim como os gânglios linfáticos estão para a linfa, filtra do sangue substâncias estranhas e patógenos complexos com anticorpos.

Termos chave

  • linfa: um fluido corporal incolor, aquoso, transportado pelo sistema linfático, consistindo principalmente de glóbulos brancos

Sistema linfático

A linfa, o fluido aquoso que banha os tecidos e órgãos, contém glóbulos brancos protetores, mas não contém eritrócitos (glóbulos vermelhos). A linfa se move pelo corpo através do sistema linfático, que é composto de vasos, dutos linfáticos, glândulas linfáticas e órgãos como amígdalas, adenóides, timo e baço. Embora o sistema imunológico seja caracterizado por células circulantes por todo o corpo, a regulação, a maturação e a intercomunicação dos fatores imunológicos ocorrem em locais específicos conhecidos como nódulos linfáticos.

O sangue circula células do sistema imunológico, proteínas e outros fatores por todo o corpo. Aproximadamente 0,1 por cento de todas as células do sangue são leucócitos, que incluem monócitos (o precursor dos macrófagos) e linfócitos. A maioria das células do sangue são glóbulos vermelhos. As células do sistema imunológico podem viajar entre os sistemas circulatório linfático e sanguíneo distintos, que são separados pelo espaço intersticial, por um processo chamado extravasamento (passando para o tecido circundante).

Lembre-se de que as células do sistema imunológico se originam das células-tronco da medula óssea. A maturação das células B ocorre na medula óssea, enquanto as células progenitoras migram da medula óssea e se desenvolvem e amadurecem em células T virgens no órgão denominado timo. Na maturação, os linfócitos T e B circulam para vários destinos. Os gânglios linfáticos espalhados por todo o corpo abrigam grandes populações de células T e B, células dendríticas e macrófagos. A linfa reúne antígenos à medida que é drenada dos tecidos. Esses antígenos são filtrados através dos linfonodos antes que a linfa volte à circulação. As células apresentadoras de antígenos (APCs) nos linfonodos capturam e processam antígenos, informando os linfócitos próximos sobre os patógenos potenciais.

O baço abriga células B e T, macrófagos, células dendríticas e células NK. O baço também é o local onde as APCs que possuem partículas estranhas presas no sangue podem se comunicar com os linfócitos. Os anticorpos são sintetizados e secretados por células plasmáticas ativadas no baço, que filtra substâncias estranhas e patógenos complexados com anticorpos do sangue. Funcionalmente, o baço está para o sangue assim como os gânglios linfáticos estão para a linfa.


Sistema imunológico mucoso

O sistema imunológico da mucosa é rigidamente regulado para evitar reações imunológicas inadequadas aos antígenos alimentares ou à flora comensal, e é responsável por proteger uma vasta área de superfície contra a entrada de patógenos. Os antígenos podem obter acesso ao sistema imunológico da mucosa por uma série de mecanismos diferentes, incluindo a captação direta de DC e a captação de antígeno facilitada por anticorpos. A resposta normal aos antígenos alimentares é uma resposta de tolerância ativa mediada por células T reguladoras, que são induzidas por IL-10, TGF-β e ácido retinóico secretado por DCs e macrófagos residentes. Esses mecanismos imunológicos são críticos para a prevenção de patologia induzida por alimentos ou flora.


A integrina alfa M290 beta 7 de células T da mucosa reconhece um ligante nas linhas de células epiteliais da mucosa

A integrina alfa M290 beta 7 é expressa em altos níveis nas células T da mucosa, particularmente nas do epitélio do intestino. Nós agora relatamos que um hibridoma de células T de camundongo, MTC-1, com expressão de superfície semelhante desta molécula, aderiu fortemente às células da linha de carcinoma retal de camundongo CMT93 e que a adesão foi bloqueada completamente pelo anticorpo monoclonal (mAb) M290. Outro mAb para as subunidades alfa M290 ou beta 7 teve pouco ou nenhum efeito inibitório. M290 também inibiu a adesão do hibridoma às células dos carcinomas de pulmão de camundongo CTM64 / 61 e KLN205, mas teve pouco ou nenhum efeito na adesão a sete outras linhas de células epiteliais de camundongo ou à linha de carcinoma do cólon humano, HT29. Linfócitos intraepiteliais (IEL) isolados do intestino delgado de camundongos BALB / c exibiram função efetora citotóxica dependente do receptor de células T potente contra CMT93 na presença de baixas concentrações de lectina de Phytolacca americana. Esta atividade citotóxica também foi inibida pelo mAb M290. O tratamento de células CMT93 com fator de necrose tumoral alfa e interferon-gama induziu a expressão de novo de ICAM-1 e reduziu o efeito inibitório de M290 em testes de adesão e citotoxicidade. Em outros experimentos, a atividade citotóxica do IEL contra o mastocitoma P815 foi investigada. Esta célula alvo foi considerada como não possuindo um ligante para a integrina. Neste caso, a função efectora citotóxica foi desencadeada pelo mAb anti-CD3 e, ao contrário dos resultados com CMT93, a lise da célula alvo foi aumentada na presença de M290 e outros anticorpos para a integrina, sugerindo um efeito coestimulador. Estes resultados mostram que alfa M290 beta 7 reconhece um ligante na superfície de certas linhas de células epiteliais. Além disso, eles fornecem a primeira indicação clara de que esta integrina pode desempenhar um papel importante nas interações funcionais entre as células T e o epitélio da mucosa.


Vacinas para imunidade da mucosa para combater doenças infecciosas emergentes

O sistema imunológico da mucosa consiste em moléculas, células e estruturas linfoides organizadas destinadas a fornecer imunidade a patógenos que colidem com as superfícies da mucosa. A infecção da mucosa por patógenos intracelulares resulta na indução de imunidade mediada por células, manifestada por células T auxiliares CD4-positivas (CD4 +) tipo 1, bem como linfócitos T citotóxicos CD8 +. Essas respostas são normalmente acompanhadas pela síntese de anticorpos secretores de imunoglobulina A (S-IgA), que fornecem uma importante primeira linha de defesa contra a invasão de tecidos mais profundos por esses patógenos. Vacinas virais vivas atenuadas de nova geração, como as vacinas contra influenza nasal recombinante adaptadas ao frio e rotavírus orais, otimizam essa forma de proteção imunológica da mucosa. Apesar desses avanços, doenças infecciosas novas e reemergentes estão inclinando a balança a favor do parasita. O desenvolvimento contínuo de vacinas mucosas será necessário para combater efetivamente essas novas ameaças.


BIO 140 - Biologia Humana I - Livro Didático

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Capítulo 25

A resposta imune adaptativa: linfócitos T e seus tipos funcionais

  • Explique as vantagens da resposta imune adaptativa sobre a resposta imune inata
  • Liste as várias características de um antígeno
  • Descreva os tipos de receptores de antígenos de células T
  • Descreva as etapas do desenvolvimento de células T
  • Descreva os principais tipos de células T e suas funções

As respostas imunes inatas (e respostas induzidas precocemente) são, em muitos casos, ineficazes no controle completo do crescimento do patógeno. No entanto, eles retardam o crescimento do patógeno e permitem que a resposta imune adaptativa fortaleça e controle ou elimine o patógeno. O sistema imunológico inato também envia sinais às células do sistema imunológico adaptativo, orientando-as sobre como atacar o patógeno. Portanto, esses são os dois braços importantes da resposta imune.

Os benefícios da resposta imune adaptativa

A especificidade da resposta imune adaptativa & mdashits capacidade de reconhecer especificamente e fazer uma resposta contra uma ampla variedade de patógenos & mdashis sua grande força. Os antígenos, pequenos grupos químicos frequentemente associados a patógenos, são reconhecidos por receptores na superfície dos linfócitos B e T. A resposta imune adaptativa a esses antígenos é tão versátil que pode responder a quase qualquer patógeno. Esse aumento na especificidade ocorre porque a resposta imune adaptativa tem uma maneira única de desenvolver até 1011 ou 100 trilhões de receptores diferentes para reconhecer quase todos os patógenos concebíveis. Como tantos tipos diferentes de anticorpos podem ser codificados? E quanto às muitas especificidades das células T? Não há DNA suficiente em uma célula para ter um gene separado para cada especificidade. O mecanismo foi finalmente elaborado nas décadas de 1970 e 1980, usando as novas ferramentas da genética molecular

Doença primária e memória imunológica

A primeira exposição do sistema imunológico a um patógeno é chamada de resposta adaptativa primária. Os sintomas de uma primeira infecção, chamada doença primária, são sempre relativamente graves porque leva tempo para que uma resposta imune adaptativa inicial a um patógeno se torne efetiva.

Após a reexposição ao mesmo patógeno, uma resposta imune adaptativa secundária é gerada, que é mais forte e mais rápida que a resposta primária. A resposta adaptativa secundária geralmente elimina um patógeno antes que ele possa causar dano significativo ao tecido ou quaisquer sintomas. Sem sintomas, não há doença, e o indivíduo nem percebe a infecção. Essa resposta secundária é a base da memória imunológica, que nos protege de contrair doenças repetidamente do mesmo patógeno. Por esse mecanismo, a exposição de um indivíduo a patógenos no início da vida poupa a pessoa dessas doenças mais tarde na vida.

Auto Reconhecimento

Uma terceira característica importante da resposta imune adaptativa é sua capacidade de distinguir entre autoantígenos, aqueles que estão normalmente presentes no corpo, e antígenos estranhos, aqueles que podem estar em um patógeno potencial. À medida que as células T e B amadurecem, existem mecanismos que as impedem de reconhecer o autoantígeno, evitando uma resposta imunológica prejudicial ao corpo. Esses mecanismos não são 100 por cento eficazes, entretanto, e seu colapso leva a doenças auto-imunes, que serão discutidas posteriormente neste capítulo.

Respostas imunológicas mediadas por células T

As células primárias que controlam a resposta imune adaptativa são os linfócitos, as células T e B. As células T são particularmente importantes, pois não apenas controlam uma infinidade de respostas imunes diretamente, mas também controlam as respostas imunes das células B em muitos casos também. Assim, muitas das decisões sobre como atacar um patógeno são feitas no nível das células T, e o conhecimento de seus tipos funcionais é crucial para compreender o funcionamento e a regulação das respostas imunes adaptativas como um todo.

Os linfócitos T reconhecem antígenos com base em um receptor de proteína de duas cadeias. O mais comum e importante deles são os receptores de células T alfa-beta (Figura 1).

Figura 1: Observe as regiões constantes e variáveis ​​de cada cadeia, ancoradas pela região transmembrana.

Existem duas cadeias no receptor de células T, e cada cadeia consiste em dois domínios. O domínio da região variável está mais distante da membrana da célula T e é assim chamado porque sua sequência de aminoácidos varia entre os receptores. Em contraste, o domínio da região constante tem menos variação. As diferenças nas sequências de aminoácidos dos domínios variáveis ​​são a base molecular da diversidade de antígenos que o receptor pode reconhecer. Assim, o sítio de ligação ao antígeno do receptor consiste nas extremidades terminais de ambas as cadeias do receptor, e as sequências de aminoácidos dessas duas áreas se combinam para determinar sua especificidade antigênica. Cada célula T produz apenas um tipo de receptor e, portanto, é específica para um único antígeno particular.

Antigens

Antígenos em patógenos são geralmente grandes e complexos e consistem em muitos determinantes antigênicos. Um determinante antigênico (epítopo) é uma das pequenas regiões dentro de um antígeno à qual um receptor pode se ligar, e os determinantes antigênicos são limitados pelo tamanho do próprio receptor. Eles geralmente consistem em seis ou menos resíduos de aminoácidos em uma proteína, ou uma ou duas porções de açúcar em um antígeno de carboidrato. Os determinantes antigênicos em um antígeno de carboidrato são geralmente menos diversos do que em um antígeno de proteína. Os antígenos de carboidratos são encontrados nas paredes das células bacterianas e nos glóbulos vermelhos (os antígenos do grupo sanguíneo ABO). Os antígenos proteicos são complexos devido à variedade de formas tridimensionais que as proteínas podem assumir e são especialmente importantes para as respostas imunológicas a vírus e vermes parasitas. É a interação da forma do antígeno e a forma complementar dos aminoácidos do sítio de ligação ao antígeno que explica a base química da especificidade (Figura 2).

Figura 2: Um antígeno de proteína típico tem vários determinantes antigênicos, mostrados pela capacidade das células T com três especificidades diferentes para se ligarem a partes diferentes do mesmo antígeno.

Processamento e apresentação de antígenos

Embora a Figura 2 mostre receptores de células T interagindo com determinantes antigênicos diretamente, o mecanismo que as células T usam para reconhecer antígenos é, na realidade, muito mais complexo. As células T não reconhecem antígenos de flutuação livre ou ligados às células conforme aparecem na superfície do patógeno. Eles só reconhecem o antígeno na superfície de células especializadas chamadas células apresentadoras de antígeno. Os antígenos são internalizados por essas células. O processamento do antígeno é um mecanismo que cliva enzimaticamente o antígeno em pedaços menores. Os fragmentos de antígeno são então trazidos para a superfície da célula e associados a um tipo especializado de proteína apresentadora de antígeno conhecida como molécula do complexo principal de histocompatibilidade (MHC). O MHC é o agrupamento de genes que codificam essas moléculas apresentadoras de antígenos. A associação dos fragmentos de antígeno com uma molécula de MHC na superfície de uma célula é conhecida como apresentação de antígeno e resulta no reconhecimento do antígeno por uma célula T. Essa associação de antígeno e MHC ocorre dentro da célula, e é o complexo dos dois que é trazido à superfície. A fenda de ligação do peptídeo é uma pequena reentrância na extremidade da molécula de MHC que está mais distante da membrana celular. É aqui que fica o fragmento processado do antígeno. As moléculas de MHC são capazes de apresentar uma variedade de antígenos, dependendo da sequência de aminoácidos, em suas fendas de ligação a peptídeos. É a combinação da molécula de MHC e o fragmento do peptídeo ou carboidrato original que é fisicamente reconhecido pelo receptor de células T (Figura 3).

Dois tipos distintos de moléculas de MHC, MHC de classe I e MHC de classe II, desempenham papéis na apresentação de antígenos. Embora produzidos a partir de genes diferentes, ambos têm funções semelhantes. Eles trazem o antígeno processado para a superfície da célula por meio de uma vesícula de transporte e apresentam o antígeno à célula T e seu receptor. Antígenos de diferentes classes de patógenos, no entanto, usam diferentes classes MHC e seguem diferentes rotas através da célula para chegar à superfície para apresentação. O mecanismo básico, porém, é o mesmo. Os antígenos são processados ​​por digestão, são trazidos para o sistema de endomembrana da célula e, em seguida, são expressos na superfície da célula apresentadora de antígeno para reconhecimento do antígeno por uma célula T. Os antígenos intracelulares são típicos de vírus, que se replicam dentro da célula, e de alguns outros parasitas e bactérias intracelulares. Esses antígenos são processados ​​no citosol por um complexo enzimático conhecido como proteassoma e, em seguida, são trazidos para o retículo endoplasmático pelo sistema de transporte associado ao processamento de antígenos (TAP), onde interagem com moléculas de MHC de classe I e, eventualmente, são transportados para a célula superfície por uma vesícula de transporte.

Os antígenos extracelulares, característicos de muitas bactérias, parasitas e fungos que não se replicam dentro do citoplasma da célula, são trazidos para o sistema de endomembrana da célula por endocitose mediada por receptor. A vesícula resultante se funde com as vesículas do complexo de Golgi, que contêm moléculas MHC de classe II pré-formadas. Após a fusão dessas duas vesículas e a associação do antígeno e do MHC, a nova vesícula segue para a superfície da célula.

Células apresentadoras de antígenos profissionais

Muitos tipos de células expressam moléculas de classe I para a apresentação de antígenos intracelulares. Essas moléculas de MHC podem então estimular uma resposta imune de células T citotóxicas, eventualmente destruindo a célula e o patógeno dentro dela. Isso é especialmente importante quando se trata da classe mais comum de patógenos intracelulares, o vírus. Os vírus infectam quase todos os tecidos do corpo, então todos esses tecidos devem necessariamente ser capazes de expressar MHC de classe I ou nenhuma resposta de células T pode ser feita.

Por outro lado, as moléculas de MHC de classe II são expressas apenas nas células do sistema imunológico, especificamente nas células que afetam outros braços da resposta imunológica. Assim, essas células são chamadas de células apresentadoras de antígeno & ldquoprofessional & rdquo para distingui-las daquelas que possuem MHC de classe I. Os três tipos de apresentadores profissionais de antígenos são macrófagos, células dendríticas e células B (Tabela 1).

Os macrófagos estimulam as células T a liberar citocinas que aumentam a fagocitose. As células dendríticas também matam os patógenos por fagocitose (ver Figura 2), mas sua função principal é levar antígenos para os linfonodos de drenagem regionais. Os gânglios linfáticos são os locais em que a maioria das respostas das células T contra patógenos dos tecidos intersticiais são montadas. Os macrófagos são encontrados na pele e no revestimento das superfícies mucosas, como a nasofaringe, estômago, pulmões e intestinos. As células B também podem apresentar antígenos às células T, que são necessários para certos tipos de respostas de anticorpos, que serão abordados posteriormente neste capítulo.

Tabela 1: Classes de células apresentadoras de antígeno

MHC Tipo de célula Fagocítico? Função
Classe I Muitos Não Estimula a resposta imune de células T citotóxicas
Classe II Macrófago sim Estimula a fagocitose e a apresentação no local da infecção primária
Classe II Dendrítico Sim, em tecidos Traz antígenos para os linfonodos regionais
Classe II Célula B Sim, internaliza Ig de superfície e antígeno Estimula a secreção de anticorpos pelas células B

Desenvolvimento e diferenciação de células T

O processo de eliminação de células T que podem atacar as células do próprio corpo é conhecido como tolerância de células T. Embora os timócitos estejam no córtex do timo, eles são chamados de & ldquodouble negativos & rdquo, o que significa que não carregam as moléculas CD4 ou CD8 que você pode usar para seguir suas vias de diferenciação (Figura 4). No córtex do timo, eles são expostos a células epiteliais corticais. Em um processo conhecido como seleção positiva, os timócitos duplo-negativos ligam-se às moléculas de MHC que observam no epitélio tímico e as moléculas de MHC do "próprio" são selecionadas. Este mecanismo mata muitos timócitos durante a diferenciação de células T. Na verdade, apenas 2% dos timócitos que entram no timo o deixam como células T funcionais maduras.

Figura 4: Os timócitos entram no timo e passam por uma série de estágios de desenvolvimento que garantem função e tolerância antes de saírem e se tornarem componentes funcionais da resposta imune adaptativa.

Mais tarde, as células tornam-se duplamente positivas que expressam os marcadores CD4 e CD8 e se movem do córtex para a junção entre o córtex e a medula. É aqui que ocorre a seleção negativa. Na seleção negativa, os autoantígenos são trazidos para o timo de outras partes do corpo por células apresentadoras de antígenos profissionais. As células T que se ligam a esses autoantígenos são selecionadas negativamente e são mortas por apoptose. Em resumo, as únicas células T restantes são aquelas que podem se ligar a moléculas de MHC do corpo com antígenos estranhos apresentados em suas fendas de ligação, evitando um ataque aos próprios tecidos do corpo, pelo menos em circunstâncias normais. A tolerância pode ser quebrada, entretanto, pelo desenvolvimento de uma resposta auto-imune, a ser discutida posteriormente neste capítulo.

As células que deixam o timo tornam-se positivas únicas, expressando CD4 ou CD8, mas não ambos (ver Figura 4). As células T CD4 + ligam-se ao MHC classe II e as células CD8 + ligam-se ao MHC classe I. A discussão a seguir explica as funções dessas moléculas e como elas podem ser usadas para diferenciar entre os diferentes tipos funcionais de células T.

Mecanismos de respostas imunológicas mediadas por células T

As células T maduras tornam-se ativadas pelo reconhecimento de antígenos estranhos processados ​​em associação com uma molécula de MHC própria e começam a se dividir rapidamente por mitose. Essa proliferação de células T é chamada de expansão clonal e é necessária para tornar a resposta imune forte o suficiente para controlar efetivamente um patógeno. Como o corpo seleciona apenas as células T que são necessárias contra um patógeno específico? Novamente, a especificidade de uma célula T é baseada na sequência de aminoácidos e na forma tridimensional do local de ligação ao antígeno formado pelas regiões variáveis ​​das duas cadeias do receptor de célula T (Figura 5). A seleção clonal é o processo de ligação do antígeno apenas às células T que possuem receptores específicos para aquele antígeno. Cada célula T que é ativada tem um receptor específico & ldquohard-wired & rdquo em seu DNA, e todos os seus descendentes terão DNA e receptores de células T idênticos, formando clones da célula T original.

Figura 5: As células-tronco se diferenciam em células T com receptores específicos, chamados clones. Os clones com receptores específicos para antígenos do patógeno são selecionados e expandidos.

Seleção Clonal e Expansão

A teoria da seleção clonal foi proposta por Frank Burnet na década de 1950. No entanto, o termo seleção clonal não é uma descrição completa da teoria, visto que a expansão clonal anda de mãos dadas com o processo de seleção. O princípio principal da teoria é que um indivíduo típico tem uma infinidade (10 11) de diferentes tipos de clones de células T com base em seus receptores. Nesse uso, um clone é um grupo de linfócitos que compartilham o mesmo receptor de antígeno. Cada clone está necessariamente presente no corpo em números baixos. Do contrário, o corpo não teria espaço para linfócitos com tantas especificidades.

Apenas aqueles clones de linfócitos cujos receptores são ativados pelo antígeno são estimulados a proliferar. Lembre-se de que a maioria dos antígenos tem vários determinantes antigênicos, portanto, uma resposta de células T a um antígeno típico envolve uma resposta policlonal. Uma resposta policlonal é a estimulação de múltiplos clones de células T. Uma vez ativados, os clones selecionados aumentam em número e fazem muitas cópias de cada tipo de célula, cada clone com seu receptor único. Quando esse processo estiver concluído, o corpo terá um grande número de linfócitos específicos disponíveis para combater a infecção (ver Figura 5).

A base celular da memória imunológica

Como já discutido, uma das principais características de uma resposta imune adaptativa é o desenvolvimento da memória imunológica.

Durante uma resposta imune adaptativa primária, tanto as células T de memória quanto as células T efetoras são geradas. As células T de memória têm vida longa e podem até persistir por toda a vida. As células de memória são preparadas para agir rapidamente. Assim, qualquer exposição subsequente ao patógeno irá provocar uma resposta de células T muito rápida. Essa resposta adaptativa secundária rápida gera um grande número de células T efetoras tão rapidamente que o patógeno costuma ser sobrecarregado antes de causar qualquer sintoma de doença. Isso é o que significa imunidade a uma doença. O mesmo padrão de respostas imunes primária e secundária ocorre nas células B e na resposta de anticorpos, como será discutido mais adiante neste capítulo.

Tipos de células T e suas funções

Na discussão sobre o desenvolvimento de células T, você viu que as células T maduras expressam o marcador CD4 ou o marcador CD8, mas não ambos. Esses marcadores são moléculas de adesão celular que mantêm a célula T em contato próximo com a célula apresentadora de antígeno, ligando-se diretamente à molécula de MHC (a uma parte diferente da molécula do antígeno). Assim, as células T e as células apresentadoras de antígeno são mantidas juntas de duas maneiras: por CD4 ou CD8 ligando-se ao MHC e pelo receptor de células T ligando-se ao antígeno (Figura 6).

Figura 6: (a) CD4 está associado a células T auxiliares e regulatórias. Um patógeno extracelular é processado e apresentado na fenda de ligação de uma molécula de MHC de classe II, e essa interação é fortalecida pela molécula CD4. (b) CD8 está associado a células T citotóxicas. Um patógeno intracelular é apresentado por uma molécula de MHC de classe I e o CD8 interage com ela.

Embora a correlação não seja 100 por cento, as células T portadoras de CD4 estão associadas a funções auxiliares e as células T portadoras de CD8 estão associadas à citotoxicidade. Essas distinções funcionais baseadas nos marcadores CD4 e CD8 são úteis na definição da função de cada tipo.

Células T auxiliares e suas citocinas

As células T auxiliares (Th), portadoras da molécula CD4, funcionam secretando citocinas que atuam para aumentar outras respostas imunológicas. Existem duas classes de células Th e atuam em diferentes componentes da resposta imune. Essas células não são distinguidas por suas moléculas de superfície, mas pelo conjunto característico de citocinas que secretam (Tabela 2).

As células Th1 são um tipo de célula T auxiliar que secreta citocinas que regulam a atividade imunológica e o desenvolvimento de uma variedade de células, incluindo macrófagos e outros tipos de células T.

As células Th2, por outro lado, são células secretoras de citocinas que atuam nas células B para conduzir sua diferenciação em células plasmáticas que produzem anticorpos. Na verdade, a ajuda das células T é necessária para as respostas dos anticorpos à maioria dos antígenos protéicos, e esses são chamados de antígenos dependentes de células T.

Células T citotóxicas

As células T citotóxicas (Tc) são células T que matam as células-alvo induzindo a apoptose usando o mesmo mecanismo das células NK. Eles expressam o ligante Fas, que se liga à molécula fas na célula-alvo, ou agem usando perforinas e granzimas contidas em seus grânulos citoplasmáticos. Como foi discutido anteriormente com as células NK, matar uma célula infectada por vírus antes que o vírus pudesse completar seu ciclo de replicação resulta na produção de partículas infecciosas. À medida que mais células Tc são desenvolvidas durante uma resposta imune, elas sobrecarregam a capacidade do vírus de causar doenças. Além disso, cada célula Tc pode matar mais de uma célula-alvo, tornando-as especialmente eficazes. As células Tc são tão importantes na resposta imune antiviral que alguns especulam que essa foi a principal razão pela qual a resposta imune adaptativa evoluiu.

Células T regulatórias

As células T reguladoras (Treg), ou células T supressoras, são as mais recentemente descobertas dos tipos listados aqui, portanto, menos se sabe sobre elas. Além do CD4, eles carregam as moléculas CD25 e FOXP3. Exatamente como funcionam ainda está sob investigação, mas sabe-se que suprimem outras respostas imunológicas das células T. Esta é uma característica importante da resposta imune, porque se a expansão clonal durante as respostas imunes continuasse descontrolada, essas respostas poderiam levar a doenças autoimunes e outros problemas médicos.

As células T não apenas destroem diretamente os patógenos, mas também regulam quase todos os outros tipos de resposta imune adaptativa, como evidenciado pelas funções dos tipos de células T, seus marcadores de superfície, as células nas quais atuam e os tipos de patógenos eles trabalham contra (ver Tabela 2).

Tabela 2: Funções dos tipos de células T e suas citocinas

Célula T Alvo principal Função Patógeno Marcador de superfície MHC Citocinas ou mediadores
Tc Células infectadas Citotoxicidade Intracelular CD8 Classe I Perforinas, granzimas e ligante fas
Th1 Macrófago Indutor auxiliar Extracelular CD4 Classe II Interferon- & gama e TGF- & beta
Th2 Célula B Indutor auxiliar & gtExtracelular CD4 Classe II IL-4, IL-6, IL-10 e outros
Treg Célula th Supressor Nenhum CD4, CD25 ? TGF- & beta e IL-10

Revisão do Capítulo

As células T reconhecem antígenos com seu receptor de antígeno, um complexo de duas cadeias de proteínas em sua superfície. Eles não reconhecem autoantígenos, entretanto, mas apenas antígenos processados ​​apresentados em suas superfícies em um sulco de ligação de uma molécula de complexo principal de histocompatibilidade. As células T se desenvolvem no timo, onde aprendem a usar moléculas de MHC próprias para reconhecer apenas antígenos estranhos, tornando-as tolerantes a antígenos próprios. Existem vários tipos funcionais de linfócitos T, sendo os principais as células T auxiliares, regulatórias e citotóxicas.


10-15. IgA secretora é o isotipo de anticorpo associado ao sistema imunológico da mucosa

O isotipo de anticorpo dominante do sistema imunológico da mucosa é IgA. Esta classe de anticorpos é encontrada em humanos em duas formas isotípicas, IgA1 e IgA2. A expressão de IgA difere entre os dois compartimentos principais nos quais é encontrada & # x02014 sangue e secreções mucosas. No sangue, a IgA é encontrada principalmente como um monômero e a proporção de IgA1 para IgA2 é de aproximadamente 4: 1. Nas secreções da mucosa, a IgA é quase exclusivamente produzida como um dímero e a proporção de IgA1 para IgA2 é de aproximadamente 3: 2. Vários patógenos intestinais comuns possuem enzimas proteolíticas que podem digerir IgA1, enquanto IgA2 é muito mais resistente à digestão. A maior proporção de células plasmáticas que secretam IgA2 na lâmina própria do intestino pode, portanto, ser consequência da pressão seletiva de patógenos contra indivíduos com baixos níveis de IgA2 no intestino. O mecanismo de troca de isotipo para IgA é discutido na Seção 9-14.

Existem mecanismos especiais para a secreção de anticorpos poliméricos IgA e IgM no lúmen intestinal (ver Seção 9-13). A IgA e a IgM poliméricas são sintetizadas em todo o intestino por células plasmáticas localizadas na lâmina própria e transportadas para o intestino por células epiteliais imaturas localizadas na base das criptas intestinais. Estes expressam o receptor de imunoglobulina polimérica em suas superfícies basolaterais. Este receptor se liga a IgA ou IgM polimérica e transporta o anticorpo por transcitose para a superfície luminal do intestino. Ao atingir a superfície luminal do enterócito, o anticorpo é liberado nas secreções por clivagem proteolítica do domínio extracelular do receptor de IgA polimérico. A IgA e a IgM secretadas ligam-se à camada de muco que recobre o epitélio intestinal, onde podem se ligar e neutralizar os patógenos intestinais e seus produtos tóxicos (Fig. 10.20).

Figura 10.20

O principal isótipo de anticorpo presente no lúmen do intestino é a IgA polimérica secretora. Este é sintetizado por células plasmáticas na lâmina própria e transportado para o lúmen do intestino através de células epiteliais na base das criptas. IgA polimérica (mais.)


Resultados

A imunização com rAd intramuscular induz respostas potentes e duráveis ​​de linfócitos T CD8 + da mucosa

We first studied the ability of intramuscularly administered rAd serotype 5 (rAd5) vectors to elicit mucosal cellular immune responses. C57BL/6 mice were immunized intramuscularly with 10 9 viral particles (VP) of rAd5 expressing SIV Gag (rAd5-Gag), and Gag-specific CD8+ T-lymphocyte responses specific for the dominant D b -restricted epitope AL11 (AAVKNWMTQTL) (30) were assessed by D b /AL11 tetramer binding assays over 24 weeks. We evaluated the magnitude and kinetics of AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses in multiple systemic and mucosal compartments, including peripheral blood, spleen, inguinal and mesenteric lymph nodes, Peyer's patches, vaginal mucosa, and the intraepithelial and lamina propria lymphocyte populations (IEL and LPL) of both the small and large intestines. To determine the effector or memory phenotype of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes, multiparameter flow cytometry was utilized to assess CD44, CD62L and CD127 expression (37-39). Lymphocytes from systemic and mucosal compartments exhibited comparable viability as determined by vital dye exclusion and their ability to produce interferon-γ (IFN-γ) and interleukin-2 (IL-2) following stimulation with phytohemagglutinin and ionomycin (data not shown). Lymphocytes isolated from mucosal effector surfaces were also free of contamination from blood or inductive lymphoid tissue, as demonstrated by minimal numbers of naïve (CD44-CD62L+) and central memory (CD44+CD62L+) T-lymphocytes in the cell populations isolated from these compartments (data not shown).

After a single intramuscular immunization with 10 9 VP rAd5-Gag, high frequency AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were observed in multiple systemic and mucosal compartments, as shown for a representative experiment ( Fig. 1A ) or in summary for 4-6 mice per time point ( Fig. 1B ). The kinetics of the responses were similar at all anatomic sites evaluated. At week 2 following vaccination, mean peak AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses in blood were 6.4% of total CD8+ T-lymphocytes, while mean peak responses in spleen were 4.0%. Mean peak responses in both systemic and mucosal lymphoid inductive sites were several-fold lower (inguinal lymph nodes 0.6%, mesenteric lymph nodes 0.7% and Peyer's patches 1.3%). Surprisingly, mean peak responses in small and large bowel lamina propria (6.1% and 4.0%, respectively) were comparable in magnitude to those seen in blood and spleen, although mean peak responses in the small and large bowel IEL compartment were several-fold lower (1.6% in each compartment). In the vaginal tract, mean peak responses were, remarkably, 33% of CD8+ T-lymphocytes. In all anatomic compartments, AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses exhibited considerable durability up to 24 weeks following a single immunization. A similar anatomic distribution of CD8+ T lymphocyte responses was observed after subcutaneous immunization (data not shown).

Intramuscular rAd immunization induces durable high frequency CD8+ T-lymphocyte memory in multiple mucosal compartments. C57BL/6 mice were immunized intramuscularly with 10 9 VP rAd5-Gag, and AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were followed over a 24-week time course in multiple anatomic compartments using D b /AL11 tetramer binding assays, as shown for a representative experiment (A) and in summary for 4-6 mice/time point in (B). In (C), the memory phenotype (effector, black bars effector memory, white bars and central memory, gray bars) of the AL11-specific CD8+ T-lymphyocyte population was determined at weeks 2 and 24 post-immunization based on expression of CD62L and CD127. Error bars are +/− S.E.

At week 2, AL11-specific CD8+ T-lymphocytes from all anatomic sites exhibited predominantly an effector (CD62L− CD127 low) phenotype ( Fig. 1C ). However, by week 24, AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses transitioned to a memory phenotype, with effector memory lymphocytes (CD62L− CD127 high) present at all anatomic sites and central memory lymphocytes (CD62L+ CD127 high) accumulating preferentially at both mucosal and systemic lymphoid inductive sites ( Fig. 1C ). These data demonstrate the phenotypic changes of vaccine-elicited CD8+ T-lymphocytes over time in the development of systemic and mucosal CD8+ T-lymphocyte memory at both inductive and effector sites.

To assess the functionality of vaccine-elicited mucosal CD8+ T-lymphocyte responses, we performed intracellular cytokine staining (ICS) assays to evaluate antigen-specific IFN-γ and IL-2 production at week 2 following intramuscular vaccination with 10 9 VP rAd5-Gag. High-frequency IFN-γ+ CD8+ T-lymphocyte responses were observed in multiple systemic and mucosal compartments following stimulation with either pooled SIV Gag peptides or the immunodominant AL11 peptide, and the anatomic distribution of these responses was concordant with the tetramer binding assays, as shown in representative mice ( Fig. 2A ) and in summary for 6 mice per group ( Fig. 2B ). IL-2+ CD8+ T-lymphocyte responses were of lower magnitude as compared with IFN-γ responses, consistent with our ongoing studies of rAd5 vectors in rhesus monkeys (40), but the magnitude of IL-2 responses nevertheless remained comparable between spleen and small bowel lamina propria ( Fig. 2C ). The majority of IL-2-secreting cells also produced IFN-γ (data not shown). In contrast, little to no IL-4 and IL-10 was secreted by these cell populations (data not shown). Thus, intramuscular immunization with rAd5-Gag induced the accumulation of potent, durable and functional antigen-specific memory CD8+ T-lymphocytes in multiple mucosal compartments. The functionality of the mucosal AL11-specific CD8+ T-lymphocytes elicited by this regimen was further confirmed by their capacity to expand and to control an intranasal rVaccinia-Gag challenge (data not shown).

Intramuscular rAd immunization induces high frequency functional mucosal CD8+ T-lymphocyte responses but low frequency mucosal CD4+ T-lymphocyte responses. C57BL/6 mice were immunized intramuscularly with 10 9 VP rAd5-Gag, and CD8+ T-lymphocyte responses to pooled Gag peptides or to the AL11 epitope peptide were monitored at week 2 post-immunization by intracellular cytokine staining for IFN-γ, as shown for a representative experiment in (A) and in summary for 6 mice/group in (B), or for IL-2 (C). C57BL/6 mice (n=6/group) were also immunized intramuscularly with 10 9 VP of rAd5-Gag (D) or primed with 10 9 VP rAd5-Gag and boosted with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag (E), and CD4+ T-cell responses were assessed by intracellular cytokine staining for IFN-γ after stimulation with pooled Gag peptides at week 2 post-immunization. Error bars are +/− S.E.

Although mucosal antigen-specific CD8+ T-lymphocytes may be desirable for a candidate HIV-1 vaccine, it is possible that vaccine-elicited mucosal CD4+ T-lymphocytes may serve as additional targets of HIV-1 infection and prove detrimental. We therefore evaluated the mucosal CD4+ T-lymphocyte responses elicited by intramuscular rAd5-Gag immunization. At week 2 following a single immunization with 10 9 VP rAd5-Gag, low-frequency (0.18%) IFN-γ-secreting CD4+ T-lymphocytes could be detected in spleen following stimulation with pooled SIV Gag peptides ( Fig. 2D ). However, IFN-γ secreting CD4+ T-lymphocytes in the small bowel mucosa were not significantly above background despite clearly detectable CD8+ T-lymphocyte responses in this anatomic compartment ( Fig. 2A-B ). Moreover, IL-2 and IL-4 secreting CD4+ T lymphocytes were not detected in both systemic and mucosal compartments (data not shown). To increase our capacity to detect mucosal CD4+ T-lymphocyte responses, C57BL/6 mice were primed intramuscularly with 10 9 VP rAd5-Gag and boosted with 10 9 VP of the heterologous hexon-chimeric vector rAd5HVR48-Gag (31). At week 2 following the boost immunization, increased Gag-specific CD4+ T-lymphocyte responses were observed in splenocytes, but only low responses were observed in the small bowel mucosa ( Fig. 2E ). Thus, while high frequency IFN-γ and low frequency IL-2 secreting mucosal Gag-specific CD8+ T-lymphocytes were induced following intramuscular rAd5 immunization, Gag-specific CD4+ T-lymphocyte responses were over 10-fold lower in magnitude and only marginally detectable in this model.

We also assessed Gag-specific antibodies in serum, rectal washes and vaginal washes by ELISA in similarly vaccinated mice. Gag-specific IgG was detected in serum following immunization with 10 10 VP rAd5HVR48-Gag, but no Gag-specific IgG or IgA was detected in rectal or vaginal washes (data not shown).

Systemic CD8+ T-lymphocytes rapidly traffic to mucosal surfaces after intramuscular rAd vaccination

The comparable magnitude and kinetics of CD8+ T-lymphocyte responses in systemic and mucosal compartments following intramuscular rAd vaccination suggested a coordinated cellular immune response that bridged anatomic sites, contrasting with the anatomically skewed cellular immune responses reported in prior studies of several different vaccine modalities (6-10). One possibility was that the rAd vectors directly distributed to mucosal sites and primed local responses simultaneously in multiple anatomic compartments. However, GLP-grade rAd biodistribution studies in rabbits supporting regulatory submissions to the FDA showed no evidence of direct vector trafficking to mucosal lymphoid inductive sites following intramuscular immunization utilizing an ultrasensitive and validated quantitative PCR-based assay (D.H.B., unpublished data). These data strongly suggest that T-lymphocyte priming was restricted to systemic inductive sites. We therefore hypothesized that systemic CD8+ T-lymphocytes may have acquired the capacity to migrate to mucosal surfaces and to persist at those sites following intramuscular rAd vaccination.

To explore this possibility, we performed adoptive transfer studies to evaluate the trafficking of systemic CD8+ T-lymphocytes activated by rAd immunization. C57BL/6 mice were primed intramuscularly with 10 9 VP of the rare serotype vector rAd26-Gag (32), and boosted 6 weeks later with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag to generate high frequencies of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes (10% of CD8+ T-lymphocytes in spleen). On day 10 after the boost immunization, systemic CD8+ T-lymphocytes were purified from splenocytes by negative selection using immunomagnetic beads. CD8+ T-lymphocytes were then transferred intravenously to naïve recipient mice, and the anatomic distribution and phenotype of the transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes were determined 14 days later. AL11-specific CD8+ T-lymphocytes from spleen rapidly migrated from the blood to all anatomic sites examined and established a tissue distribution pattern that recapitulated that seen after direct immunization, as shown for a representative experiment ( Fig. 3A ) and in summary for 5 mice ( Fig. 3B ). Moreover, the anatomic distribution of effector and memory phenotypes of the transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes ( Fig. 3C ) proved comparable with that seen after active immunization ( Fig. 1C ), with central memory cells accumulating at systemic and mucosal inductive sites but largely excluded from mucosal effector surfaces. Importantly, transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes that trafficked to the gastrointestinal tract also markedly increased expression of integrins and chemokine receptors critical for intestinal homing. 㬧 integrin, CCR9 and CD103 (integrin αIEL) (1, 41) were dramatically upregulated on AL11-specific CD8+ T-lymphocytes migrating to gastrointestinal LPL and IEL compartments despite being expressed at very low levels on donor lymphocytes prior to adoptive transfer ( Fig. 3D ). These findings suggest that vaccine-activated, systemic CD8+ T-lymphocytes exhibited substantial phenotypic plasticity as well as the capacity to traffic widely to mucosal tissues.

Systemic CD8+ T-lymphocytes upregulate mucosal homing markers and migrate to multiple mucosal compartments after adoptive transfer. Donor C57BL/6 mice were primed intramuscularly at week 0 with 10 9 VP rAd26-Gag and boosted at week 6 with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag. On day 10 following the boost immunization, CD8+ T-lymphocytes were purified from splenocytes by negative immunomagnetic selection, and 2휐 7 purified lymphocytes were injected intravenously into naïve recipient mice (n=5/experiment). The tissue distribution of transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes was determined at week 2 after adoptive transfer, as shown for a representative experiment (A) and in summary for 5 mice/group in (B). The effector and memory phenotypes (C) and the pattern of mucosal homing marker expression (D) were determined for AL11-specific CD8+ T-lymphocytes both prior to transfer and at week 2 post-transfer.

Given these observations, we hypothesized that intramuscular vaccination altered the migration patterns of antigen-specific CD8+ T-lymphocytes and conferred mucosal homing capacity to these cells, which typically have more restricted trafficking patterns. To compare directly the tissue migration patterns of quiescent and vaccine-activated systemic CD8+ T-lymphocytes, we performed adoptive transfer experiments utilizing congenic mice. Systemic CD8+ T-lymphocytes were purified from splenocytes of naïve CD45.1+ mice (B6.SJL) and transferred intravenously to naïve CD45.2-congenic recipients (C57BL/6). As expected, transferred naïve CD8+ T-lymphocytes migrated rapidly to the spleen and lymph nodes in recipient mice ( Fig. 4A ). However, in the absence of immunization, trafficking of adoptively transferred CD8+ T-lymphocytes to mucosal effector sites was highly restricted at day 14 post-transfer, as demonstrated by the low proportion of CD45.1+ to CD45.2+ CD8+ T-lymphocytes in the gastrointestinal IEL and LPL compartments ( Fig. 4A ). In contrast, intramuscular immunization of the recipient mice with 10 9 VP rAd5-Gag on day 2 post-transfer generated AL11-specific CD45.1+ CD8+ T-lymphocytes that efficiently migrated to gastrointestinal mucosa, as shown by the comparable proportions of these cells relative to AL11-specific CD45.2+ CD8+ T-lymphocytes across both systemic and mucosal compartments on day 14 ( Fig. 4B ). These findings demonstrate that vaccine-activated, but not quiescent, peripheral CD8+ T-lymphocytes have the capacity to migrate rapidly and extensively to multiple mucosal tissues. Moreover, the congenic adoptive transfer system allowed for a comparison of the relative magnitudes of mucosal immune responses generated by adoptively transferred and native CD8+ T-lymphocytes within the same mouse. The comparable responses in multiple anatomic compartments ( Fig. 4B ) suggest that trafficking of systemic lymphocytes to mucosal sites accounted for the vast majority of antigen-specific mucosal CD8+ T-lymphocytes. Thus, trafficking of systemic lymphocytes, rather than direct local priming at mucosal sites, appears to be the predominant mechanism for generating widespread mucosal immunity following systemic vaccination with rAd vectors.

Vaccination facilitates trafficking of systemic CD8+ T-lymphocytes to mucosal surfaces. 10 7 purified systemic CD8+ T-lymphocytes were isolated from splenocytes of naïve CD45.1+ donors and adoptively transferred into naïve congenic CD45.2+ recipients. The ratio of transferred/native CD8+ T-lymphocytes was determined on day 12 post-transfer for the total CD8+ T-lymphocyte population at each anatomic site in the absence of immunization (A) or for the responding AL11-specific CD8+ T-lymphocyte population at each anatomic site on day 14 post-immunization with rAd5-Gag (B). In each case, the top panel demonstrates the gating strategy used for analysis, the middle panel shows a representative experiment, and the bottom panel shows the ratio of transferred/native CD8+ T-lymphocytes at each anatomic site averaged for 4 mice/group. (C) 10 7 purified systemic CD4+ T-lymphocytes were isolated from splenocytes of naïve CD45.1+ donors and adoptively transferred into naïve congenic CD45.2+ recipients. The ratio of transferred/native CD4+ T-lymphocytes was determined on day 14 post-transfer at each anatomic site in the absence of immunization (black bars) or following intramuscular immunization with rAd5-Gag on day 2 (white bars). Error bars are +/− S.E.

We also assessed the capacity of CD4+ T-lymphocytes to traffic to mucosal sites utilizing the same adoptive transfer and immunization protocol. Naïve CD4+ T-lymphocytes exhibited limited capacity to migrate to mucosal sites ( Fig. 4C, black bars ), comparable with the restricted trafficking observed with naïve CD8+ T-lymphocytes ( Fig. 4A ). Vaccination did not detectably increase the capacity of total CD4+ T-lymphocytes to migrate to mucosal surfaces ( Fig. 4C, white bars ). However, we were unable to study the trafficking of antigen-specific CD4+ T-lymphocytes to mucosal surfaces as a result of the low magnitude of Gag-specific CD4+ T-lymphocyte responses in this experimental model ( Fig. 2D-E ).

Heterologous prime-boost regimens with rare serotype and hexon-chimeric rAd vectors elicit potent anamnestic mucosal cellular immune responses

The capacity of antigen-specific CD8+ T-lymphocytes to traffic from systemic to mucosal compartments after a single immunization raised the possibility that mucosal cellular immune responses may increase further following heterologous boost immunizations. However, the anatomic distribution of recall responses has previously been reported to be biased by the site of initial antigen exposure (1, 2). Therefore, we investigated whether repeated intramuscular administration of rAd vectors in heterologous prime-boost regimens would augment mucosal responses or, alternatively, would bias recall responses away from mucosal surfaces. The utility of homologous rAd prime-boost regimens is limited by the inability of homologous vector readministration to boost responses efficiently, as a result of the generation of potent vector-specific neutralizing antibodies by the priming immunization (30, 42, 43). Therefore, we utilized serologically distinct rare serotype and hexon-chimeric rAd vectors for these studies.

Naïve C57BL/6 mice or mice previously primed with 10 9 VP rAd26-Gag were boosted intramuscularly with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag, and CD8+ T-lymphocyte responses were examined in multiple anatomic compartments. As compared with naïve mice, mice previously primed with rAd26-Gag exhibited substantially higher peak frequencies of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes following rAd5HVR48-Gag immunization in both systemic and mucosal compartments ( Fig. 5A ), and the magnitude of the boost effect was comparable at systemic and mucosal sites. After boosting, frequencies of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes approached 20% in the small bowel lamina propria and exceeded 60% in the vaginal tract, and these responses persisted for over 12 weeks. Thus, rather than directing CD8+ T-lymphocyte responses away from mucosal surfaces, boosting with a heterologous vector resulted in potent and persistent secondary recall responses in multiple mucosal compartments.

Heterologous rAd prime-boost regimens are significantly superior to homologous regimens in inducing mucosal CD8+ T-lymphocyte recall responses. (A) To compare primary and recall responses, AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses at week 2 and week 12 following immunization with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag were evaluated in previously naïve C57BL/6 mice (white bars) or in mice primed 6 weeks earlier with 10 9 VP rAd26-Gag (black bars) (n=4/group at each time point). (B) C57BL/6 mice (n=4/group at each time point) were primed intramuscularly at week 0 with 10 9 VP rAd26-Gag and boosted at week 8 with either 10 9 VP rAd26-Gag (homologous vector dashed lines) or 10 9 VP rAd5HVR48-Gag (heterologous vector solid lines). AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were assessed at multiple time points following the priming and boosting immunizations. Means +/− S.E. for each group are shown. Asterisks denote two-sided t-tests. ILN, inguinal lymph nodes MLN, mesenteric lymph nodes PP, Peyer's patches SB, small bowel LB, large bowel IEL, intraepithelial lymphocytes LPL, lamina propria lymphocytes VT, vaginal tract.

We next directly compared the magnitude and kinetics of mucosal CD8+ T-lymphocyte responses elicited by systemic heterologous versus homologous rAd prime-boost regimens. C57BL/6 mice were primed intramuscularly at week 0 with rAd26-Gag and were boosted intramuscularly at week 8 with the homologous rAd26-Gag vector or the heterologous rAd5HVR48-Gag vector. Systemic and mucosal AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were assessed for 12 weeks following boost immunization. Homologous boosting with rAd26-Gag resulted in little to no increase in CD8+ T-lymphocyte responses as expected ( Fig. 5B ). In contrast, heterologous boosting with rAd5HVR48-Gag generated significantly enhanced peak and memory CD8+ T-lymphocyte responses in both systemic and mucosal compartments (p=0.005 for spleen, p=0.001 for small bowel LPL, p=0.005 for large bowel LPL, and p=0.02 for vaginal tract lymphocytes comparing heterologous versus homologous responses at week 10 using two-tailed t-tests). These data demonstrate that heterologous rAd prime-boost regimens were significantly superior to homologous rAd regimens for generating potent and durable cellular immune memory in the gastrointestinal and vaginal tracts.

Intramuscular rAd immunization induces high frequency, durable mucosal CD8+ T-lymphocyte memory in rhesus monkeys

We next investigated whether our findings of robust mucosal cellular immunity in intramuscularly rAd vaccinated mice would translate into nonhuman primates. We immunized three rhesus monkeys (two that expressed the MHC class I allele MamuA*01 and one that did not express this allele) intramuscularly with 10 11 VP of rAd5HVR48-Gag. Mamu-A*01-restricted CD8+ T-lymphocyte responses to the highly immunodominant Gag epitope CM9 (CTPYDINQM) (44) were assessed by multiparameter tetramer binding assays for up to 1 year following immunization in multiple systemic and mucosal compartments. CD8+ T-lymphocyte responses were observed in duodenal mucosa as well as in blood and lymph nodes in the Mamu-A*01-positive animals at weeks 4 and 32 after vaccination, and the magnitude of mucosal responses proved comparable with the magnitude of systemic responses ( Fig. 6 ). Moreover, CM9-specific memory CD8+ T-lymphocytes persisted for at least 52 weeks following vaccination. At this late time point, CM9-specific CD8+ T-lymphocytes were still detected in duodenal mucosa, colorectal mucosa, bronchoalveolar lavage and vaginal mucosa. Importantly, the magnitude of these long-term mucosal responses proved comparable with those found in blood and lymph nodes, except for responses in vaginal mucosa that were approximately 5-fold higher in magnitude than responses in blood, consistent with our mouse studies (Figs. ​ (Figs.1, 1 , ​ ,2). 2 ). At all anatomic sites, CM9-specific CD8+ T-lymphocytes were predominantly of a CD28+CD95+ memory phenotype (45). These data demonstrate that a single intramuscular rAd vaccination generated potent and durable CD8+ T-lymphocyte memory that persisted for over one year in multiple mucosal tissues in nonhuman primates.

Mucosal cellular immune memory in rhesus monkeys after intramuscular rAd vaccination. Two rhesus monkeys expressing the MHC class I allele Mamu-A*01 (animals 184-03, gray bars, and 210-03, black bars) and one monkey negative for this allele (153-03, white bars) were vaccinated intramuscularly with a single injection of 10 11 VP rAd5HVR48-Gag. Gag CM9-specific CD8+ T-lymphocyte responses were evaluated in systemic and mucosal compartments at weeks 4, 32, and 52 following vaccination. The memory phenotype of the responding lymphocytes was determined by CD28 and CD95 expression.


Chapter 2 - The Role of T Lymphocytes in Mucosal Protection and Injury

This chapter describes the fundamental properties of T lymphocytes and the factors which govern their secretion of cytokines in various inflammatory conditions. It discusses the mechanism of recruitment of T lymphocytes to sites of inflammation, particularly mucosal surfaces. The chapter shows the way in which the secretion of various patterns of cytokines can influence the course and nature of the ensuing inflammatory response. In some cases, these responses serve to protect the host against infection and ensure subsequent healing and repair. In other cases, however, these responses may be chronic and result in long-term damage to host tissues. T lymphocytes play a vital role in the immune mechanisms which lead to the damage as well as the protection of mucosal surfaces. Through their specific antigen receptors, T lymphocytes are responsible for the initiation and orchestration of immune responses. The particular patterns of cytokines secreted by activated T lymphocytes determine the nature of the ensuing inflammatory response, and in particular, decide whether cell-mediated reactions or humoral reactions predominate. T lymphocytes also play a role in the genesis of immunological tolerance, which may abrogate unwanted inflammatory responses in mucosal surfaces exposed to a wide variety of foreign antigens.


42.2D: Cytotoxic T Lymphocytes and Mucosal Surfaces - Biology

The innate and adaptive immune responses discussed thus far comprise the systemic immune system (affecting the whole body), which is distinct from the mucosal immune system. Mucosa are another name for mucous membranes. Mucosal immunity is formed by mucosa-associated lymphoid tissue, or MALT, which functions independently of the systemic immune system it has its own innate and adaptive components. MALT is a collection of lymphatic tissue that combines with epithelial tissue lining the mucosa throughout the body. This tissue functions as the immune barrier and immune response in areas of the body in direct contact to the external environment. The systemic and mucosal immune systems use many of the same cell types. Foreign particles that make their way to MALT are taken up by absorptive epithelial cells called M cells and delivered to APCs (antigen-presenting cells) located directly below the mucosal tissue. M cells are located in the Peyer’s patch, which is a lymphoid nodule. APCs of the mucosal immune system are primarily dendritic cells, with B cells and macrophages playing minor roles. Processed antigens displayed on APCs are detected by T cells in the MALT and at various mucosal induction sites, such as the tonsils, adenoids, appendix, or the mesenteric lymph nodes of the intestine. Activated T cells then migrate through the lymphatic system and into the circulatory system to mucosal sites of infection.

MALT tissue: The topology and function of intestinal MALT is shown. Pathogens are taken up by M cells in the intestinal epithelium and excreted into a pocket formed by the inner surface of the cell. The pocket contains antigen-presenting cells, such as dendritic cells, which engulf the antigens, then present them with MHC II molecules on the cell surface. The dendritic cells migrate to an underlying tissue called a Peyer’s patch. Antigen-presenting cells, T cells, and B cells aggregate within the Peyer’s patch, forming organized lymphoid follicles. There, some T cells and B cells are activated. Other antigen-loaded dendritic cells migrate through the lymphatic system where they activate B cells, T cells, and plasma cells in the lymph nodes. The activated cells then return to MALT tissue effector sites. IgA and other antibodies are secreted into the intestinal lumen.

MALT is a crucial component of a functional immune system because mucosal surfaces, such as the nasal passages, are the first tissues onto which inhaled or ingested pathogens are deposited. This allows the immune system to detect and deal with pathogens very quickly after they enter the body through various mucous membranes. The mucosal tissue includes the mouth, pharynx, and esophagus, along with the gastrointestinal, respiratory, and urogenital tracts.

Immune tolerance

The immune system has to be regulated to prevent wasteful, unnecessary responses to harmless substances and, more importantly, so that it does not attack “self.” The acquired ability to prevent an unnecessary or harmful immune response to a detected foreign substance known not to cause disease or to self-antigens is described as immune tolerance. The primary mechanism for developing immune tolerance to self-antigens occurs during the selection for weakly, self-binding cells during T and B lymphocyte maturation. Any T or B lymphocytes that recognize harmless foreign or “self” antigens are deleted before they can fully mature into immunocompetent cells.

There are populations of T cells that suppress the immune response to self-antigens. They also suppress the immune response after the infection has cleared to minimize host cell damage induced by inflammation and cell lysis. Immune tolerance is especially well developed in the mucosa of the upper digestive system because of the tremendous number of foreign substances (such as food proteins) that APCs of the oral cavity, pharynx, and gastrointestinal mucosa encounter. Immune tolerance is brought about by specialized APCs in the liver, lymph nodes, small intestine, and lung that present harmless antigens to a diverse population of regulatory T (Treg) cells: specialized lymphocytes that suppress local inflammation and inhibit the secretion of stimulatory immune factors. The combined result of Treg cells is to prevent immunologic activation and inflammation in undesired tissue compartments, allowing the immune system to focus on hazardous pathogens instead.


Nasal-associated lymphoid tissues (NALTs) support the recall but not priming of influenza virus-specific cytotoxic T cells

The lymphoid tissue that drains the upper respiratory tract represents an important induction site for cytotoxic T lymphocyte (CTL) immunity to airborne pathogens and intranasal vaccines. Here, we investigated the role of the nasal-associated lymphoid tissues (NALTs), which are mucosal-associated lymphoid organs embedded in the submucosa of the nasal passage, in the initial priming and recall expansion of CD8 + T cells following an upper respiratory tract infection with a pathogenic influenza virus and immunization with a live attenuated influenza virus vaccine. Whereas NALTs served as the induction site for the recall expansion of memory CD8 + T cells following influenza virus infection or vaccination, they failed to support activation of naïve CD8 + T cells. Strikingly, NALTs, unlike other lymphoid tissues, were not routinely surveyed during the steady state by circulating T cells. The selective recruitment of memory T cells into these lymphoid structures occurred in response to infection-induced elevation of the chemokine CXCL10, which attracted CXCR3 + memory CD8 + T cells. These results have significant implications for intranasal vaccines, which deliver antigen to mucosal-associated lymphoid tissue and aim to elicit protective CTL-mediated immunity.

Palavras-chave: CD8 T-cell priming influenza virus nasal-associated lymphoid tissue respiratory tract.

Declaração de conflito de interesse

Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Figuras

Influenza antigen is present within…

Influenza antigen is present within the NALTs following intranasal influenza infection. ( UMA…

HEV in the NALTs stain positive for PNAd and Madcam-1. ( UMA e…

CTL priming occurs in the…

CTL priming occurs in the cervical lymph nodes but not NALTs following influenza…

NALTs serve as the recall…

NALTs serve as the recall site for memory CD8 + T-cell responses following…

NALTs serve as the recall…

NALTs serve as the recall site for memory CD8 T-cell responses following an…

NALTs support the recall expansion…

NALTs support the recall expansion of memory CD8 + T cells, but not…

Effector memory CD8 T cells…

Effector memory CD8 T cells preferentially migrate into the inflamed NALTs. ( UMA…

CXCR3 signaling promotes memory CD8…

CXCR3 signaling promotes memory CD8 + T-cell infiltration into the inflamed NALTs. (…

Elevation of Cxcl10 in the…

Elevation of Cxcl10 in the influenza virus-infected NALTs. Shown is the expression of…