Odpowiedź układu immunologicznego na toczące się w ludzkim organizmie infekcje jest niezbędna do przywrócenia prawidłowego stanu zdrowia. Ważnym aspektem regulacji tych mechanizmów jest kontrola rozwijającej się odpowiedzi immunologicznej, która może być skierowana przeciw zewnątrzpochodnym patogenom, a także własnym komórkom o nieprawidłowej budowie lub funkcji. Regulacja ta pozwala uniknąć odpowiedzi skierowanej przeciwko antygenom prawidłowych komórek własnego organizmu. W tym celu został wykształcony mechanizm tolerancji immunologicznej, którą dzielimy na: centralną, odpowiedzialną za apoptozę autoreaktywnych limfocytów T w grasicy i limfocytów B w szpiku kostnym, oraz obwodową, w której uczestniczą m.in. limfocyty T regulatorowe (ang. regulatory T cells – T_reg) (1, 2). W regulacji odpowiedzi immunologicznej ważną rolę pełnią również obecne na limfocytach receptory hamujące (ang. inhibitory receptors), które są aktywowane wskutek interakcji limfocytu z komórką prezentującą antygen (ang. antygen-presenting cell – APC). Rozpoznanie prezentowanego antygenu za pomocą receptora limfocytu T (ang. T-cell receptor – TCR) lub limfocytu B (ang. B-cell receptor – BCR) oraz przekazanie sygnału od receptorów kostymulujących, np. CD28, CD4, prowadzi do aktywacji limfocytów, czego następstwem jest pobudzenie receptorów hamujących, odpowiedzialnych za hamowanie aktywacji, proliferacji i funkcji efektorowych tychże komórek. Stanowi to ochronę przed nabywaniem przez limfocyty cech nowotworowych lub autoreaktywnych w końcowym etapie odpowiedzi na stymulację antygenową oraz wygaszanie stanu zapalnego (3, 4).

Wzrost ekspresji receptorów hamujących odpowiedź immunologiczną obserwowany jest szczególnie na powierzchni komórek biorących udział w zwalczaniu przewlekłych zakażeń wirusowych. Mechanizm ten chroni przed rozwojem nadmiernej odpowiedzi układu immunologicznego na toczącą się infekcję. Szczególnie wysoki poziom ekspresji hamujących receptorów widoczny jest na tzw. „wyczerpanych” limfocytach T (ang. T-cells exhausted) (5, 6). „Wyczerpanie” limfocytów to proces, w wyniku którego dochodzi do utraty ich funkcji cytotoksycznych, co skutkuje zaburzeniem odpowiedzi immunologicznej głównie w przebiegu przewlekłych infekcji wirusowych, tj. wirusowe zapalenie wątroby typu B, typu C, zakażenia wirusem HIV (ang. human immunodeficiency virus), a także chorób nowotworowych, malarii czy zakażeń Mycobacterium tuberculosis (6). Czas narażenia na wirusowe antygeny oraz wysoki poziom ich ekspresji w przebiegu ciężkich infekcji wirusowych stanowią główne czynniki odpowiedzialne za powstawanie populacji „wyczerpanych” limfocytów. Pierwszą oznaką „wyczerpania” limfocytów jest spadek wydzielania interleukiny-2 (IL-2) oraz kolejno innych cytokin, w tym czynnika martwicy nowotworów (ang. tumor necrosis factor – TNF-a). Inną cechą „wyczerpanych” limfocytów T jest upośledzona zdolność do proliferacji po zetknięciu się z antygenem oraz utrata zdolności do samoodnawiania przy udziale cytokin IL-7, IL-15 (6, 7).

Wysoka ekspresja hamujących receptorów, a w konsekwencji stan immunosupresji wywołany przez sygnały hamujące funkcje efektorowe oraz proliferacyjne komórek biorących udział w zwalczaniu przewlekłych infekcji wirusowych stanowi główną przyczynę powstawania ciężkich/przetrwałych infekcji wirusowych opornych na leczenie (7). W niniejszej pracy przedstawiono wybrane receptory hamujące odpowiedź immunologiczną: PD-1, CTLA-4, BTLA, CD160, LAG-3 oraz TIM-3.

Receptor PD-1 (ang. programmed death 1, CD279) to transbłonowa glikoproteina należąca do rodziny CD28:B7 (8, 9). Receptor PD-1 ulega indukowanej ekspresji na limfocytach T CD4⁺ i CD8⁺, limfocytach B, komórkach NK, monocytach oraz aktywowanych komórkach dendrytycznych (9, 10). Posiada dwa ligandy, PD-L1 (B7-H1, CD274) oraz PD-L2 (B7-DC, CD273), obecne na komórkach prezentujących antygen. PD-L1 dodatkowo ulega ekspresji na niektórych komórkach niehematopoetycznych (10, 11). Cytoplazmatyczna domena PD-1 zawiera dwa motywy immunoreceptorowe oparte na tyrozynie: ITIM (ang. immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif) oraz ITSM (ang. immunoreceptor tyrosine-based switch motif) (12). Ligacja PD-1 z PD-L1 lub PD-L2 hamuje sygnał przekazywany od aktywowanych limfocytów T, a także zmniejsza ekspresję cytokin prozapalnych i cząsteczek antyapoptotycznych (11). Może również zaburzać cykl komórkowy poprzez zwiększenie ekspresji białka p15 oraz hamowanie transkrypcji białka SKP2 (ang. S-phase kinase-associated protein 2), które tworzy kompleks z ligazą ubikwityny i odpowiada za degradację białka p27 (13).

Wzrost ekspresji PD-1 następuje w ciągu 24-72 godzin od stymulacji receptora TCR. Długotrwała ekspresja PD-1 na limfocytach T prowadzi do zjawiska ich „wyczerpania” (10). Aktywacja limfocytów B również prowadzi do wzrostu poziomu receptora PD-1 na ich powierzchni. Powoduje to obniżenie syntezy IL-6 i zahamowanie proliferacji limfocytów B, nie wpływa jednak na ich żywotność ani na produkcję innych chemokin (np. MIP-1β i IL-8) (12).

W przewlekłych zakażeniach wirusowych odnotowano spadek produkcji cytokin i zahamowanie proliferacji komórek zaangażowanych w walkę z wirusem. Za zaburzenia w funkcji tych komórek odpowiedzialny jest m.in. receptor PD-1. Wzrost jego ekspresji zaobserwowano na HIV-specyficznych limfocytach T CD8⁺ oraz CD4⁺, przy czym poziom jego ekspresji korelował z replikacją wirusa (14, 15). W zakażeniu HIV limfocyty T CD4⁺ obecne w węzłach chłonnych posiadały znacznie wyższy poziom ekspresji tego receptora w porównaniu z limfocytami T CD4⁺ we krwi obwodowej. Porównano również ekspresję PD-1 pomiędzy populacjami limfocytów T CD4⁺ i CD8⁺, która okazała się dwukrotnie wyższa na limfocytach T CD4⁺ (16). Blokada receptora PD-1 pozwoliła na przywrócenie funkcji i zwiększenie proliferacji limfocytów T HIV-specyficznych, zarówno CD8⁺, jak i CD4⁺ w warunkach in vitro (14, 15). Badania te sugerują, że ekspresja receptora PD-1 na limfocytach T CD4⁺ może stanowić marker przebiegu zakażenia wirusem HIV, a jego blokada mogłaby być wykorzystana w terapii tegoż zakażenia (16).

W wirusowym zapaleniu wątroby typu B ekspresja receptora PD-1 wzrasta na limfocytach T CD4⁺ oraz CD8⁺ i wykazuje pozytywną korelację w stosunku do ilości DNA wirusa HBV (ang. hepatitis B virus). Ponadto, zaobserwowano istotną korelację poziomu ekspresji PD-1 z poziomem aminotransferazy alaninowej w surowicy chorych. Sugeruje to, iż poziom ekspresji PD-1 może stanowić nowy parametr, pośrednio związany z zaawansowaniem infekcji HBV (17). Pomimo zaburzonej funkcji HBV-specyficznych limfocytów T CD8⁺, posiadają one wysoki poziom ekspresji receptora IL-7 (CD127), która zaangażowana jest w różnicowanie funkcjonalnych limfocytów T pamięci (18, 19). Zaobserwowano także różnice w fenotypie HBV-specyficznych limfocytów T CD8⁺ pochodzących z wątroby i z krwi obwodowej. Wewnątrzwątrobowe limfocyty T CD8⁺ wykazywały wyższą ekspresję receptora PD-1 i niższy poziom ekspresji CD127 w porównaniu do limfocytów T CD8⁺ z krwi obwodowej. Blokada PD-1/PD-L1 pozwoliła na przywrócenie prawidłowych funkcji limfocytów T, przy czym poprawa była bardziej zaznaczona w populacji limfocytów T CD8⁺ pochodzących z wątroby (18).

Ekspresja receptora PD-1 ulega znaczącemu wzrostowi również na HCV-specyficznych limfocytach T CD8⁺ zarówno wątrobowych, jak i pochodzących z krwi obwodowej. Zablokowanie sygnału przekazywanego od receptora PD-1 przez przeciwciała anty-PD-L1 lub anty-PD-L2 skutkuje wzrostem produkcji IFN-γ, IL-2, a także zwiększeniem proliferacji HCV-specyficznych limfocytów T CD8⁺ (20). Podobnie, w limfocytarnym zapaleniu splotu naczyniówkowego i opon mózgowych (ang. lymphocytic choriomeningitis) wywoływanym przez wirusa limfocytowego zapalenia opon i naczyń (ang. lymphocytic choriomeningitis virus – LCMV) zaobserwowano wzrost ekspresji receptora PD-1 na specyficznych limfocytach T CD8⁺. Blokada receptora PD-1 w modelu mysim skutkowała wzrostem liczby LCMV-specyficznych limfocytów T CD8⁺, a także przywróceniem ich funkcji, co w efekcie przyczyniło się do spadku wiremii (21). PD-1 reguluje odpowiedź limfocytów T również w ostrych infekcjach, takich jak: wścieklizna, krowianka, zakażenie Histoplasma capsulatum czy Listeria monocytogenes (10).

Receptor PD-1 pełni także istotną rolę w patomechanizmie rozwoju nowotworów. Poprzez hamowanie funkcji limfocytów T przyczynia się do „ucieczki” nowotworu spod nadzoru układu odporności. Blokada PD-1/PD-L1 daje obiecujące wyniki w terapii czerniaka, niedrobnokomórkowego raka płuc (ang. non-small-cell lung cancer – NSCLC), raka pęcherza, raka nerkowokomórkowego (ang. renal cell carcinoma – RCC), a także raka piersi, jajników, prostaty, trzustki i jelita grubego (9). Do obecnie testowanych w terapii chorób nowotworowych przeciwciał anty-PD-1 należy w pełni ludzkie przeciwciało IgG4 – Nivolumab oraz przeciwciała humanizowane – Lambrolizumab i Pidilizumab (8).

Receptor CTLA-4 (ang. cytotoxic T-lymphocyte antygen 4, CD152) to receptor negatywnie regulujący sygnały na wczesnych etapach odpowiedzi immunologicznej. Strukturalnie jest to glikozylowane białko wykazujące 30% homologię do powierzchniowego receptora CD28. Ekspresję CTLA-4 obserwuje się na limfocytach T_reg oraz na powierzchni aktywowanych limfocytów T CD4⁺ i CD8⁺ (22). Ligandami dla tego receptora są cząsteczki B7.1 (CD80) i B7.2 (CD86), obecne na komórkach APC, które jednocześnie posiadają zdolność do wiązania z cząsteczką CD28. Wyróżniono dwie formy receptora CTLA-4: zakotwiczony w błonie komórkowej flCTLA-4 i rozpuszczalny w surowicy sCTLA-4 (23).

W procesie aktywacji limfocytów T uczestniczą dwa sygnały docierające do jądra komórkowego. Po rozpoznaniu obcego antygenu, kompleks receptora TCR wraz z cząsteczką CD3 inicjuje powstawanie pierwszego sygnału. Drugi sygnał pochodzi od cząsteczek kostymulujących, do których należą m.in. CTLA-4 czy CD28 (24). Cząsteczka CD28 jest glikoproteiną ulegającą konstytutywnej ekspresji na powierzchni większości dziewiczych limfocytów T CD4⁺ i CD8⁺. W wyniku aktywacji limfocytów T przez komórki APC dochodzi do związania CD28 przez cząsteczki B7. Następnie przekazany zostaje sygnał kostymulujący, który potęguje i podtrzymuje proliferację oraz wytwarzanie cytokin przez komórki CD4⁺ i CD8⁺ (25). Aktywacja limfocytów T prowadzi jednocześnie do wzrostu ekspresji CTLA-4 na ich powierzchni. Receptor ten wykazuje silniejsze od receptora CD28 powinowactwo do cząsteczek B7, wskutek czego dochodzi do wyparcia wiązania CD28-B7. Prowadzi to do zahamowania aktywacji, proliferacji oraz obniżenia funkcji efektorowych limfocytów T (26).