Oplosbare T-cel-membraanmoleculen; een maat voor T-celactivatie in vivo

Klinische praktijk
R.Q. Hintzen
R.A.W. van Lier
Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 1992;136:1442-5
Download PDF

artikel

Inleiding

Activatie van T-cellen treedt op na herkenning door deze cellen van lichaamsvreemde peptiden op antigeen-presenterende cellen (APC). Deze activatie gaat gepaard met een veelheid aan moleculaire, biochemische en cellulaire veranderingen.12 Deze veranderingen vormen de basis van de overgang van de rustende T-cel naar de geactiveerde T-cel, die in staat is diverse effectorfuncties, zoals helper-, cytolytische en suppressorfuncties, uit te oefenen.

Naast een toename in celgrootte en veranderingen in de dichtheid van het chromatine, wordt waargenomen dat de geactiveerde T-cellen een verscheidenheid aan cytokinen secerneren. Die kunnen zich binden aan reeds aanwezige of nieuw tot expressie gebrachte receptoren voor deze factoren op de membraan van T-cellen en andere cellen. De synthese van deze groeifactoren en van hun receptoren begint vaak al vóór het tijdstip van DNA-synthese en celdeling.

De best bestudeerde en waarschijnlijk ook in vivo belangrijkste groeifactor voor T-cellen is het interleukine-2 (IL-2).3 De synthese van dit cytokine door T-cellen begint ongeveer 6 h na de activatie. Het is aannemelijk dat IL-2 een autocriene groeifactor is, daar gelijktijdig met de produktie van deze groeifactor geactiveerde T-cellen ook receptoren voor IL-2 tot expressie brengen. De receptor voor IL-2, die in staat is met hoge affiniteit IL-2 te binden, bestaat uit 2 verschillende ketens: een permanent aanwezige ?-keten van 70-75 kD en een ?-keten van 55 kD, die alleen tot expressie komt na activatie.4 De ?-keten, die zowel een functie heeft in de binding als in de signaaltransductie, en de ?-keten, die alleen bindingsfuncties bezit, vormen in de afwezigheid van IL-2 geen complex maar associëren slechts onder invloed van het cytokine. De expressie van de ?-keten van de IL-2-receptor (synoniemen zijn TAC-antigeen, CD25) kan bestudeerd worden met behulp van specifieke monoklonale antistoffen (MAb's). In vitro leidt stimulatie van T-cellen tot een snelle toename van CD25-membraanexpressie.

Deze veranderingen op het T-celoppervlak kunnen worden aangetoond door middel van immunofluorescentietechnieken. In situaties van T-celactivatie in vivo, zoals bij virale infecties, afstotingsepisoden na allotransplantatie en auto-immuunziekten, is in het perifere bloed het aantal T-cellen dat het CD25-antigeen op de oppervlakte tot expressie brengt echter over het algemeen gering. Mogelijk komt dit doordat de cellen die participeren in deze reacties niet in het bloed circuleren, maar gelokaliseerd zijn in de organen. Daarnaast wordt er na activatie door de lymfocyten ook een aantal membraanmoleculen afgescheiden, die vrij kunnen diffunderen in de extracellulaire vloeistof en die op een relatief eenvoudige wijze kwantificeerbaar zijn.

In dit artikel wordt het potentiële belang van het meten van deze oplosbare T-cel-membraanmoleculen bij verschillende ziekteprocessen behandeld.

Oplosbare lymfocyt-membraanmoleculen in vitro

Nelson en medewerkers toonden in 1985 aan dat in vitro geactiveerde T-cellen ook een oplosbare vorm van CD25 produceren.5 Deze oplosbare vorm ontstaat door proteolytische klieving van het extracellulaire gedeelte van de receptor door een aan de membraan gekoppeld protease (figuur, a).6 Gebruik makend van een combinatie van MAb's gericht tegen verschillende epitopen op het CD25-molecuul werd een zogenaamde ‘sandwich’-ELISA (zie de figuur, b) ontwikkeld, waarmee het mogelijk bleek de concentratie van deze oplosbare IL-2-receptor (sCD25) te kwantificeren ten opzichte van een arbitrair gekozen ijklijn. Met behulp van deze ELISA kon worden aangetoond dat de in vitro-produktie van sCD25 een weerspiegeling is van de mate van T-celactivatie. Behalve sCD25 worden ook andere oplosbare membraanreceptoren geproduceerd door geactiveerde T-cellen. De oplosbare vormen van het CD27-molecuul (dat eveneens receptorstructuur heeft), waarvan de ligans nog onbekend is, en de tumornecrosisfactor-receptor kunnen, analoog aan de generatie van sCD25, ontstaan door de werking van proteasen.78 Verder is voor de oplosbare vorm van de IL-4-receptor aangetoond dat deze ontstaat uit de transmembraanreceptor na vorming van een alternatief ‘messenger’-RNA-produkt dat slechts codeert voor het extracellulaire, oplosbare gedeelte van het molecuul (‘alternative splicing’).9 Een mogelijke functie van deze oplosbare receptoren is het blokkeren van cytokinefuncties, door middel van competitie met de membraangebonden receptoren voor de binding van het cytokine.10 Van de oplosbare vorm van de ?-keten van de IL-2-receptor is aangetoond dat deze in staat is in vitro IL-2 te binden. Gezien de lage affiniteit van deze ?-keten is het echter twijfelachtig of de binding van IL-2 aan zijn oplosbare receptor biologische betekenis heeft. Behalve de genoemde cytokinereceptoren worden ook oplosbare vormen van transmembraanmoleculen geproduceerd die een cellulaire contrastructuur hebben, zoals CD4, CD8 en CD2. De fysiologische betekenis van deze moleculen is tot op heden onduidelijk.

Oplosbare membraanmoleculen in vivo

In serum van gezonde personen kunnen lage sCD25-spiegels worden aangetoond, die gezien worden als produkten van een normaal functionerend immuunsysteem. Gezien de grote produktie van deze moleculen na lymfocytenactivatie in vitro, werd onderzocht of verhoogde spiegels aanwezig waren in biologische vloeistoffen van patiënten met aandoeningen waarbij een immunopathologische oorzaak wordt verondersteld. De normaalwaarden van sCD25 vallen bij gezonde individuen binnen een vrij beperkt gebied (335-405 unitsml). Derhalve kunnen stijgingen duidelijk worden vastgesteld en worden gebruikt als graadmeter voor de mate van lymfocytenactivatie bij patiënten. Aangezien B-cellen en macrofagen in vitro slechts geringe hoeveelheden sCD25 produceren, worden veranderingen in sCD25-spiegels in vivo voornamelijk gezien als een reflectie van de mate van T-celactivatie. Voordat dit ontdekt werd, was het aantonen van T-lymfocytenactivatie in vivo alleen mogelijk door middel van flowcytometrie ofwel door het meten van cytokinen die specifiek door geactiveerde lymfocyten worden geproduceerd. Een nadeel van flowcytometrie is, afgezien van het arbeidsintensieve en derhalve kostbare karakter, dat er alleen circulerende lymfocyten geanalyseerd worden, terwijl verwacht mag worden dat de geactiveerde T-cellen zijn geïnfiltreerd in de aangedane organen.11 Een probleem bij het kwantificeren van cytokinen is dat deze vaak zeer lokaal geproduceerd worden, een korte halfwaardetijd hebben en in sommige situaties binden aan inactiverende eiwitten, zodat men vaak niet in staat is toegenomen produktie te detecteren.

Oplosbare lymfocyt-membraanmoleculen in de kliniek

De klinische toepasbaarheid van het kwantificeren van oplosbare lymfocytmarkers, met name sCD25, is de laatste jaren onderzocht voor een grote scala aan aandoeningen.12 Het is op dit moment door verschillende onderzoekers aannemelijk gemaakt dat deze markers inderdaad informatie kunnen verschaffen over de mate van T-lymfocytenactivatie bij immunopathologische processen. In diverse klinische onderzoeken is het meten van sCD25 gebruikt als graadmeter voor de effectiviteit van immunosuppressieve therapie, voor het bewaken van (auto-)immuunprocessen en voor het bepalen van een prognose. Voorts kan het meten van deze immunologische markers bij sommige hematologische maligniteiten informatie geven over de hoeveelheid neoplastische cellen bij een patiënt. In het volgende overzicht bespreken wij een aantal ziektebeelden (een completere opsomming wordt gegeven in de tabel) waarbij stijging van de concentratie oplosbare T-cel-membraanmoleculen, met name van sCD25, is gerapporteerd. Hoewel stijgingen van sCD25-spiegels vaak lijken te correleren met ziekteactiviteit is, met uitzondering van sCD25-uitslagen bij hematologische maligniteiten (zie verder), de additionele waarde van deze metingen ten opzichte van andere diagnostische bepalingen voorlopig nog een terrein van nader onderzoek.

Auto-immuunziekten

In serum van patiënten met reumatoïde artritis worden sCD25-spiegels gevonden, die gemiddeld tweemaal hoger liggen dan bij gezonde personen.13-15 Suggestief voor lokale intra-articulaire T-celactivatie is de bevinding dat in het synoviale vocht van aangedane gewrichten van deze patiënten sCD25-waarden worden gevonden die sterk verhoogd zijn ten opzichte van de serumspiegels.14 De specificiteit van deze bevinding wordt onderbouwd door de observatie dat in gewrichtsvloeistoffen van patiënten met jicht en artrose geen verhoogde sCD25-spiegels worden gevonden.14 Bij reumatoïde artritis en lupus erythematodes disseminatus (SLE), evenals bij andere algemene auto-immuumaandoeningen zoals sclerodermie en polymyositis is een correlatie tussen serum-sCD25-concentraties en klinische manifestaties aangetoond.131416-18 Een eventuele prognostische betekenis van de sCD25-waarden bij auto-immuunziekten behoeft nader onderzoek, hoewel bijvoorbeeld voor sclerodermie al is aangetoond dat een hoge sCD25-serumspiegel samenhangt met een slechte prognose voor de patiënt.17

Infectieziekten

Infectie met het humaan-immunodeficiëntievirus (HIV) leidt tot een verstoring van T-celfuncties, het verlies van T-cellen en uiteindelijk tot immunodeficiëntie.19 Verschillende onderzoeken hebben uitgewezen dat bij het merendeel van met HIV geïnfecteerde personen serum-sCD25-titers verhoogd zijn, waarden tot 2300 Uml zijn gerapporteerd.20 Het kwantificeren van sCD25 in combinatie met het aantal CD4-cellen in het perifere bloed van met HIV geïnfecteerde patiënten zonder symptomen kan gebruikt worden als indicator voor ziekteprogressie naar AIDS.21 Voorts zou de daling van sCD25-spiegels ten gevolge van antivirale therapie (zidovudine) gebruikt kunnen worden om de effectiviteit van deze medicatie te volgen.

Hematologische maligniteiten

Bij bepaalde (non-)Hodgkin-lymfomen en bij leukemische cellen, zoals bij ‘adult T-cell’- en ‘hairy cell’-leukemie komt CD25 sterk tot expressie op de celmembraan en wordt dit molecuul continu in grote hoeveelheden afgescheiden:22 serumspiegels tot 15.000 Uml zijn gerapporteerd. Bij patiënten met dergelijke maligniteiten is duidelijk aangetoond dat de serum-sCD25-titer een reflectie is van de totale tumormassa en dat serumspiegels dalen tot normale waarden na succesvolle cytostatische therapie. Voor deze aandoeningen kan sCD25 dan ook aangewend worden als tumormarker en tevens kan de bepaling ervan dienen als ondersteuning voor het vaststellen van de prognose.

Neuro-immunologische aandoeningen

In serum van patiënten met het syndroom van Guillain-Barré wordt in longitudinaal afgenomen monsters een correlatie gevonden tussen dalende sCD25-serumtiters en een verbetering van de klinische situatie.23 Bij multipele sclerose (MS), waarbij een geactiveerd immuunsysteem waarschijnlijk een belangrijke rol speelt, zijn zowel in serum als in cerebrospinaal vocht verhoogde titers van sCD25 gerapporteerd.24 Sommige onderzoekers melden een correlatie met klinische manifestaties van MS.25 Wij waren niet in staat verhoogde spiegels in serum of cerebrospinaal vocht van deze patiënten te detecteren, en ook anderen niet.2627 De spiegel van sCD27 toonde echter een significante verhoging in 16 van 19 geanalyseerde liquormonsters van MS-patiënten, hetgeen wijst op T-celactivatie.27 Recentelijk werden verhoogde sCD25-titers correlerend met een intrathecale antistofrespons tegen het poliovirus aangetoond bij het tot nog toe onbegrepen postpoliosyndroom.28 Deze bevindingen vormen nu een ondersteuning voor de hypothese dat geactiveerde T-cellen een rol spelen bij het symptomenbeeld van deze aandoening.

Orgaantransplantatie

Indien een getransplanteerd orgaan functionele stoornissen vertoont, is het vaak moeilijk vast te stellen of dit veroorzaakt wordt door rejectie of door bijvoorbeeld nefrotoxische bijwerkingen van de gegeven medicatie of een cytomegalovirus (CMV)-infectie. Bij niertransplantaties is de serum-sCD25-titer sterk verhoogd tijdens perioden van acute rejectie, maar niet bij patiënten met nierfunctiestoornissen ten gevolge van therapie met ciclosporine.29 Wij toonden aan dat bij patiënten die na transplantatie een CMV-infectie kregen de concentraties van zowel sCD25 als sCD27 in serum en urine verhoogd waren, terwijl tijdens transplantaatrejectie alleen de sCD25-titers (in serum en urine) verhoogd waren, waarmee het mogelijk was te differentiëren tussen beide aandoeningen.30

Conclusies

De hier besproken bepalingen met betrekking tot het kwantificeren van T-lymfocytenactivatie in vivo kunnen een belangrijke aanvulling betekenen van de bestaande diagnostische mogelijkheden bij immunopathologische aandoeningen. Uitgebreid onderzoek door een groot aantal groepen wordt momenteel verricht bij diverse patiëntenpopulaties om de additionele waarde van deze bepalingen ten opzichte van tot op dit moment gebruikte assays te evalueren. Het bepalen van sCD25 als marker voor de tumormassa bij bepaalde hematologische maligniteiten is door de Food and Drug Administration in de V.S. geëvalueerd en inmiddels erkend als diagnosticum.

Wij danken dr.P.Schellekens, internist, C.van Noesel, F.van Kemenade en W.Derksen voor hun kritische beschouwing van het manuscript.

Literatuur
  1. Reinherz EL, Schlossman SF. The differentiation andfunction of human T lymphocytes. Cell 1980; 19: 821-7.

  2. Crabtree GR. Contingent genetic regulatory events in Tlymphocyte activation. Science 1989; 243: 355-61.

  3. Smith KA. Interleukin-2: inception, impact andimplications. Science 1988; 240: 1169-76.

  4. Wang HM, Smith KA. The interleukin-2 receptor. Functionalconsequences of its bimolecular structure. J Exp Med 1987; 166:1055-69.

  5. Rubin LA, Kurman CC, Fritz ME, et al. Soluble interleukin2 receptors are released from activated human lymphoid cells in vitro. JImmunol 1985; 135: 3172-7.

  6. Robb RJ, Kutny RM. Structure-function relationships forthe IL 2-receptor system. IV. Analysis of the sequence and ligandbindingproperties of soluble Tac protein. J Immunol 1987; 139: 855-62.

  7. Hintzen RQ, Jong R de, Hack CE, et al. A soluble form ofthe human T-cell differentiation antigen CD27 is released after triggering ofthe TCRCD3 complex. J Immunol 1991; 147: 29-35.

  8. Loetscher H, Pan Y, Lahm HW, et al. Molecular cloning andexpression of the human 55 kd tumor necrosis factor receptor. Cell 1990; 61:351-9.

  9. Mosley B, Beckmann MP, March CJ, et al. The murineinterleukin-4 receptor: molecular cloning and characterization of secretedand membrane bound forms. Cell 1989; 59: 335-48.

  10. Fernandez-Botran R. Soluble cytokine receptors: theirrole in immunoregulation. FASEB J 1991; 5: 2567-74.

  11. Westermann J, Pabst R. Lymphocyte subsets in the blood: adiagnostic window on the lymphoid system? Immunol Today 1990; 11:406-10.

  12. Rubin LA, Nelson DL. The soluble interleukin-2 receptor:biology, function and clinical application. Ann Intern Med 1990; 113:619-27.

  13. Rubin LA, Snow KM, Kurman CC, Nelson DL, Keystone EC.Serial levels of soluble interleukin 2 receptor in the peripheral blood ofpatients with rheumatoid arthritis: correlations with disease activity. JRheumatol 1990; 17: 597-602.

  14. Symons JA, Wood NC, Di Giovine FS, Duff GW. Soluble IL-2receptor in rheumatoid arthritis: correlation with disease activity, IL-I andIL-2 inhibition. J Immunol 1988; 141: 2612-8.

  15. Rubin LA. The soluble interleukin-2 receptor in rheumaticdisease. Arthritis Rheum 1990; 33: 1145-8.

  16. Borg EJ ter, Horst G, Limburg PC, Kallenberg CGM. Changesin plasma levels of interleukin-2 receptor in relation to diseaseexacerbations and levels of anti-dsDNA and complement in systemic lupuserythematosus. Clin Exp Immunol 1990; 82: 21-6.

  17. Engel EE, Charley M, Steen VD, Medsger TA. Solubleinterleukin-2 receptor in diffuse cutaneous systemic sclerosis. ArthritisRheum 1989; 32: s42.

  18. Wolf RE, Baethge BA. Cytokines and interleukin-2receptors in polymyositis. Arthritis Rheum 1989; 32: S31.

  19. Miedema F, Tersmette M, Lier RAW van. AIDS pathogenesis:a dynamic interaction between HIV and the immune system. Immunol Today 1990;11: 293-7.

  20. Prince HE, Kleinman S, Williams AE. Soluble IL-2 receptorlevels in serum from blood donors seropositive for HIV. J Immunol 1988; 140:1139-41.

  21. Fahey JL, Taylor JMG, Detels R, et al. The prognosticvalue of cellular and serologic markers in infection with humanimmunodeficiency virus type 1. N Engl J Med 1990; 322: 166-72.

  22. Pui CH. Serum interleukin-2 receptor: clinical andbiological implications. Leukemia 1989; 3: 323-7.

  23. Hartung HP, Hughes RAC, Taylor WA, Heininger K, ReinersK, Toyka KV. T-cell activation in Guillain-Barre syndrome and in MS: elevatedserum levels of soluble IL-2 receptors. Neurology 1990; 40: 215-8.

  24. Greenberg SJ, Marcon L, Hurwitz BJ, Waldmann TA, NelsonDL. Elevated levels of soluble interleukin-2 receptors in multiple sclerosis.N Engl J Med 1988; 319: 1019-20.

  25. Adachi K, Kumamoto T, Araki S. Elevated solubleinterleukin-2 receptor levels in patients with active multiple sclerosis. AnnNeurol 1990; 28: 687-91.

  26. Peter JB, Boctor FN, Tourtellotte WW. Serum and CSFlevels of IL-2, sIL-2R, TNF alpha, and IL-1 beta in chronic progressivemultiple sclerosis: expected lack of clinical utility. Neurology 1991; 41:121-3.

  27. Hintzen RQ, Lier RAW van, Kuijpers KC, et al. Elevatedlevels of a soluble form of the T-cell activation antigen CD27 in CSF ofmultiple sclerosis patients. J Neuroimmunol 1991; 35: 211-7.

  28. Sharief MK, Phil M, Hentges R, Ciardi M. Intrathecalimmune response in patients with the post-polio syndrome. N Engl J Med 1991;325: 749-55.

  29. Stockenhuber F, Steiniger R, Apperl A, et al. Solubleinterleukin-2 receptor: a novel parameter of renal graft rejection. TransProc 1990 22: 165-6.

  30. Chamuleau MED, Berge IJM ten Berge, Schellekens PThA,Wilmink JM, Hintzen RQ, Lier RAW van. Serum levels of soluble CD27 in renaltransplant recipients. Transplantation (ter perse).

Auteursinformatie

Centraal Laboratorium voor de Bloedtransfusiedienst van het Nederlandse Rode Kruis en Laboratorium voor Klinische en Experimentele Immunologie van de Universiteit van Amsterdam, afd. Klinische Virologische Immunologie, Postbus 9190, 1006 AD Amsterdam.

R.Q.Hintzen; dr.R.A.W.van Lier, immunoloog.

Contact dr.R.A.W.van Lier

Gerelateerde artikelen

Reacties