Email this article Subsets of T regulatory cells in patients with IgE-mediated allergy
- Authors: Nikolov G.S.1, Todorova Y.D.1, Nikolova M.H.1, Emilova R.G.1, Hristova D.M.2, Kostova-Shahid P.J.2, Petrunov B.N.1
-
Affiliations:
- National Center of Infectious and Parasitsic Diseases
- Aleksandrovska University Hospital
- Issue: Vol 96, No 6 (2019)
- Pages: 65-71
- Section: ORIGINAL RESEARCHES
- URL: https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/497
- DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-6-65-71
- ID: 497
Cite item
Full Text
Abstract
Background. It is presently known that several subsets of T-regulatory (Treg) cells, both natural and inducible maintain tolerance to environmental allergens. But the relative importance of distinct phenotypically defined Treg subsets for the clinical manifestations of IgE-mediated allergy has not been elucidated yet.
The aim of the study was to investigate the phenotype and number of different Treg subpopulations from patients with IgE-mediated allergy compared with healthy non-allergic individuals.
Materials and methods. A group of 20 patients with clinically manifested IgE allergy and a group of 10 healthy no allergic controls were included in the study. Peripheral blood samples were taken after informed consent. Percentage and absolute count (AC) of the following regulatory subsets: naive (CD45RO-FoxP3lo), memory (RO+FoxP3+), effector (Treg eff, RO+FoxP3hi), induced (CD39+CD134+), Thl7/Treg (CD196+FoxP3+CD4Treg); Tr1 (IL-10+FoxP3-), were determined using standard 8-parameter flow cytometry (BD FACSCanto II).
Results and discussion. The share and AC of FoxP3+CD4 Treg was significantly decreased in sensitized patients as compared to controls (mean 0,6% vs. 3,3%, p<0.05 and 8,7 vs. 55 cells/μl p<0.001). In addition, a significantly decreased level of Tr1 cells was observed in the patients with allergy, 0,4% vs. 2,1 % in healthy controls (p<0,05) as well for subset of Thl7/Treg (mean 7,7% vs. 28,4% in healthy persons, p<0.01).
Conclusion. The significantly decreased number of FoxP3+CD4 Treg as well as periphery induced Tr1 and Thl7/Treg cells in patients with respiratory allergy lead to dysregulation and loss of peripheral immune tolerance, which is the pathophysiological basis for development of widely spread allergic diseases like allergic rhinitis and bronchial asthma.
Keywords
Full Text
Введение
Патофизиологические механизмы развития аллергических болезней включают комплексную последовательность иммунологических событий, которые вызывают ответ со стороны клеток в таргетных органах и приводят к развитию воспаления, ремоделированию тканей и нарушению их функций.
Формирование и сохранение толерантности к аллергенам является отличительной чертой иммунного ответа у здоровых людей без атопии, и постулируется, что важнейший компонент этой иммунной «неотвечаемости» образование функциональных аллерген-специфических Т-регуляторных клеток (Treg). Три основные субпопуляции аллерген-специфических Т-клеток (Thl, Th2 и Tregs) в различных пропорциях содержатся в организме и у здоровых людей, и у страдающих аллергией. Этот факт обосновывает предположение, что изменение баланса между аллерген-специфическими Тh2и Treg-клетками может быть основной причиной как развития толерантности к аллергенам, так и проявления аллергической сенсибилизации [1].
По своему видовому составу и структуре Treg-клетки представляют одну из самых сложных Т-клеточных групп. Их гетерогенность, которая проявляется в особенностях фенотипа, условиях индуцирования и механизмах супрессии, до конца не изучена.
На сегодняшний день CD4 Treg-клетки можно разделить на две основные субпопуляции: естественные Treg, происходящие из тимуса, и индуцибельные Treg, которые образуются вне тимуса после антигенной стимуляции.
Естественные Treg можно разделить на следующие субпопуляции: наивные Treg (nTreg), эффекторные Treg (Treg eff) и Treg-клетки памяти (Treg m).
В свою очередь индуцибельные Treg (iTreg) подразделяются на: FOXP3+ Т-клетки, индуцированные на периферии; регуляторные Т-клетки типа 1 (Tr1), продуцирующие IL-10, с основным фенотипом CD4+CD25+FOXP3-; и Th3-клетки, продуцирующие в основном TGF-β [2].
Согласно последним данным, некоторые субпопуляции T-регуляторных клеток, а именно Тh17/Т-регуляторные клетки (Thl7/Treg), развиваются из периферических индуцированных CD4+FOXP3+ Tregs. Доказано, что у человека эта субпопуляция обладает супрессивной активностью, которая, однако, слабее таковой у индуцированных Treg-клеток. С другой стороны, кроме регуляторных функций, эти клетки обладают способностью к продукции IL-17a, т.е. Thl7/Treg обладают фенотипическими характеристиками и Тh17-, и Treg-клеток и способствуют развитию аллергических заболеваний [3].
В этой связи целью данного исследования стало определение фенотипа и количества различных Т-регуляторных клеток у пациентов с клинически выявленной IgEобусловленной аллергией, а также установление возможных различий в величине циркулирующих Т-регуляторных субпопуляций у пациентов по сравнению со здоровыми людьми без атопии.
Материалы и методы
Группы исследования. В исследование были включены 20 пациентов с клинически выявленной ингаляционной IgE-обусловленной аллергией (сезонный и круглогодичный аллергический ринит) и 10 здоровых людей без аллергических проявлений на ингаляционные аллергены (контрольная группа). Дизайн исследования был одобрен Комиссией по этике НЦЗПБ (София, Болгария).
Группа больных с аллергией состояла из 13 мужчин и 7 женщин в возрасте от 19 до 58 лет с основным диагнозом «аллергический ринит», а контрольная группа состояла из 6 мужчин и 4 женщин в возрасте от 26 до 59 лет.
Тяжесть аллергических симптомов оценивали путём подсчёта общего симптомокомплекса, который включает цифровую оценку жалоб на ринорею, чихание, назальную конгестию и зуд в носу и глазах.
Наличие сенсибилизации. Для доказательства специфической сенсибилизации пациентам и участникам контрольной группы проводили кожное тестирование (приктест) набором ингаляционных аллергенов «Бул Био НЦЗПБ ЕООД» (домашняя пыль, D. pteronyssinus, Alternaria alternata, кошка, пыльца деревьев и луговых трав). Пробы учитывали через 20 мин, при этом кожные реакции считали положительными при диаметре папулы и эритемы > 3 мм.
Проточная цитометрия. С помощью стандартной 8-параметрической проточной цитометрии (BD FACSCanto II) клеток крови у всех обследованных определяли процентное соотношение и абсолютное число субпопуляций CD4 Т-регуляторных клеток (табл. 1).
Таблица 1
Исследованные субпопуляции Т-регуляторных клеток
Субпопуляция Treg | Фенотип |
|---|---|
Естественые CD4 Treg: наивные (Treg n) эффекторные (Treg eff) клетки памяти (Treg m) индуцибельные (iTreg) | CD4+CD25hiFOXP3+ CD4+CD45+ FOXP3lowRO- CD4+CD45+ FOXP3hi RO+ CD4+CD45+ FOX3low RO+ CD4+CD25hi CD127-CD39-CD134+ CD4+CD25hi CD127-CD39+CD134- CD4+CD25hi CD127-CD39+CD134+ |
регуляторные Т-клетки типа 1 (Tr1) Th17/Treg | CD4+ FOXP3IL10+ CD4+ CD25hi FOXP3+ CD127CD196+ CD39+ |
Статистическая обработка результатов. Статистический анализ выполняли с использованием программы Prism версия 5 (GraphPad Software Inc, США). Сравнивали долю и абсолютное число исследованных Т-регуляторных субпопуляций пациентов обеих групп посредством двустороннего непарного T-теста. Разницу считали статистически значимой при р < 0,05.
Результаты
Клиническая характеристика участников исследования. В среднем общая оценка аллергических симптомов со стороны верхних дыхательных путей у пациентов соста
вила 10,5 ± 3,92 балла из 20. Посредством кожно-аллергических проб было установлено, что 10 (50%) пациентов сенсибилизированы к пыльце злаковых трав; 6 (30%) к бытовым аллергенам (домашняя пыль, микроклещи и/или кошка); 4 (20%) к плесени (Alternaria alternata).
В среднем общая оценка аллергических симптомов со стороны верхних дыхательных путей у индивидов контрольной группы составляла 0 баллов. Кожно-аллергические пробы с использованием ингаляционных аллергенов не выявили сенсибилизацию у лиц контрольной группы.
Подробная информация о пациентах и здоровых лицах из контрольной группы представлена в табл. 2.
Таблица 2
Клиническая характеристика участников исследования
Показатель | Пациенты (n = 20) | Контрольная группа (n = 10) |
|---|---|---|
Возраст, годы | 34,6 ± 11,03 | 41,7 ± 10,94 |
Пол: | ||
мужчины | 65% (13/20) | 60% (6/10) |
женщины | 35% (7/20) | 40% (4/10) |
Симптомный подсчёт (баллы) | 10,5 ± 3,92 | 0 |
Результаты кожно-аллергических проб: | ||
- без сенсибилизации - сенсибилизация к пыльце деревьев и злаковых трав - сенсибилзация к бытовым аллергенам - сенсибилизация к Alternaria alternata | 0% (0/20) 50% (10/20) 30% (6/20) 20% (4/20) | 100% (10/10) |
Определение субпопуляций Т-регуляторных клеток. Данные сравнительного анализа исследованных субпопуляций Тreg-клеток у пациентов с клинически выявленной IgE-обусловленной аллергией и у здоровых людей представлены в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительный анализ исследованных субпопуляций Т-регуляторных клеток у пациентов с клинически выявленной IgE-обусловленной аллергией и у здоровых людей (в %)
Субпопуляция Treg | Фенотип | Пациенты (n = 20) |
| Контрольная группа (n = 10) | р | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
средний | мин. | макс. | средний | мин. | макс. | |||
CD4+ Treg* | CD4+CD25hiFOXP3+ | 0,6 | 0,3 | 0,9 | 3,3 | 0,6 | 6,1 | <0,05 |
Treg n** | CD4+CD45+FOXP3lowRO- | 8,6 | 0 | 13,6 | 10,6 | 6,6 | 14,7 | 0,44 |
Treg eff** | CD4+CD45+ FOXP3hi RO+ | 6,05 | 0,2 | 11 | 21 | 6,4 | 28,3 | 0,07 |
Treg m** | CD4+CD45+ FOX3low RO+ | 29,8 | 0,1 | 53,7 | 52,5 | 43,9 | 60 | <0,05 |
| CD4+CD25hi CD127-CD39CD134+ | 10,92 | 1,0 | 26,7 | 1,6 | 0,4 | 3,1 | 0,19 |
iTreg** | CD4+CD25hi CD127CD39+CD134- | 24,8 | 1,3 | 49,4 | 43,7 | 31,5 | 65,6 | 0,08 |
| CD4+CD25hi CD127CD39+CD134+ | 5,7 | 0,2 | 11 | 5,7 | 0,9 | 12,5 | >0,05 |
Tr1** | CD4+ FOXP3- IL10+ | 0,26 | 0 | 0,4 | 1,1 | 0,4 | 2,1 | 0,02 |
Th17/Treg** | CD4+CD25hi FOXP3+ CD127-CD196+CD39+ | 7,7 | 0,1 | 17,2 | 28,4 | 17,2 | 39,5 | 0,006 |
П р и м е ч а н и е. * подсчёт популяции как процент всех CD4+ Т-клеток; ** подсчёт популяции как процент CD4+ Treg-клеток.
Определение доли и абсолютного числа FOXP3+CD4+ Treg посредством проточной цитометрии позволило установить, что их статистически значимо меньше у пациентов с ингаляционной аллергией, чем у людей без атопии: в среднем 0,6% против 3,3%, p < 0,05; и 8,7 против 55 клеток/µ1,р<0,001 (рис. 1). Эта разница была обусловлена в основном субпопуляцией Treg m с фенотипом CD4+CD45+ FOX3low RO+. У пациентов они в среднем составили 29,8% из всех CD4+ Treg, в то время как в контрольной группе 52,5%,р < 0,05.
Рис. 1. Субпопуляции FOXP3+ CD4+ Treg у здоровых людей и у пациентов с клинически выявленной IgE-обусловленной аллергией.
При анализе субпопуляций Treg-клеток, индуцированных на периферии у пациентов с аллергией к атопическим аллергенам, наблюдается значительное снижение числа и относительной доли Tr1-клеток: 0,26% против 1,1% среди представителей контрольной группы (р < 0,05) (рис. 2).
Рис. 2. Сравнительный анализ доли CD4+· FOXP3-IL10+ (Хг1-клетки) у здоровых индивидов и у пациентов с клинически выявленной IgEобусловленной аллергией.
У пациентов с ингаляционной аллергией субпопуляция Thl7/Treg-клеток тоже была значительно уменьшена: в среднем 7,7% против 28,4% у здоровых людей, р < 0,01 (рис. 3).
Рис. 3. Субпопуляция Thl7/Tregклеток с фенотипом CD4+CD25hi FOXP3+CD127-CD196+CD39+ у здоровых индивидов и у пациентов с клинически выявленной IgEобусловленной аллергией.
Обсуждение
При аллергии в организме развивается ряд патологических иммунных реакций в ответ на воздействие со стороны аллергенов окружающей среды. У пациентов формируется в основном Тh2-иммунный ответ, который стимулирует В-клетки к продукции IgE-антител. На данный момент достаточно данных, свидетельствующих о том, что Т-регуляторные клетки могут повлиять на Тh2-ответ in vitro. Однако исследование иммунного ответа на аллергены у здоровых индивидов показывает, что у них существует такой же периферийный Т-клеточный репертуар, который выявляет идентичные Тклеточные эпитопы, как и у пациентов с аллергией [4].
Имеются предварительные данные о том, что у индивидов без атопии число Т-регуляторных клеток с возрастом увеличивается, а у пациентов с IgE-обусловленной аллергией субпопуляции естественных Т-регуляторных клеток уменьшаются по сравнению со здоровыми людьми [5, 6].
Полученные нами результаты также показывают, что у пациентов с атопией налицо статистически значимое уменьшение числа естественных Т-регуляторных клеток, в основном в субпопуляции Treg-клеток памяти. Это, несомненно, вызывает нарушение иммунного гомеостаза у людей с атопией и может привести к развитию сверхчувствительности к разнообразным аллергенам в окружающей среде.
С другой стороны, индукция и образование периферийной иммунной толерантности имеет существенное значение для поддержания стабильности иммунной системы.
В течение последних 20 лет особое внимание в исследованиях уделяется индуцированной на периферии субпопуляции Treg-клеток. По сравнению с естественными CD4+CD25+ Treg-клетками Тг1-клетки обычно не экспрессируют CD25 или FOXP3. Доказано, что Тr1-клетки индуцируются путём продолжительной активации CD4 Т-клеток аллергеном в присутствии IL-10. Они отличаются и по своему уникальному цитокиновому профилю, охарактеризованному как IL-10+TGFβ+IFNγ+IL-5"IL-4"IL-2low/neg. Считается, что Тг1 составляют основную субпопуляцию индуцибельных, периферических Т-регуляторных клеток, которая имеет отношение к формированию иммунных ответов при аллергии, так как они продуцируют большие количества IL-10 и TGF-β [7].
В отличие от естественных Treg-клеток, которые управляют регуляторными иммунными функциями во всём теле и вносят свой вклад в поддержание иммунного гомеостаза, Тr1-клетки регулируют локальную иммунную микросреду, в которой существуют специфические антигены. Благодаря своим иммуносупрессивным свойствам Тr1-клетки обеспечивают поддержание периферической иммунной толерантности и подавляют развитие аллергических и аутоиммунных заболеваний [8]. У здоровых людей аллерген-специфические Тг1 составляют доминирующую Т-клеточную субпопуляцию, которая подавляет аллергические ответы на различные аллергены в окружающей среде [9].
Более того, наблюдаемое нами статистически значимое уменьшение субпопуляции именно Тr1-клеток у пациентов с клинически проявленной ингаляционной аллергией является ещё одним подтверждением гипотезы о том, что аллергические заболевания возникают прежде всего вследствие нарушения периферической иммунной толерантности, поддерживаемой Тr1-клетками.
Thl7/Treg-клетки представляют относительно малую популяцию на периферии здоровых индивидов: от 4 до 8% от общего числа CD4+CD25+ Tregs. Поскольку они экспрессируют на своей поверхности CCR6 (CD 196) и CCR4 (CD 194), считается, что эти клетки лучше представлены в тканях, чем в периферической крови. Хотя эти клетки проявляют антагонистические функции и Т-регуляторных, и Thl7 эффекторных клеток, считается, что данная субпопуляция играет важную роль в контроле патогенеза ряда аутоимунных заболеваний. Роль этих клеток в развитии аллергических заболеваний не изучена детально. В одном исследовании сообщалось, что по сравнению со здоровыми людьми у пациентов с аллергическим ринитом повышено число Th2, ТЫ7 и IL-Па-продуцирующих Treg и налицо сравнимое число Th1и Treg-клеток [10].
Наше исследование показало, что в периферической крови пациентов с аллергическим ринитом число Thl7/Treg-клеток с фенотипом CD4+CD25hi FOXP3+CD127- CD196+CD39+ статистически значимо снижено по сравнению со здоровыми индивидами. Данный факт требует более детального исследования и объяснения.
Заключение
Полученные нами результаты показывают, что у пациентов с IgE-обусловленной аллергией статистически значимо меньшие число и относительная доля основных субпопуляций Т-регуляторных клеток по сравнению со здоровыми людьми. Уменьшение числа естественных Т-регуляторных клеток, в частности Treg-клеток памяти, а также индуцированных на периферии Тг1и Thl7/Treg-клеток, приводит к нарушению механизма периферической Т-клеточной толерантности, вследствие чего происходит чрезмерная активация Th2-клеток.
Следовательно, дисрегуляция иммунной системы и потеря периферической толерантности лежат в основе развития ряда широко распространённых аллергических заболеваний, таких как аллергический ринит, астма и др.
Таким образом, определение числа и доли различных субпопуляций Т-регуляторных клеток посредством проточной цитометрии можно эффективно использовать для комплексной клинико-иммунологической оценки состояния каждого пациента с IgE-обусловленной ингаляционной аллергией, в том числе в процессе специфической иммунотерапии.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
About the authors
G. S. Nikolov
National Center of Infectious and Parasitsic Diseases
Author for correspondence.
Email: labalerg@ncipd.org
ORCID iD: 0000-0003-2949-7834
Georgi S. Nikolov, MD PhD, Department «Immunology», Sofia, 1504, Bulgaria Bulgaria
Y. D. Todorova
National Center of Infectious and Parasitsic Diseases
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4708-6887
Sofia, 1504, Bulgaria Bulgaria
M. H. Nikolova
National Center of Infectious and Parasitsic Diseases
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-8180-4892
Sofia, 1504, Bulgaria Bulgaria
R. G. Emilova
National Center of Infectious and Parasitsic Diseases
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0018-1361
Sofia, 1504, Bulgaria Bulgaria
D. M. Hristova
Aleksandrovska University Hospital
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9710-1312
Sofia, 1431, Bulgaria Bulgaria
P. J. Kostova-Shahid
Aleksandrovska University Hospital
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-3012-1861
Sofia, 1431, Bulgaria Bulgaria
B. N. Petrunov
National Center of Infectious and Parasitsic Diseases
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-8435-6175
Sofia, 1504, Bulgaria Bulgaria
References
- Jutel М., Akdis С.A. T-cell regulatory mechanisms in specific immunotherapy. Chem. Immunol. Allergy. 2008; 94: 158-77. Doi: https://doi.org/10.1159/000155000
- Zhang H., Kong H., Zeng X., Guo L., Sun X., He S. Subsets of regulatory T cells and their roles in allergy. J. Transl. Med. 2014; 12: 125. Doi: https://doi.org/10.1186/1479-5876-12-125
- Jung M.K., Kwak J.E., Shin E.C. IL-17A-producing Foxp3+ regulatory T cells and human diseases. Immune Netw. 2017; 17(5): 276-86. Doi: https://doi.org/10.4110/in.2017.17.5.276
- Li L., Boussiotis V.A. Control and regulation of peripheral tolerance in allergic inflammatory disease: therapeutic consequences. Chem. Immunol. Allergy. 2008; 94: 178-88. Doi: https://doi.org/10.1159/000155086
- Pacheco-Gonzalez R.M., Avila C., Dávila I., García-Sánchez A., Hernández-Hernández L., Benito-Pescador D., et al. Analysis of FOXP3 gene in children with allergy and autoimmune diseases. Allergol. Immunopathol. (Madr). 2016; 44(1): 32-40. Doi: https://doi.org/10.1016/j.aller.2015.01.012
- Akdis C.A., Akdis M. Mechanisms and treatment of allergic disease in the big picture of regulatory T cells. J. Allergy Clin. Immunol. 2009; 123(4): 735-48. Doi: https://doi.org/10.1016/j.jaci.2009.02.030
- Palomares O., Martín-Fontecha M., Lauener R., Traidl-Hoffmann C., Cavkaytar O., Akdis M., et al. Regulatory T cells and immune regulation of allergic diseases: roles of IL-10 and TGF- beta. Genes Immun. 2014; 15(8): 511-20. Doi: https://doi.org/10.1038/gene.2014.45
- Wu K., Bi Y., Sun K., Wang C. IL-10-producing type 1 regulatory T cells and allergy. Cell. Mol. Immunol. 2007; 4(4): 269-75.
- Xystrakis E., Boswell S.E., Hawrylowicz C.M. T regulatory cells and the control of allergic disease. Expet. Opin. Biol. Ther. 2006, 6(2): 121-33. Doi: https://doi.org/10.1517/14712598.6.2.121
- Cheng X., Lou W., Wang C., Zhang W., Han D., Zhang L. FOXP3-marked IL-17a-producing regulatory T cells are increased in patients with allergic rhinitis. Acta Otolaryngol. 2012; 132(12): 1311-7. Doi: https://doi.org/10.3109/00016489.2012
Supplementary files
