IL-27通过诱导免疫调节分子CD39的表达作用于树突状细胞,从而抑制T细胞反应和自身免疫

IL-27 acts on DCs to suppress the T cell response and autoimmunity by inducing expression of the immunoregulatory molecule CD39.

作者信息Ivan D Mascanfroni, Ada Yeste, Silvio M Vieira, Evan J Burns, Bonny Patel, Ido Sloma, Yan Wu, Lior Mayo, Rotem Ben-Hamo, Sol Efroni, Vijay K Kuchroo, Simon C Robson, Francisco J Quintana
PMID23995234
发布时间2013-10
DOI10.1038/ni.2695

实验完整度

高

体外cDC培养、基因缺陷小鼠、骨髓嵌合体、过继转移EAE模型及DC疫苗接种,功能与机制验证明确

主要模型

小鼠脾脏cDC与pDC 骨髓来源DC(BMDC) CD11c-DTR→WT骨髓嵌合体小鼠 MOG35–55诱导的C57BL/6 EAE模型与PLP139–151诱导的SJL复发缓解型EAE模型

重点核对

IL-27处理浓度20 ng/ml、ecLPS 100 ng/ml,处理48 h DC与2D2+ CD4+ T细胞共培养比例1:10 CD11c-DTR→WT嵌合体每2天腹腔注射16 ng/g体重DTx,持续2周 EAE诱导剂量:MOG35–55 150 μg或PLP139–151 30 μg皮下免疫 DC疫苗接种:2×10^6个DC静脉注射,每4天一次,共4次

摘要

树突状细胞(DCs)在体内控制效应T细胞与调节性T细胞之间的平衡。因此,研究DCs可能揭示疾病发病机制,并为免疫介导性疾病指导新的治疗方法。我们发现,小鼠DCs中的IL-27信号传导限制了效应TH1和TH17细胞的产生以及实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)的发展。IL-27的作用至少部分是通过诱导DCs中免疫调节分子ENTPD1(CD39)的表达介导的。IL-27诱导的ENTPD1降低了细胞外ATP水平,下调了核苷酸依赖性NLRP3炎症小体的激活。最后,用IL-27处理的DCs进行治疗性疫苗接种抑制了已建立的复发缓解型EAE。因此,DCs中的IL-27信号传导限制了致病性T细胞反应和自身免疫的发展。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
DCs中的IL-27信号传导是否以及如何调控效应T细胞与调节性T细胞的分化及中枢神经系统自身免疫?
核心机制
IL-27通过STAT3促进cDCs中ENTPD1(CD39)表达,ENTPD1降解细胞外ATP,降低ATP依赖的NLRP3炎症小体激活,从而限制致病性TH1和TH17细胞分化;该过程至少部分依赖ENTPD1。
主要证据
体外cDC实验显示IL-27上调ENTPD1、降低细胞外ATP和caspase-1/IL-1β活化;DC特异性IL-27RA或ENTPD1缺失小鼠EAE加重、CNS中TH1/TH17增多;IL-27处理的DC疫苗接种以CD39依赖方式抑制已建立的复发缓解型EAE。
研究意义
揭示了DCs中IL-27-ENTPD1轴控制致病性T细胞反应和自身免疫的免疫调节通路,提示IL-27处理的耐受性DC疫苗可能为多发性硬化等免疫介导性疾病提供治疗途径。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

IL-27RA在cDCs与pDCs中的表达分析

确定IL-27信号传导主要作用于哪类DC。

分选naive小鼠脾脏pDCs和cDCs,用流式细胞术、qPCR和免疫印迹检测IL-27RA表达。

2

IL-27对cDCs抗原提呈细胞功能的调控

验证IL-27是否影响cDCs的活化、细胞因子分泌及T细胞极化能力。

用IL-27预处理脾脏cDCs,加ecLPS激活,检测MHC-II和共刺激分子、细胞因子分泌、Il27表达,并与naive 2D2+ CD4+ T细胞及MOG35–55共培养检测增殖和细胞因子。

3

DC特异性IL-27RA缺失对EAE的影响

在体内验证DCs中的IL-27信号传导对EAE和致病性T细胞反应的调控。

构建CD11c-DTR→WT骨髓嵌合体,用WT或Il27ra−/−DC前体重建,诱导EAE,评估临床评分、CNS浸润T细胞、脾脏T细胞回忆反应及cDCs基因表达。

4

IL-27调控cDCs转录组及ENTPD1的机制验证

鉴定IL-27作用于cDCs的转录程序及介导抑制功能的关键分子。

用Affymetrix芯片和IPA/NetGenerator分析IL-27处理的cDCs;用阻断抗体、IDO抑制剂及ENTPD1缺陷cDCs验证抑制功能;用qPCR、流式、免疫印迹、ChIP和荧光素酶报告基因验证STAT1/STAT3对Entpd1启动子的调控。

5

ENTPD1对细胞外ATP和NLRP3炎症小体的调控

验证IL-27诱导的ENTPD1是否通过降解细胞外ATP抑制NLRP3炎症小体活化。

检测IL-27处理的WT、IL-27RA缺陷或ENTPD1缺陷cDCs培养上清中细胞外ATP水平;加入外源ATP后检测残余ATP;用TLC检测CD39酶活性;用免疫印迹和ELISA检测caspase-1和IL-1β。

6

DC特异性ENTPD1缺失对EAE的影响

在体内验证DCs中ENTPD1对EAE和致病性T细胞反应的调控。

用ENTPD1缺陷DC前体重建CD11c-DTR→WT嵌合体,诱导EAE,评估临床评分、CNS浸润T细胞、脾脏T细胞回忆反应及cDCs基因表达。

7

IL-27处理的DC疫苗对已建立EAE的治疗效果

评估IL-27处理的DC疫苗对复发缓解型EAE的治疗作用及其CD39依赖性。

在SJL小鼠PLP139–151诱导的复发缓解型EAE remission期(第20天)开始静脉注射IL-27处理的DC疫苗,每4天一次,共4次;检测临床评分、PLP139–151和PLP178–191回忆反应及血清抗体;在B6 MOG35–55 EAE模型中用IL-10、PD-L1、IL-27R或CD39缺陷DC验证依赖性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
IL-27eBioscience--
脂多糖(大肠杆菌0111:B4菌株)Sigma--
胶原酶D----
III型胶原酶Worthington--
DNA酶Sigma-Aldrich--
抗LY6C抗体(HK1.4)BioLegend--
抗CD11b抗体(M1/70)BioLegend--
抗MHCII抗体(M5/114.15.2)eBioscience--
抗F4/80抗体(BM8)eBioscience--
抗CD39抗体(24DMS1)eBioscience--
抗CD11c抗体(HL3)BD Pharmingen--
抗B220抗体(RA3-6B2)BD Pharmingen--
抗IL-27RA抗体(263503)R&D--
抗Foxp3抗体(FJK-16s)eBioscience--
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯----
离子霉素----
GolgiPlugBD Pharmingen--
Cytofix/Cytoperm Plus试剂盒BD Bioscience--
抗IFN-γ抗体(XMG1.2)BioLegend--
抗IL-17抗体(eBio17B7)eBioscience--
抗IL-10抗体(JES5-16E3)BD Pharmingen--
IL-12R&D Systems--
IL-6R&D Systems--
TGF-β1R&D Systems--
IL-23R&D Systems--
羧基荧光素二乙酸琥珀酰亚胺酯Molecular Probes--
RNAeasy柱Qiagen--
ViiA™ 7实时PCR系统Applied Biosystems--
RIPA裂解液Sigma--
蛋白酶抑制剂混合物Sigma--
4–12% Bis-Tris Nupage凝胶Invitrogen--
PVDF膜Millipore--
抗IL-27RA抗体(MAB21091)R&DMAB21091
抗磷酸化STAT3抗体(Cat. #9134)Cell Signaling Technology9134
抗磷酸化STAT1抗体(Cat. #9167)Cell Signaling Technology9167
抗STAT3抗体(Cat. #9132)Cell Signaling Technology9132
抗STAT1抗体(Cat. #9172)Cell Signaling Technology9172
抗GAPDH抗体(#2111)Cell Signaling Technology2111
抗caspase-1抗体(ab17820)Abcamab17820
抗IL-1β抗体(ab9722)Abcamab9722
抗β-actin抗体(ab20272)Abcamab20272
SuperSignal West Femto最高灵敏度底物Pierce--
蛋白A Dynal磁珠Invitrogen--
蛋白G Dynal磁珠Invitrogen--
QIAquick DNA纯化试剂盒Qiagen--
SYBR green实时PCRTakara Bio Inc.--
FuGENE HD转染试剂Roche--
双荧光素酶检测试剂盒Promega--
ENTILEN rLuciferase/Luciferin试剂Promega--
Infinite 200 Pro发光仪Tecan--
[C14]ADPGE Healthcare Life Sciences--
硅胶基质板Sigma-Aldrich--
双嘧达莫----
MOG35–55肽ANASPEC--
PLP(139–151)肽ANASPEC--
IL-12R&D Systems--
IL-23R&D Systems--
GM-CSFPeprotech--
CD11c+磁珠Miltenyi--
环氧基玻片TeleChem--
山羊抗小鼠IgG Cy3偶联检测抗体Jackson ImmunoResearch Labs--
GeneSpring软件Silicon Genetics--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
cDC体外处理与T细胞共培养
IL-27 20 ng/ml、ecLPS 100 ng/ml处理48 h;DC与2D2+ CD4+ T细胞比例1:10;极化细胞因子浓度(IL-12 30 ng/ml;IL-6 30 ng/ml + TGF-β1 3 ng/ml;TGF-β1 5 ng/ml + IL-27 30 ng/ml)
阅读提示:Methods“Isolation of Splenic DCs and CNS Infiltrates”及“Proliferation assays”小节;Figure 2图注
DC特异性IL-27RA或ENTPD1缺失小鼠构建
致死辐照9.5 Gy;静脉注射5×10^6骨髓细胞;重建后休息8周;每2天腹腔注射16 ng/g体重DTx持续2周;每组4–5只随机分配小鼠
阅读提示:Methods“Animals”小节及Supplementary Fig. 4
EAE诱导与过继转移
MOG35–55 150 μg或PLP139–151 30 μg皮下免疫;过继转移5×10^6细胞静脉注射;第21天取材;临床评分标准0–5
阅读提示:Methods“EAE Induction and DC Vaccination”小节
IL-27处理的DC疫苗接种
BMDC以GM-CSF 20 ng/mL培养7天,IL-27 20 ng/ml处理18 h,最后3 h加载20 μg肽;每只小鼠2×10^6个DC静脉注射,每4天一次共4次;SJL模型第20天开始治疗;每组n=5
阅读提示:Methods“EAE Induction and DC Vaccination”小节;Figure 7图注
ENTPD1酶活与细胞外ATP检测
外源ATP 500 μM孵育2 h;TLC使用2 mCi/ml [C14]ADP、10 mM Ca2+、5 mM Mg2+,1.5、3、6 min取样;双嘧达莫10 μM
阅读提示:Methods“Free ATP measurement”及“Ectonucleotidase enzymatic activity analysis”小节;Figure 5图注