Charakterisierung von T-Stammzell-Gedächtnis Zellen (TSCM) in verschiedenen Alterskohorten

Abstract

Einleitung: T-Stammzell-Gedächtniszellen (TSCM) stellen aufgrund ihrer Langlebigkeit, Multipotenz und des Potenzials zur Rekonstitution bestimmter T-Zellpopulationen eine wichtige Säule der nachhaltigen Immunabwehr dar. Sie scheinen im Kontext akuter und chronischer Infektionen sowie der adoptiven T-Zell-Therapie von großer klinischer Relevanz. Unklar sind der Einfluss des biologischen Alters sowie Alterationen des Immunsystems auf TSCM und deren funktionelle Eigenschaften. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine genauere Typisierung der TSCM in ihrer absoluten und relativen Frequenz sowie der Funktionalität anhand funktionaler Marker in einer breiten Alterskohorte. Methode: Die T-Zell-Frequenzen und absoluten Zellzahlen von T-Zell-Subpopulationen wurden im peripheren Blut von 60 Spendern durchflusszytometrisch bestimmt. Innerhalb der Subpopulationen wurde die Expression von Aktivierungs- und Proliferationsmarker in Abhängigkeit von Alter und CMV-Infektionsstatus (IS) erfasst. Es wurde PD-1 als Marker einer persistierenden T-Zell-Aktivierung mit erhöhter Sensitivität für eine Checkpointaktivierung, CXCR3 als Rezeptor des T-Zell-Migrationspotenzials zu Entzündungsgebieten und CX3CR1 als Marker der Effektor- vs. Proliferationsfunktion untersucht. Der Einfluss des CMV-IS wurde mittels intrazellulärer Co-Expression von TZelleffektor- Mediatoren nach CMV-abgeleiteter Peptidstimulation bestimmt. Zusätzlich wurden gekoppelte Blut-und Knochenmarkproben von 4 Spendern hinsichtlich der absoluten und relativen TSCM-Zell-Zahlen untersucht. Ergebnisse: Es fanden sich konstante TSCM-Frequenzen und absolute Zell-Zahlen unabhängig vom Alter und CMV-IS. Die höchste Effektor-Polyfunktionalität und das größte Migrationspotential (CXCR3) zeigten früh-differenzierte T-Zell-Subtypen (TSCM und zentrale Gedächtnis-T-Zellen(TCM)). Ein positiver CMV-IS führte zu einer geringeren CXCR3-Expression der TSCM und TCM im Alter. Die proliferative Kapazität (fehlende CX3CR1-Expression) der TSCM war altersunabhängig geringer als die naiver T-Zellen (TNAIVE) und höher als die der Effektor-Gedächtnis-Zellen (TEM) und TEMRA. Die Expression von PD-1 stieg mit zunehmendem Differenzierungslevel (TNAIVE<TSCM<TCM<TEM) und in höherem Alter an. Es zeigten sich keine Frequenzunterschiede der TSCM innerhalb der PBMC und des Knochenmarks. Diskussion: Die vorliegenden Arbeit zeigt die TSCM als robuste, frühdifferenzierte T-Zell- Population, die numerisch alters- und CMV-IS-unabhängig konstant besteht, auf funktionaler Ebene aber Alterationen aufweist. Von besonderer Relevanz erscheint die geringere Expression von CXCR3 im Alter bei Vorliegen eines positiven CMV-IS, welche auf eine verminderte Migrationsfähigkeit der TSCM in entzündliche Areale hindeuten und eine Ursache der reduzierten Immunabwehr im höheren Alter darstellen könnte. Die vorliegenden Daten können als Basiswerte dienen um in folgenden Studien (z.B. bei Immunsuppression), die veränderte Funktionalität der TSCM zu beurteilen.

Introduction: T stem cell memory cells (TSCM) represent a crucial pillar of the sustainable immune defense due to their longevity, multipotency and their potential to reconstitute different t-cell populations. Therefore, TSCM seam of great clinical relevance in the context of acute and chronic infections as well as adoptive T cell therapy. However, the influence of biological age and alterations of the immune system on TSCM and their functional properties is unclear. The aim of the present work was a more precise portrayal of TSCM in their absolute and relative frequency and their functionality based on functional markers in a broad age cohort. Methods: Frequencies and absolute cell numbers of T cells of diverse differentiation subtypes within peripheral blood were determined by flow cytometry from 60 donors in a broad age cohort. Within the subtypes, the expression of activation and proliferation markers was recorded as a function of age and human cytomegalovirus-infection status (CMV-IS). For this purpose, the expression of PD-1 as a marker of persistent T cell activation with an increased sensitivity for checkpoint activation, CXCR3 as a receptor for T cell migration towards inflammatory areas, and CX3CR1 as a marker of effector vs. proliferative function were examined. The effect of the CMV-IS was determined by assessing the intracellular co-expression of T cell effector mediators after CMV-derived peptide stimulation. Finally paired blood and bone marrow samples from 4 donors were analyzed for absolute and relative T cell counts. Results: Constant frequencies and absolute T cell counts of TSCM were recorded irrespective of age and CMV-IS. Functional analysis revealed the highest effector polyfunctionality and migration potential (CXCR3) for early-differentiated T cell subtypes (TSCM and central memory T cells: TCM). A positive CMV-IS resulted in decreased expression of CXCR3 within TSCM and TCM with age. The proliferative capacity (missing CX3CR1 expression) of TSCM was lower than naïve T cells (TNAIVE) but higher than that of effector memory cells (TEM) and TEMRA, independent of age. PD-1 expression increased significantly with increasing differentiation level (TNAIVE<TSCM<TCM<TEM) and increasing age. There were no frequency differences of TSCM within PBMC and bone marrow. Discussion: The present results establish TSCM as a robust, early-differentiated T cell population that numerically persists consistently independent of age and CMV infection status, but exhibits alterations at the functional level. Of particular relevance is the lower expression of CXCR3 in old age, especially in the presence of a positive CMV-IS, which may indicate a reduced ability of TSCM to migrate to inflammatory areas and may represent a cause of reduced immune defense in older age. The present data may serve as baseline values to assess altered functionality of TSCM in further studies, e.g. regarding immunosuppression.