Investigation on the role of CD26 in Th1 and Th17 cell differentiation and allogeneic graft rejection

Abstract

CD26, also known as dipeptidyl peptidase IV (DPPIV) is a multifunctional protein and is involved in many biological processes. As a co-stimulator of T cell activation, CD26 plays an important role in the immune system, especially in T cell activation and differentiation. However, the role of CD26 in the differentiation of new paradigms of T cells, such as Th17, is not fully clarified. Moreover, CD26 is associated with many diseases and the mechanisms of CD26 in some of these diseases such as in immune rejection of organ transplantation have not been fully elucidated. In the present study, the role of CD26 in T cell activation and differentiation was investigated in vitro. CD26 expression was analyzed in the different subsets of human peripheral blood T lymphocytes after antigen stimulation. It was found that the percentage of CD4+ cells, CD26+CD4+ cells and CD26+CD8+ cells were all increased after stimulation. After magnetic cell sorting of CD26-expressing cells, two groups of cells were obtained; CD26 low-expressing group (CD26low) and CD26 high-expressing group (CD26high). The percentage of CD4+ cells was found to be higher while the percentage of CD8+ cells was lower in CD26high group in comparison to CD26low group. However, the percentages of CD4+CD26+ cells and CD8+CD26+ cells were both significantly higher in CD26high group. Furthermore, the percentages of cells secreting Th1-typical cytokines (IL2 or IFN-γ), or Th17-typical cytokines (IL-6, IL-17, or IL-22), or expressing Th17-typical biomarkers (IL-23R, CD161, or CD196) were significantly higher in the CD26high group. Besides, a co-expression of CD26 with IL-2, IFN-γ, IL-17, IL-22, or IL-23R in lymphocytes by fluorescence microscopy was demonstrated. Moreover, the co-expression percentages of CD26+ cells with IL-2, IFN-γ, IL-6, IL-17, IL-22, or IL-23R were significantly higher in the CD26high group than that in the CD26low group, respectively. These data indicate that the high expression of CD26 correlates with the differentiation of Th1- and Th17-subsets. In order to investigate the potential role of CD26/DPPIV in organ transplantation, the animal model of allogeneic tail-skin transplantation was established using CD26-deficient mice. After allogeneic tail-skin transplantation, in comparison to wild-type (CD26+/+) mice, CD26–/– mice showed reduced necrosis of grafts and delayed graft rejection. The production levels of IgG, including its subclasses IgG1 and IgG2a were much lower in the serum of CD26–/– mice. Moreover, the secretion levels of cytokines IFN-γ, IL-2, IL-6, IL4, and IL-13 were significantly lower while the level of the cytokine IL-10 was higher in the serum of CD26–/– mice than in CD26+/+ mice. In addition, the concentration of IL-17 in serum and the percentage of cells secreting IL-17 in MPBLs were both significantly lower, while the percentage of regulatory T cells (Tregs) in MPBLs was significantly higher in CD26–/– mice than in CD26+/+ mice. Furthermore, a lower percentage of CD8+ cells in mouse peripheral blood lymphocytes (MPBLs) was found after skin transplantation. Less infiltrated macrophages and T cells were detected in the graft tissues of CD26–/– mice during graft rejection. These results indicate that CD26 is involved in allogeneic skin graft rejection and suggests a potential role of CD26-deficiency in repressing the immune rejection in clinical organ transplantation.

CD26, auch bekannt als Dipeptidylpeptidase 4 (DPPIV), ist ein multifunktionales Protein. Als ein Co-Stimulator der T-Zell-Aktivierung spielt CD26 eine wichtige Rolle im Immunsystem, besonders bei der Aktivierung und Differenzierung der T-Lymphozyten. Der Einfluss von CD26 auf die Differenzierung neuer T-Zell-Typen, wie beispielsweise Th17, ist noch nicht vollständig geklärt. Außerdem steht CD26 mit vielen Erkrankungen in Verbindung, und die Mechanismen von CD26 bei einigen dieser Erkrankungen, wie bei der Immunabstoßung nach Organtransplantationen, sind nicht vollständig geklärt worden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von CD26 bei der T -Zell-Aktivierung und Differenzierung in vitro untersucht. Hierfür wurde die CD26-Expression in verschiedenen humanen T-Zell-Subpopulationen von peripheren Blut-T-Lymphozyten nach der Antigenstimulation analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass die prozentualen Anteile von CD4+, CD26+CD4+ und CD26+CD8+ Zellen nach der Antigenstimulation jeweils gestiegen waren. Bei der magnetischen Zellsortierung von CD26-exprimierenden Zellen fanden sich zwei Gruppen: eine CD26 niedrig exprimierende Gruppe (CD26low) und eine CD26 hoch exprimierende Gruppe (CD26high). Dabei war der Anteil an CD4+ Zellen höher und der Anteil der CD8+ Zellen niedriger in der CD26high Gruppe, verglichen mit der CD26low Gruppe. Jedoch war der Anteil sowohl von CD4+CD26+ als auch CD8+CD26+ Zellen signifikant größer in der CD26high Gruppe. Außerdem zeigte sich, dass die Anteile der Zellen, die Th1-typische Zytokine (IL-2 oder IFN-γ) oder Th17-typische Zytokine (IL6, IL-17 oder IL-22) sezernieren, sowie Th17-typische Biomarker (IL-23R, CD161 oder CD196) exprimieren, signifikant höher in der CD26high Gruppe waren. Zudem wurde eine Ko-Expression von CD26 mit IL-2, IFN-γ, IL-17, IL-22 oder IL-23R in Lymphozyten durch Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen. Darüber hinaus waren die prozentualen Anteile von CD26+ Zellen mit der Expression von IL-2, IFN-γ, IL-6, IL-17, IL-22 oder IL23 jeweils signifikant höher in der CD26high Gruppe als in der CD26low Gruppe. Diese Daten zeigen, dass die starke Expression von CD26 mit der Differenzierung der Th1- und Th17 Untergruppen korreliert ist. Um die potentielle Rolle von CD26/DPPIV bei Organtransplantationen zu untersuchen, wurde das Tiermodel allogener Schwanzhaut-Transplantationen bei CD26-defizienten Mäusen entwickelt. Nach einer allogenen Transplantation der Schwanzhaut zeigten CD26– /– Mäuse eine im Vergleich zum Wildtyp (CD26+/+) reduzierte Nekrose der Transplantate und eine verzögerte Transplantatabstoßung. Die gebildete Menge von IgG, einschließlich der Subklassen IgG1 und IgG2, war im Serum bei CD26–/– Mäusen deutlich geringer. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass im Serum der CD26–/– Mäuse die Sekretionsniveaus der Zytokine IFN-γ, IL-2, IL-6, IL-4 und IL-13 signifikant niedriger waren, und die Konzentration des Zytokines IL-10 höher war als bei CD26+/+ Mäusen. Außerdem war die Konzentration von IL-17 im Serum und der prozentuale Anteil von IL17 sezernierenden Zellen in den peripheren Blut- Lymphozyten der Mäuse (MPBLs) signifikant niedriger bei gleichzeitig signifikant höherem prozentualen Anteil der regulatorischen T-Zellen (Tregs) bei CD26–/– Mäusen. Weiterhin wurde ein geringerer prozentualer Gehalt von CD8+ Zellen in MPBLs nach der Hauttransplantation gefunden. Es wurden weniger infiltrierte Makrophagen und T-Zellen in den Transplantatgeweben von CD26–/– Mäusen während der Transplantatabstoßung nachgewiesen. Diese Ergebnisse zeigen, dass CD26 an der allogenen Hauttransplantats-Abstoßung beteiligt ist, und legen eine mögliche Rolle einer CD26-Defizienz zur Unterdrückung der Immunabstoßung bei klinischen Organtransplantationen nahe.