Чтобы исследовать влияние различной интенсивности анти-CD3 стимуляции на активацию Т-клеток, мы выделили спленоциты мышей и очистили CD8+ Т-клетки для культивирования in vitro, после чего провели анализы активации Т-клеток и проточно-цитометрический анализ. Для анализа данных лимфоциты сначала выделяли (гейтировали) с помощью комбинации FSC-A и SSC-A, затем выделяли синглеты с помощью FSC-H и FSC-W, а затем SSC-H и SSC-W. Живые CD8+ Т-клетки далее выделяли по маркеру CD8 в сочетании с фиксируемым красителем жизнеспособности для последующего анализа (Рисунок 1A).
Чтобы подтвердить, что система стимуляции с использованием иммобилизованных на планшете антител эффективно активирует Т-клетки in vitro, мы изучили фосфорилирование рибосомального белка S6 (p-S6) — общепризнанного downstream-показателя активности mTORC1 и точки схождения путей PI3K-mTOR и MEK-ERK MAPK ниже по каскаду сигнализации TCR15,16. В соответствии с этими данными, мы наблюдали дозозависимое увеличение уровней p-S6 через 6 ч после стимуляции при повышении концентраций анти-CD3 (0.1–10 µg/mL) (Рисунок 1B), что подтверждает активацию оси TCR-mTORC1-S6 системой иммобилизованных анти-CD3 в зависимости от силы сигнала. Это раннее событие фосфорилирования согласуется с задействованием mTORC1-зависимых метаболических путей, которые обеспечивают последующую пролиферацию Т-клеток и их эффекторную дифференцировку.
Пролиферацию клеток оценивали с помощью проточной цитометрии по разведению CTV после стимуляции TCR градиентными концентрациями анти-CD3 (0.1–10 µg/mL) в трех временных точках после стимуляции: через 6, 36 и 48 h. В ранней временной точке сигналинга (6 h) во всех условиях стимуляции наблюдалось лишь минимальное пролиферативное разведение. К 36 h в группе с низкой дозой стимуляции (0.1 µg/mL) всё еще не наблюдалось значимой клональной экспансии, тогда как в группах со средними и высокими дозами (5 и 10 µg/mL) были видны четко разделенные пики разведения CTV, что указывало на начало прогрессии клеточного цикла. Через 48 h различия в пролиферативных фенотипах в зависимости от концентрации стимулятора были наиболее выражены. Слабая стимуляция TCR (0.1 µg/mL) привела к появлению всего 1.25% пролиферирующих клеток и одного неразведенного пика CTV, что свидетельствует о субоптимальной активации. Средняя стимуляция (1–5 µg/mL) индуцировала три раздельных пика деления, при этом доля пролиферирующих клеток увеличилась с 70.8% до 84.0%. При сильной стимуляции (10 µg/mL) была достигнута самая высокая доля пролиферирующих клеток (89.5%), зафиксировано максимальное количество поколений деления и выявлено насыщение пролиферации (Рисунок 2).
Далее мы изучили экспрессию ранних маркеров активации CD69 и CD25. Примечательно, что в настоящем исследовании было выявлено быстрое и дозозависимое повышение экспрессии CD69, основанное на медианной интенсивности флуоресценции (MFI). При промежуточной и сильной стимуляции (5 и 10 µg/mL) уровень CD69 быстро повышался к 24 ч, после чего следовало постепенное снижение в интервале между 24 и 36 ч. Однако при слабой стимуляции (0.1, 0.5 и 1 µg/mL) экспрессия CD69 прогрессивно возрастала на протяжении всего окна стимуляции. Описанный выше кинетический профиль экспрессии CD69 согласуется с его ролью в качестве раннего маркера активации Т-клеток (Рисунок 3A)17. Интересно, что экспрессия CD25 демонстрировала прогрессивное увеличение дозо- и времязависимым образом (Рисунок 3B). В соответствии с предыдущими исследованиями, повышение уровня CD25 происходило медленнее, чем CD69, особенно при оптимальной стимуляции18,19.
Чтобы дополнительно изучить регуляторное влияние силы стимуляции TCR на экспрессию ингибирующих рецепторов и костимулирующих молекул в CD8+ T-клетках, мы исследовали уровни экспрессии PD-1 и ICOS. Индуцибельная экспрессия PD-1 зависит от высокоинтенсивной стимуляции TCR. В группе с низкой интенсивностью стимуляции (0.5–1 µg/mL) PD-1 экспрессировался на низком уровне на протяжении всего периода стимуляции. Напротив, в группе со средней и высокой интенсивностью стимуляции (5–10 µg/mL) экспрессия PD-1 постепенно увеличивалась с 10 ч и достигла пика к 36 ч (Рисунок 4A). Экспрессия ICOS также соответственно возрастала при увеличении силы стимуляции и достигла максимального уровня при 5–10 µg/mL к 36 ч (Рисунок 4B). Эти результаты свидетельствуют о том, что высокоинтенсивная стимуляция TCR может значительно повышать уровни экспрессии PD-1 и ICOS.
Наконец, мы изучили функциональную активность стимулированных Т-клеток после повторной стимуляции PMA и иономицином через 24 ч и 48 ч после первоначальной стимуляции. Через 24 ч мы количественно определили продукцию TNF-α и гранзима B и обнаружили, что частота TNF-α+, гранзима B+ и TNF-α+гранзима B+ клеток постепенно повышалась дозозависимым образом в зависимости от концентрации анти-CD3 (Рисунок 5A, B). Соответственно, MFI TNF-α и гранзима B также демонстрировали концентрационно-зависимое увеличение и достигали максимума при высокоинтенсивной стимуляции (10 µg/mL) (Рисунок 5C), что отражает дозозависимую раннюю дифференцировку эффекторов, обусловленную градиентом силы сигнала TCR. Однако через 48 ч эта тенденция заметно изменилась. Более высокие концентрации анти-CD3 значительно снижали процент TNF-α+гранзима B+ клеток и приводили к снижению уровней экспрессии эффекторных молекул в пересчете на одну клетку.
Все представленные данные являются репрезентативными для 3 независимых экспериментов. Статистический анализ проводили с использованием однофакторного или двухфакторного ANOVA с последующим апостериорным тестом Тьюки; данные представлены как среднее ± SEM. Жизнеспособность клеток стабильно превышала 90%, и для каждого образца было зарегистрировано не менее 1 × 104 событий живых CD8+ T-клеток.

Рисунок 1: Активация in vitro и анализ CD8+ T-клеток методом проточной цитометрии. (A) Очищенные CD8+ T-клетки из спленоцитов мыши стимулировали in vitro различными концентрациями анти-CD3 (0.1–10 µg/mL) в сочетании с фиксированной концентрацией анти-CD28 (1 µg/mL) в течение от 6 до 48 ч с последующим анализом клеточной активации методом проточной цитометрии. Клеточный дебрис исключали путем гейтирования по прямому светорассеянию (FSC) и боковому светорассеянию (SSC), дублеты исключали путем гейтирования синглетов, и, наконец, для последующего анализа выделяли CD8+ T-клетки, отрицательные по фиксируемому красителю жизнеспособности. (B) Фосфорилирование рибосомального белка S6 (p-S6) в CD8+ T-клетках через 6 ч после стимуляции указанными концентрациями анти-CD3 (0.1–10 µg/mL) и постоянной концентрацией анти-CD28 (1 µg/mL). Репрезентативная гистограмма (слева) и сводная диаграмма MFI (справа). Графики проточной цитометрии являются репрезентативными для 3 независимых экспериментов. Данные представлены как среднее ± SEM. Статистика: однофакторный ANOVA с повторными измерениями и апостериорный тест Тьюки. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001; ns — статистически не значимо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Анализ пролиферации первичных CD8+ T-клеток мыши при градиентной стимуляции TCR с использованием фиолетового красителя для отслеживания пролиферации (CTV). CD8+ T-клетки, помеченные CTV и стимулированные in vitro анти-CD3 в градиентных концентрациях 0,1–10 µg/mL в течение 6–48 ч. Пролиферация клеток оценивалась на основе разведения и ослабления флуоресценции CTV в CD8+ T-клетках с помощью проточной цитометрии. Гистограммы показывают распределение флуоресценции CTV для каждой группы концентраций с указанием процента клеток, претерпевших одно или более делений. Графики проточной цитометрии являются репрезентативными для 3 независимых экспериментов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Кинетика экспрессии ранних маркеров активации CD69 и CD25 на CD8+ T-клетках после стимуляции анти-CD3. Наивные CD8+ T-клетки стимулировали иммобилизованными на планшете анти-CD3 в указанных концентрациях (0.1–10 µg/mL) в сочетании с постоянной концентрацией анти-CD28 (1 µg/mL). Экспрессию CD69 измеряли через 6, 12, 24 и 36 h; экспрессию CD25 — через 10, 12, 24 и 36 h с последующим анализом методом проточной цитометрии. На левых панелях представлены репрезентативные гистограммы в указанные моменты времени; на правых панелях — динамика изменения MFI с течением времени. (A) CD69. (B) CD25. Графики проточной цитометрии являются репрезентативными для 3 независимых экспериментов. Данные представлены как среднее ± SEM. Статистика: двухфакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с повторными измерениями и последующим апостериорным тестом Тьюки. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001; ns — статистически незначимо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Кинетика экспрессии ингибирующего рецептора PD-1 и костимулирующей молекулы ICOS на CD8+ T-клетках после стимуляции анти-CD3. Наивные CD8+ T-клетки стимулировали иммобилизованными на планшете анти-CD3 в указанных концентрациях (0.1–10 µg/mL) в сочетании с постоянной концентрацией анти-CD28 (1 µg/mL). Клетки собирали через 10, 12, 24 и 36 h и анализировали методом проточной цитометрии. На левых панелях представлены репрезентативные гистограммы в указанные моменты времени; на правых панелях показана динамика изменений MFI с течением времени. (A) PD-1. (B) ICOS. Графики проточной цитометрии являются репрезентативными для 3 независимых экспериментов. Данные представлены как среднее ± SEM. Статистика: двухфакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с повторными измерениями и апостериорным тестом Тьюки. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001; ns — статистически не значимо. Нажмите здесь, чтобы просмотреть этот рисунок в большем размере.

Рисунок 5: Внутриклеточная продукция цитокинов CD8+ T-клетками зависит от силы сигнала TCR. Наивные CD8+ T-клетки стимулировали возрастающими концентрациями анти-CD3 (0.1–10 µg/mL) в сочетании с постоянной концентрацией анти-CD28 (1 µg/mL). Через 24 ч и 48 ч после стимуляции клетки собирали после 5-часовой инкубации с ингибиторами транспорта белков (монензином и брефелдином A) в присутствии PMA и иономицина для блокирования секреции цитокинов и обеспечения их внутриклеточного накопления. (A) Контурные графики показывают частоту TNF-α- и гранзим B-положительных клеток при каждой указанной концентрации и временной точке. Нестимулированные клетки служили отрицательным контролем. (B) Доли TNF-α+, гранзим B+ и TNF-α+ гранзим B+ клеток. (C) MFI TNF-α и гранзима B. Графики проточной цитометрии являются репрезентативными для 3 независимых экспериментов. Данные представлены как среднее ± SEM. Статистика: двухфакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с повторными измерениями и апостериорным тестом Тьюки. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001; ns — статистически не значимо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.