CD31: mehr als nur ein Marker für Endothelzellen

CD31 ist ein 130 kDa großes Adhäsionsmolekül für Thrombozyten-Endothelzellen (EC), das zunächst aus ECs und Thrombozyten1 und später aus Blutleukozyten identifiziert wurde.2 Das reife CD31 enthält ein kurzes NH2-terminales Peptid, gefolgt von sechs Immunglobulin (Ig)-Domänen des C2-Typs, die jeweils von zwei konservierten Cysteinresten außerhalb der Zellen flankiert werden3 , einer 19 aa großen Transmembrandomäne und einem 118 aa großen zytoplasmatischen Schwanz, der zwei auf Immunotyrosin basierende inhibitorische Motive (ITIM)4 enthält (Abbildung 1), die die intrazelluläre Signalübertragung vermitteln. Obwohl CD31 ursprünglich als Zelladhäsionsmolekül klassifiziert wurde,3 legten spätere Studien nahe, dass CD31 bei transhomophilem CD31-Engagement während der Zell-Zell-Interaktion nachgeschaltete inhibitorische Signaltransduktionen4 auslöst.5 Die CD31-Signaltransduktion ist an der Regulierung der Leukozytenablösung, der T-Zell-Aktivierung, der Thrombozytenaktivierung und der Angiogenese beteiligt, die alle für die Pathogenese von Atherosklerose und abdominalen Aortenaneurysmen (AAAs) entscheidend sind.

Fornasa et al.6 konnten anhand von Mäusen mit Apolipoprotein-E-Mangel (Apoe-/-), die zu Atherosklerose neigen, zeigen, dass aa551-574 – ein synthetisches Peptid, das sich am Carboxyl-Terminus der Ig-Domäne 6 (Abbildung 1) befindet – die durch Angiotensin II (Ang-II) ausgelöste Perfusion von AAAs und Atherosklerose unterdrückt. Dieses Peptid verringerte die atherosklerotische Läsion und die Infiltration von Leukozyten in der Aortenwurzel sowie die Kollagenablagerung in den atherosklerotischen Plaques und der Bauchaorta. Obwohl wir CD31 in der Regel als EC-Marker verwenden, um die Angiogenese in atherosklerotischen und AAA-Läsionen nachzuweisen, macht seine Expression in anderen Zellen seine Pathobiologie kompliziert. In bestimmten Umgebungen können Zellen verschiedene Formen von CD31 exprimieren, die unterschiedliche Funktionen ausüben. Jede Domäne von CD31 (Abbildung 1) spielt sowohl in den Zellen als auch bei der Entwicklung von Gefäß- und anderen Entzündungskrankheiten eine andere Rolle. So verliert CD31 beispielsweise sein Expressionsmuster an den interzellulären Verbindungen, wenn die ECs entzündlichen Zytokinen ausgesetzt sind. Neutrophile verlieren ihre CD31-Oberflächenexpression nach in vitro transendothelialer Migration oder Extravasation in menschlicher Haut, die Mäusen mit schwerer kombinierter Immunschwäche transplantiert wurde.7,8 Frühere Studien haben gezeigt, dass CD31 zwischen den Domänen 5 und 6 gespalten und in das Medium von primär kultivierten menschlichen T-Zellen oder T-Zelllinien sezerniert wird, wodurch die T-Zell-Aktivierung verstärkt wird.9 Ein Mangel an CD31-Signalen verstärkt die T-Zell-Aktivierung10 und erhöht die T-Zell-Infiltration in atherosklerotische Arterien.11 Daher sind zumindest einige der extrazellulären Domänen von CD31 für die CD31-Signalübertragung und die Unterdrückung der T-Zell-Aktivierung erforderlich, die während der Entwicklung von Atherosklerose und AAAs verloren gehen können. Tatsächlich zeigen Fornasa et al.6, dass CD4+ T-Zellen aus atherosklerotischen Läsionen von Mäusen oder aus dem peripheren Blut von Mäusen mit Atherosklerose oder AAAs extrazelluläres CD31 fehlt. Exogenes CD31-Peptid aa551-574 von Menschen oder Mäusen (Abbildung 1) zeigte eine dosisabhängige Unterdrückung menschlicher T-Zell-Immunantworten.9 In vitro unterdrückte aa551-574 die durch CD3- und CD28-Vernetzung induzierte intrazelluläre Ca2+-Mobilisierung von Mäusesplenozyten. In einem Mausmodell für verzögerte Überempfindlichkeit reduzierte dieses Peptid die durch 2-Chlor-3-nitrobenzol ausgelöste Ohrdicke.9 Die reduzierte Atherosklerose und das AAA in der Studie von Fornasa et al. könnten daher auf die Beteiligung von aa551-574 an der unterdrückten T-Zell-Immunantwort zurückzuführen sein. Obwohl aa551-574 die Gesamtzahl der zirkulierenden Blutzellen nicht beeinflusste, reduzierte es CD69+-aktivierte T-Zellen und die Sekretion entzündlicher Zytokine und erhöhte umgekehrt periphere CD4+CD25+FoxP3+ regulatorische T-Zellen.6

Die Studie von Fornasa et al. konzentriert sich auf die Rolle von CD31 bei Atherosklerose und AAA, aber CD31 kann auch zu anderen T-Zell-assoziierten menschlichen Krankheiten beitragen und kann alle CD31-exprimierenden Zellen beeinflussen. Fornasa et al. setzten das CD31-Peptid aa551-574 ein, um CD4+-spezifische Immunantworten gegen oxidiertes Lipoprotein niedriger Dichte (oxLDL) zu reduzieren – ein Autoantigen, das extrazelluläres CD31 reduziert, mit einem gleichzeitigen Anstieg des löslichen CD31 im Überstand von kultivierten CD4+-T-Zellen,9 was darauf hindeutet, dass CD31 an der Autoimmunität von T-Zellen beteiligt ist. In atherosklerotischen Plaques und in der aneurysmatischen Peri-Aorta richtet sich das CD31-Peptid auch gegen Makrophagen, was zu einer verringerten intrazellulären Protease-Expression und einer verringerten Aktivität und Freisetzung von Makrophagen-Zytokinen und -Chemokinen (z. B. IL6, MCP-1, MIP-1α und MIP-1β) führt.6 Makrophagen sind wahrscheinlich die am häufigsten vorkommenden Entzündungszellen in atherosklerotischen und AAA-Läsionen. Obwohl nicht getestet wurde, ob sich die CD31-Expression auf Makrophagen12 bei Ang-II-Perfusion und der Entstehung von Atherosklerose und AAA verändert, dehnen aa551-574 in situ Targeting auf Makrophagen in vivo und eine wirksame Hemmung der Makrophagenaktivitäten in vitro die CD31-Pathobiologie auf diesen häufigen entzündlichen Zelltyp aus, der bei den meisten, wenn nicht allen entzündlichen Erkrankungen des Menschen eine Rolle spielt.

Die Rolle von CD31 bei der T-Zell-Aktivierung wurde bereits bei Thrombose, Atherosklerose, AAA und vielen anderen entzündlichen Krankheiten und sogar beim Altern untersucht. Mäuse mit CD31-Mangel neigen zur Entwicklung von Atherosklerose, Arthritis und experimenteller Autoimmun-Enzephalomyelitis. Im menschlichen Blut verlieren sowohl CD4+ als auch CD8+ T-Zellen mit zunehmendem Alter CD31, und gleichzeitig steigt das Thromboserisiko.13 Bei älteren Apoe-/–Mäusen (beiderlei Geschlechts) ist die Zahl der CD4+CD31+-Zellen in Aortenwurzelläsionen oder im Blutkreislauf bei Mäusen mit Thrombus dreimal geringer als bei Mäusen ohne Thrombus. Als Apoe-/- Mäuse mit minimal modifiziertem LDL immunisiert wurden, vermehrten sich CD4+CD31- Zellen aus der Milz doppelt so schnell wie CD4+CD31+ Zellen.11 Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass eine Thrombose die CD31-Expression reduziert und dadurch die T-Zell-Proliferation erhöht. Beim Menschen nimmt die Zahl der peripheren CD4+CD31+- und CD8+CD31+-Zellen bei Patienten mit AAAs deutlich ab, während die Zahl der CD4+CD31- und CD8+CD31-Zellen umgekehrt zunimmt. Die Anzahl der peripheren CD4+CD31-Zellen korreliert positiv (R= 0,324, P < 0,01), während die Anzahl der CD8+CD31+-Zellen negativ (R=0,244, P<0,05) mit der AAA-Querschnittsfläche korreliert.14 Fornasa et al.6 präsentierten die gleichen Beobachtungen bei experimentellen AAAs und Atherosklerose wie beim Menschen.14 Das Fehlen einer intakten CD31-Expression geht beim Menschen und bei Mäusen mit einem Verlust der immunsuppressiven Aktivitäten und mit einer erhöhten Inzidenz von Atherosklerose und AAAs einher.

Studien derselben Gruppe ergaben einige kontroverse Beobachtungen. Bei weiblichen Apoe-/- Mäusen führte der intramuskuläre Gentransfer des gesamten extrazellulären CD31-Teils oder der fehlenden Ig-Domänen 1-2 zu unterschiedlichen Phänotypen. Nach sechs Monaten zeigten Mäuse, die das DNA-Konstrukt mit dem gesamten extrazellulären CD31-Anteil erhielten, eine signifikant geringere Größe der atherosklerotischen Läsion, eine geringere intraplaque Fibrinablagerung und eine geringere Th1.2+ T-Zell-Infiltration, eine geringere Anzahl peripher aktivierter T-Zellen (CD3+CD4+CD69+) und eine geringere T-Zell-Proliferation in der Milz im Vergleich zu Mäusen, die mit dem DNA-Konstrukt ohne die Ig-Domänen 1-2 oder nur mit dem Vehikel behandelt wurden.15 Diese Beobachtungen deuten indirekt darauf hin, dass die Ig-Domänen 1-2 zur Regulierung der T-Zell-Aktivierung und der Atherosklerose beitragen, während die Anwesenheit der Ig-Domäne 6, die das Peptid aa551-574 enthält, nicht ausreicht, um die T-Zell-Aktivitäten zu unterdrücken. Es ist möglich, dass die Ig-Domänen 1-2 erforderlich sind, um die transhomophile Interaktion von CD31 auf Zellen zu vermitteln, die intaktes CD31 exprimieren.5 Im Gegensatz dazu wird auf Zellen, die verkürztes CD31 exprimieren – wie T-Zellen und Makrophagen aus atherosklerotischen und AAA-Läsionen – das verbleibende extrazelluläre Fragment der Ig-Domäne 6 auf Leukozyten nach dem aktivierungsinduzierten Ablösen von CD31 freigelegt. Mit noch nicht definierten molekularen Mechanismen könnte das Peptid aa551-574 den CD31/SHP2-Hemmweg wiederherstellen, der andernfalls durch den Verlust der transhomophilen Ig-Domänen 1-2 mit CD31-Shedding außer Kraft gesetzt wurde. Die Studie von Fornasa et al. schlägt eine therapeutische Anwendung dieses Peptids bei experimenteller Atherosklerose und AAAs vor.

Interessenkonflikt: keiner angegeben.

Anmerkungen des Autors