CD31: beyond a marker for endothelial cells

CD31 is een 130 kDa bloedplaatjes-endotheelcel (EC) adhesiemolecuul dat aanvankelijk werd geïdentificeerd uit ECs en bloedplaatjes1 en later uit bloedleucocyten.2 Volgroeid CD31 bevat een kort NH2-terminaal peptide gevolgd door zes C2-type immunoglobuline (Ig) domeinen, elk geflankeerd door twee geconserveerde cysteïneresiduen buiten de cellen,3 een 19 aa transmembraandomein, en een 118 aa cytoplasmatische staart die twee immunotyrosine-gebaseerde remmende motieven (ITIM)4 bevat (Figuur 1) die intracellulaire signalering mediëren. Hoewel CD31 aanvankelijk werd geclassificeerd als een celadhesie molecule,3 suggereerden latere studies dat CD31 stroomafwaartse remmende signalering4 in gang zet bij transhomofiele CD31 binding tijdens cel-cel interactie.5 CD31 signalering neemt deel aan de regulatie van leukocyten-ontkoppeling, T-cel activering, bloedplaatjes activering, en angiogenese, die allemaal van cruciaal belang zijn voor de pathogenese van atherosclerose en abdominale aorta-aneurysma’s (AAA’s).

Fornasa et al.6 gebruikten atherosclerose-gevoelige apolipoproteïne E-deficiënte (Apoe-/-) muizen om aan te tonen dat aa551-574-een synthetisch peptide gelegen aan het carboxyl-terminaal van het Ig-domein 6 (Figuur 1)- angiotensine II (Ang-II) perfusie-geïnduceerde AAA’s en atherosclerose onderdrukte. Dit peptide verminderde atherosclerotische laesie en peri-aortale leukocyteninfiltratie en verhoogde collageenafzetting in aortawortel atherosclerotische plaques en de abdominale aorta. Hoewel we CD31 gewoonlijk gebruiken als een EC merker om angiogenese in atherosclerotische en AAA letsels op te sporen, maakt de expressie ervan in andere cellen de pathobiologie ingewikkeld. In bepaalde omgevingen kunnen cellen verschillende vormen van CD31 tot expressie brengen die verschillende functies uitoefenen. Elk domein op CD31 (Figuur 1) speelt verschillende rollen in de cellen en in de ontwikkeling van vasculaire en andere ontstekingsziekten. Bijvoorbeeld, CD31 verliest zijn intercellulaire junctie expressiepatroon nadat ECs zijn blootgesteld aan inflammatoire cytokines. Neutrofielen verliezen CD31-oppervlakexpressie na in vitro transendotheliale migratie of extravasatie in menselijke huid getransplanteerd naar muizen met ernstige gecombineerde immunodeficiëntie.7,8 Eerdere studies toonden aan dat CD31 wordt gesplitst tussen domeinen 5 en 6 en wordt gesecreteerd naar de media in voornamelijk gekweekte menselijke T-cellen of T-cellijnen, waardoor T-celactivatie wordt bevorderd.9 Een gebrek aan CD31 signalisatie versterkt T-cel activatie10 en verhoogt T-cel infiltratie in atherosclerotische slagaders.11 Daarom zijn tenminste enkele van de extracellulaire domeinen van CD31 vereist voor CD31 signalisatie en T-cel activatie onderdrukking, die verloren kunnen gaan tijdens de ontwikkeling van atherosclerose en AAAs. Fornasa et al.6 tonen inderdaad aan dat CD4+ T cellen uit atherosclerotische letsels bij muizen, of uit perifeer bloed van muizen met atherosclerose of AAAs, extracellulair CD31 missen. Exogeen CD31 peptide aa551-574 van mensen of muizen (figuur 1) toonde een dosis-afhankelijke onderdrukking van menselijke T-cel immuunresponsen.9In vitro, aa551-574 onderdrukt CD3 en CD28 cross-linking-geïnduceerde muis splenocyte intracellulaire Ca2 + mobilisatie. In een muizenmodel van vertraagde overgevoeligheid verminderde dit peptide 2-chloor-3-nitrobenzeen-geïnduceerde oordikte.9 De verminderde atherosclerose en AAA in de studie van Fornasa et al. kan daarom het gevolg zijn van aa551-574 deelname in onderdrukte T-cel immuunreacties. Hoewel aa551-574 geen invloed had op het totale aantal circulerende bloedcellen, verminderde het CD69+-geactiveerde T-cellen en ontstekingsbevorderende cytokine secretie en verhoogde omgekeerd perifere CD4+CD25+FoxP3+ regulatoire T-cellen.6

De studie van Fornasa et al. richt zich op de rol van CD31 in atherosclerose en AAA’s, maar CD31 kan ook bijdragen aan andere T-cel-geassocieerde menselijke ziekten en kan alle CD31-expresserende cellen beïnvloeden. Fornasa et al. gebruikten CD31 peptide aa551-574 om CD4+ specifieke immuunreacties tegen geoxideerde lage-densiteit lipoproteïne (oxLDL) te verminderen – een autoantigen dat extracellulaire CD31 vermindert met een gelijktijdige toename van oplosbaar CD31 in het supernatant in gekweekte CD4+ T-cellen,9 wat suggereert dat CD31 deelneemt aan T-cel autoimmuniteit. In atherosclerotische plaques en in de aneurysmatische peri-aorta, richt CD31 peptide zich ook tegen macrofagen, wat leidt tot verminderde intracellulaire protease expressie en verminderde activiteit en vrijzetting van macrofaag cytokines en chemokines (b.v. IL6, MCP-1, MIP-1α, en MIP-1β).6 Macrofagen zijn waarschijnlijk de meest overvloedige ontstekingscellen in atherosclerotische en AAA laesies. Hoewel niet werd getest of CD31 expressie op macrofagen12 veranderde bij Ang-II perfusie en atherosclerose en AAA initiatie, breiden aa551-574 in situ targeting op macrofagen in vivo en effectieve remming van macrofaag activiteiten in vitro de CD31 pathobiologie uit tot dit veel voorkomende inflammatoire celtype dat betrokken is bij de meeste, zo niet alle, menselijke inflammatoire ziekten.

De rol van CD31 in T-cel activatie is eerder geïmpliceerd in trombose, atherosclerose, AAAs, en vele andere ontstekingsziekten en zelfs veroudering. CD31-deficiënte muizen zijn vatbaar voor het ontwikkelen van atherosclerose, artritis, en experimentele auto-immune encephalomyelitis. In menselijk bloed verliezen zowel CD4+ als CD8+ T-cellen CD31 met het ouder worden, en het risico op trombose neemt gelijktijdig toe.13 Bij oudere Apoe-/- muizen (beide geslachten) is het aantal CD4+CD31+ cellen in aortawortellaesies of in de circulatie driemaal lager bij muizen met trombus dan bij muizen zonder trombus. Wanneer Apoe-/- muizen werden geïmmuniseerd met minimaal gemodificeerd LDL, prolifereerden CD4+CD31- cellen uit de milt tweemaal zo snel als CD4+CD31+ cellen.11 Deze observaties suggereren dat trombose de CD31-expressie vermindert, waardoor de T-celproliferatie toeneemt. Bij mensen neemt het aantal perifere CD4+CD31+ en CD8+CD31+ cellen significant af bij patiënten met een AAA, met een wederzijdse toename van CD4+CD31- en CD8+CD31- cellen. Perifere CD4+CD31- cel aantallen correleren positief (R= 0.324, P < 0.01), terwijl CD8+CD31+ cel aantallen negatief (R=0.244, P<0.05) correleren met AAA doorsnede oppervlakte.14 Fornasa et al.6 presenteerden dezelfde observaties in experimentele AAA’s en atherosclerose als die gemaakt zijn bij mensen.14 Gebrek aan intacte CD31 expressie gaat gepaard met verlies van immunosuppressieve activiteiten, en met een verhoogde incidentie van atherosclerose en AAA’s, zowel bij mensen als bij muizen.

Studies van dezelfde groep onthulden enkele controversiële waarnemingen. Bij vrouwelijke Apoe-/- muizen ontwikkelden intramusculaire genoverdracht van het volledige extracellulaire CD31-gedeelte, of die welke de Ig-domeinen 1-2 misten, verschillende fenotypes. Na 6 maanden vertoonden muizen die het DNA-construct hadden ontvangen dat het volledige extracellulaire CD31-gedeelte bevatte, een significant verminderde atherosclerotische laesiegrootte, intraplaque fibrineafzetting, en Th1.2+ T-celinfiltratie, perifeer-geactiveerde T-celaantallen (CD3+CD4+CD69+), en milt T-celproliferatie in vergelijking met muizen die werden behandeld met het DNA-construct dat de Ig-domeinen 1-2 miste, of met alleen een medium.15 Deze waarnemingen suggereren indirect dat Ig domeinen 1-2 helpen bij het reguleren van T-cel activatie en atherosclerose, terwijl de aanwezigheid van Ig domein 6, dat het peptide aa551-574 bevat, niet voldoende is om T-cel activiteiten te onderdrukken. Het is mogelijk dat Ig domeinen 1-2 nodig zijn om CD31 transhomofiele interactie te mediëren op cellen die intact CD31 tot expressie brengen.5 Daarentegen, op cellen die afgeknotte CD31 tot expressie brengen – zoals T cellen en macrofagen van atherosclerotische en AAA laesies – komt het overblijvende juxtamembrane extracellulaire fragment van Ig domein 6 bloot te liggen op leucocyten na activatie-geïnduceerde afstoting van CD31. Met niet gedefinieerde moleculaire mechanismen kan het peptide aa551-574 de CD31/SHP2 inhibitorische pathway herstellen die anders ongeldig werd gemaakt door het verlies van de transhomofiele Ig domeinen 1-2 met CD31 shedding. De studie van Fornasa et al. stelt een therapeutische toepassing voor van dit peptide in experimentele atherosclerose en AAA’s.

Conflict of interest: geen verklaard.

Author notes