The crosstalk between activated T cells and Myeloid Derived Suppressor Cells: characterization of molecular mechanisms involved in immune suppression

One of the mechanisms used by cancer to evade the immune response is the expansion of myeloid-derived suppressor cells (MDSCs), a population of immature myeloid cells able to inhibit immune responses in cancer patients and experimental animals with neoplasia. The role of MDSCs in promoting tumor growth and metastasis has gained importance over the years, highlighting the need to find specific target of intervention that could be used in the treatment of cancer patients. The aim of the present work was to analyze the signaling pathways active in MDSCs, using an in vitro model of MDSC generation developed by our group. Our previous studies revealed that the phenotype and suppressive ability of MDSCs were influenced by the presence of activated T cells, thus suggesting the existence of an interplay between the two populations. We therefore focused our attention on soluble molecules and surface markers mediating the interaction. We demonstrated that IL-10 release is increased in the culture between MDSCs and activated T cells and that this cytokine leads to the activation of STAT3 both in myeloid and lymphoid cells. One of the targets of STAT3 is B7-H1, a molecule that can deliver an inhibitory signal to T cell, interacting with its receptor PD-1. We therefore analyzed the expression of B7-H1 on MDSCs and we found that it is up-regulated in the presence of activated T cells through a STAT3-dependent signaling. By analyzing the fate of suppressed T cells, we observed that they express at higher level two markers of T cell exhaustion, PD-1 and LAG-3. LAG-3 is a negative co-stimulatory receptor on T lymphocytes and the natural ligand of HLA class II, whose expression we found up-regulated in MDSCs after culture with activated T cells. These results thus suggest that the interplay between MDSCs and activated T cells could be mediated by the couples of receptor/ligand PD-1/B7-H1 and LAG-3/HLA class II, leading to T cell exhaustion.

Uno dei meccanismi utilizzati dalle cellule tumorali per evadere la risposta del sistema immunitario è costituito dall’espansione delle cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSC), una popolazione di cellule mieloidi immature capaci di inibire le risposte immunitarie nei pazienti con tumore e in modelli murini con neoplasie. Il ruolo delle MDSC nel promuovere la crescita tumorale e la metastatizzazione ha acquisito sempre maggiore importanza negli ultimi anni, evidenziando la necessità di trovare specifiche vie di segnalazione attive in queste cellule che possano diventare bersaglio di interventi terapeutici mirati nel trattamento dei pazienti con tumore. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di analizzare le vie di segnalazione attive nelle MDSC, utilizzando un modello sviluppato dal nostro gruppo per la generazione in vitro delle MDSC umane. I nostri studi precedenti hanno rivelato che il fenotipo e la capacità soppressoria delle MDSC sono fortemente influenzati dalla presenza dei linfociti T attivati, suggerendo l’esistenza di un’interazione tra le due popolazioni. Abbiamo quindi focalizzato la nostra attenzione su molecole solubili e marcatori di superficie che potrebbero essere coinvolti nell’interazione tra MDSC e cellule T attivate. Abbiamo dimostrato che il rilascio di IL-10 è aumentato nelle colture tra MDSC e cellule T attivate e che questa citochina porta all’attivazione di STAT3 sia nelle cellule mieloidi che in quelle linfoidi. Uno dei bersagli di STAT3 è B7-H1, una molecola che può fornire un segnale inibitorio alla cellula T, interagendo con il suo recettore PD-1. Abbiamo pertanto analizzato l’espressione di B7-H1 sulle MDSC e abbiamo notato che essa è aumentata in presenza delle cellule T attivate, mediante una via di segnalazione dipendente dall’attivazione di STAT3. Analizzando il destino dei linfociti T soppressi, abbiamo osservato che essi esprimono ad alto livello due marcatori di “exhaustion” delle cellule T, che sono PD-1 e LAG-3. E’ noto che LAG-3 è un recettore co-stimolatorio negativo sui linfociti T ed è il ligando naturale di molecole HLA di classe II, che sono significativamente aumentate nelle MDSC dopo coltura con le cellule T attivate. Questi risultati pertanto suggeriscono che l’interazione tra le MDSC e le cellule T attivate potrebbe essere mediata dalle coppie di recettore/ligando PD-1/B7-H1 e LAG-3/HLA di classe II, portando ad “exhaustion” delle cellule T.