T cell costimulation by molecules on the antigen presenting cell (APC) is required for optimal T cell proliferation. The B7 molecule on APC binds the T lymphocyte receptor CD28, triggering increased interleukin 2 (IL-2) production and subsequent T cell proliferation. CTLA-4 is a predicted T cell membrane receptor homologous to CD28, which also binds the B7 counter receptor, but whose distribution and function are unknown. Here we have developed monoclonal antibodies (mAbs) specific for CTLA-4 and have investigated these questions. mAbs were produced that bound CTLA-4 but not CD28, and that blocked binding of CTLA-4 to B7. CTLA-4 expression as measured by these mAbs was virtually undetectable on resting T cells, but was increased several hundred-fold during T cell activation. On activated lymphocytes, CTLA-4 was expressed equally on CD4+ and CD8+ T cell subsets and was coexpressed with CD25, CD28, and CD45RO. CTLA-4 expression was lower than that of CD28, reaching a maximum of approximately 1/30-50 the level of CD28. Despite its lower expression, CTLA-4 was responsible for much of the B7 binding by large activated T cells. Anti-CTLA-4 mAb 11D4 and anti-CD28 mAb 9.3 acted cooperatively to inhibit T cell adhesion to B7, and to block T cell proliferation in primary mixed lymphocyte culture. When coimmobilized with anti T cell receptor (TCR) mAb, anti-CTLA-4 mAbs were less effective than anti-CD28 mAb 9.3 at costimulating proliferation of resting or activated T cells. However, coimmobilized combinations of anti-CD28 and anti-CTLA-4 were synergistic in their ability to augment anti-TCR-induced proliferation of preactivated CD4+ T cells. These results indicate that CTLA-4 is coexpressed with CD28 on activated T lymphocytes and cooperatively regulates T cell adhesion and activation by B7.

The specificity of T lymphocyte activation is determined by engagement of the T cell receptor (TCR) by peptide/major histocompatibility complexes expressed on the antigen-presenting cell (APC). Lacking costimulation by accessory molecules on the APC, T cell proliferation does not occur and unresponsiveness to subsequent antigenic stimulus is induced. The B7/BB1 receptor on APCs binds CD28 and CTLA-4 on T cells, and provides a costimulus for T cell proliferation. Here, we show that prolonged, specific T cell hyporesponsiveness to antigenic restimulation is achieved by blocking the interaction between CD28 and B7/BB1 in human mixed leukocyte culture (MLC). Secondary T cell proliferative responses to specific alloantigen were inhibited by addition to the primary culture of monovalent Fab fragments of anti-CD28 monoclonal antibody (mAb) 9.3, which block interaction of CD28 with B7/BB1 without activating T cells. Hypo-responsiveness was also induced in MLC by CTLA4Ig, a chimeric immunoglobulin fusion protein incorporating the extracellular domain of CTLA-4 with high binding avidity for B7/BB1. Cells previously primed could also be made hyporesponsive, if exposed to alloantigen in the presence of CTLA4Ig. Maximal hyporesponsiveness was achieved in MLC after 2 d of incubation with CTLA4Ig, and was maintained for at least 27 d after removal of CTLA4Ig. Accumulation of interleukin 2 (IL-2) and interferon gamma but not IL-4 mRNA was blocked by CTLA4Ig in T cells stimulated by alloantigen. Antigen-specific responses could be restored by addition of exogenous IL-2 at the time of the secondary stimulation. Addition to primary cultures of the intact bivalent anti-CD28 mAb 9.3, or B7/BB1+ transfected CHO cells or exogenous IL-2, abrogated induction of hyporesponsiveness by CTLA4Ig. These data indicate that interaction of CD28 with B7/BB1 during TCR engagement with antigen is required to maintain T cell competence and that blocking such interaction can result in a state of T cell hyporesponsiveness.