gränser i immunologi

introduktion

dendritiska celler (DC) är professionella antigenpresenterande celler (APC) som spelar en central roll vid induktion och reglering av immunsvar, inklusive induktion av cytotoxiska T-lymfocytsvar (CTL). De är ett viktigt fokus för utveckling av vacciner mot cancer och många patogener, inklusive HIV och malaria, där CTL-svar krävs för skydd och utrotning av sjukdomar. DC laddad ex vivo med tumörantigen (Ag) har administrerats som vacciner till cancerpatienter i över 15 år. De tolereras väl och inducerar immunsvar, inklusive vissa kliniska regressioner, men det finns tydligt utrymme för förbättring (1). DC-nätverket i både möss och människor är heterogent, med specialiserade DC-delmängder som driver specifika immunfunktioner (2). Nya utvecklingar i vår förståelse av DC-biologi har identifierat en delmängd av DC som kännetecknas av uttrycket av nya markörer CLEC9A (DNGR-1) (3, 4) och XCR1 (5, 6) som viktiga för induktion av CTL-svar (7). Vaccinstrategier som levererar Ag och aktivatorer direkt till CLEC9A + XCR1 + DC in vivo lovar att övervinna många av de logistiska problem som är förknippade med in vitro-härledda vacciner, vilket möjliggör precision och specificitet av det önskade immunsvaret (8). Här diskuterar vi de biologiska egenskaperna hos CLEC9A + XCR1 + DC som gör dem så attraktiva mål för CTL-vacciner och nya vaccinmetoder för att rikta dem in vivo.

CLEC9A+XCR1+ DC är väsentliga för CTL-induktion

DC-nätets framväxande komplexitet och den optimala DC-delmängden att rikta in är det första viktiga övervägandet för utformningen av nya vacciner som riktar sig mot DC in vivo. I människa och mus finns flera DC-delmängder som varierar i plats, fenotyp och specialiserad funktion (2). De kan i stort sett klassificeras som (i) inflammatorisk monocyt-härledd (Mo) DC som utvecklas från monocyter och rekryteras snabbt till inflammationsställen; (ii) plasmacytoid DC (pDC) som är stora producenter av typ i-interferoner (IFN) som svar på TLR 7/9-ligering och är nyckeln till antiviral immunitet; och (iii) konventionell DC (cDC) som kan delas ytterligare baserat på plats i “lymfoid-bosatt” och “migrerande” DC (2). Den lymfoida bosatta DC-fångsten Ag direkt i lymfoida vävnader, medan den migrerande DC bor i de perifera organen (t. ex. lung, hud och tarm) där de fångar Ag migrerar sedan till lymfoida vävnader för att dela sin Ag med andra lymfoid-bosatta DC, eller presentera Ag direkt till T-celler. På båda platserna kan cDC separeras ytterligare i delmängder med specialiserade funktioner. Ökande bevis pekar på en roll för mus CD11b + cDC-delmängd vid induktion av CD4 + T-cellsvar även om en liknande roll för motsvarande human CD1c+ DC-delmängd ännu inte har fastställts (2, 9). Det är emellertid den delmängd som definieras genom uttryck av C-typ lektinliknande receptor, CLEC9A och kemokinreceptorn, XCR1, som är avgörande för induktion av CTL-svar mot cancer, virus och andra patogena infektioner (2, 7).

CLEC9A + XCR1 + DC identifierades ursprungligen hos möss genom uttryck av markörerna CD8a på lymfoid-bosatt DC eller CD103 på migrerande DC och kallas vanligtvis CD8a+ lymfoid och CD103+ migrerande DC. Hos människor finns CLEC9A + XCR1 + DC, vanligen kallad CD141 + DC, i både lymfoida och icke-lymfoida vävnader, inklusive hud, tarm, lever och lungor (6, 10-13). CLEC9A och XCR1 uttrycks uteslutande av denna unika DC-delmängd i lymfoida och icke-lymfoida vävnader av båda arterna, med undantag för låga nivåer av uttryck av Clec9A med mus pDC. Eftersom dessa markörer kombinerade för närvarande är det mest specifika sättet att definiera dessa DC i båda arterna, hänvisar vi nedan till dem som CLEC9A+XCR1+ DC. Förutom CLEC9A och XCR1 delar dessa DC-uttryck av det nektinliknande proteinet, Necl2 (14) och TLR3, och är stora producenter av IFN-GHz efter tlr3-ligering (15). Viktigt är att de utmärker sig vid korspresentation, mekanismen som tillåter exogen Ag, såsom den som fångas från tumörer och virusinfekterade celler som ska behandlas och presenteras på MHC i för erkännande av CTL (16).

Vad gör CLEC9A+XCR1+ DC så effektiv vid CTL-Priming?

även om andra celltyper, inklusive makrofager, B-celler och andra DC-delmängder, kan korsas under särskilda omständigheter in vitro (17-20), finns det väsentliga bevis för att visa att CLEC9A + XCR1 + DC i sig är mer effektiva vid denna process in vitro och in vivo (6, 7, 10, 11, 16). De exakta molekylära mekanismerna förstås inte men omfattande ansträngningar har ännu inte avslöjat specialiserade korspresentationsmaskiner som är unika för CLEC9A + XCR1 + DC (16). Det finns emellertid flera funktioner i dessa DC som kollektivt förklarar deras överlägsna korsprimeringsförmåga trots en liknande Ag-upptagningskapacitet jämfört med andra DC-delmängder. För det första upprätthåller CLEC9A+XCR1+ DC ett mindre surt pH i endosomer och fagosomer, vilket gynnar korspresentation från tidiga endocytiska vesiklar (21) och underlättar korspresentation av Ag riktad mot sena endosomer/lysosomer (20, 22). För det andra är CLEC9A+XCR1+ DC effektivare vid translokation av Ag Från endosomer/fagosomer till cytosolen för åtkomst till den klassiska MHC i-bearbetningsvägen (23). För det tredje spelar CLEC9A, en receptor för aktinfilament som exponeras på döda celler, en nyckelroll för att leverera Ag fångad från död cell för korsprimering (24-27). För det fjärde uttrycker CLEC9A+XCR1+ DC höga nivåer av TLR3, en känd förstärkare av korsprimering (28). Slutligen visade sig konstitutiv aktivering av ovikt-protein-responssensor, IRE-1 Occi, och transkriptionsfaktorn XBP-1 nyligen reglera korspresentation specifikt av CLEC9A+XCR1+ DC (29). Det finns också bevis för att XCR1 och Necl2 är involverade i CTL-aktivering, men inte direkt via förstärkning av tvärpresentationsvägen (5, 6, 14). Dessa funktioner ger en stark motivering för att utveckla tekniker som specifikt levererar Ag till TVÄRPRESENTATIONSVÄGEN för CLEC9A + XCR1 + DC in vivo.

Targeting CLEC9A+XCR1 + DC in vivo

antikroppar (Ab) specifika för DC-ytreceptorer, särskilt Ag-upptagningsreceptorer, kan utnyttjas för att leverera Ag direkt till DC in vivo (30). Valet av receptor beror på dess specificitet för DC-delmängden som ska riktas utöver Ag-bearbetnings-och presentationsvägen som används av receptorn efter internalisering. En variation av C-typ lektinreceptorer (CLR) har utnyttjats för detta ändamål, och detta granskas någon annanstans (1, 30) men för att leverera Ag till CLEC9A+XCR1+ DC hos möss har DEC-205 varit ett stort fokus. Leverans av Ag via DEC-205 AB inducerar både CD4+ och CD8+ T-cellsvar i närvaro av adjuvans och är överlägsen ex vivo-laddade DC-vacciner för att förhindra tumörtillväxt . Fas I / II kliniska prövningar riktade mot NY-ESO-1 Ag för behandling av multipla fasta maligniteter som uttrycker denna Ag pågår med CDX-1401, en helt humaniserad Ab mot Dec-205 (CellDex Therapeutics). Hos människor uttrycks DEC-205 allmänt på alla DC, förutom B-celler, T-celler och NK-celler. Även om CLEC9A + XCR1 + DC, CD1c + DC, pDC och MoDC har visat sig bearbeta och presentera Ag levereras av DEC-205 till CD4+ och CD8+ T-celler in vitro (20, 31-33), begränsade direkta jämförelser föreslår CLEC9A+ XCR1+ DC för att vara effektivare vid korspresentation (20). Detta beror sannolikt på den förmånliga handeln med DEC – 205 till sena endosomer, vilket vanligtvis gynnar Ag-bearbetning via MHC II-vägen (34), samtidigt som det fortfarande tillåter korspresentation av CLEC9A+XCR1+ DC (20).

ett attraktivt tillvägagångssätt är att mer specifikt leverera Ag till CLEC9A + XCR1 + DC med hjälp av Ab eller ligander specifika för CLEC9A (3, 4) eller XCR1 (35). Studier som använder Clec9A för ag-leverans i möss observerar effektiva CD8 + T-cellsvar och överraskande överlägsen CD4+ T-cellimmunitet när de direkt jämförs med DEC-205, även i frånvaro av adjuvans (3, 4, 36). Viktiga orsaker till effekten av att rikta Clec9A inkluderar dess intracellulära handel, eftersom Clec9A levererar Ag till tidiga och återvinnings endosomer (27) och persistensen av anti-Clec9A Ab i serum, vilket resulterar i långvarig AG-presentation (36). Att bestämma molekylära interaktioner mellan CLEC9A efter internalisering och hur detta påverkar AG-handel och bearbetning kommer utan tvekan att belysa grunden för Clec9A-målinriktningseffektivitet.

anti-human CLEC9A Ab kan leverera Ag till human CLEC9A + XCR1 + DC för bearbetning och presentation till både CD4+ och CD8+ T-cellinjer in vitro (37). Detta ger proof-of-principle och en stark motivering för att vidareutveckla anti-human CLEC9A Ab för vacciner och mer omfattande jämföra med DEC-205 Ab och andra metoder som riktar sig mot flera DC-delmängder. Sådana studier har varit begränsade på grund av svårigheter att erhålla tillräckligt antal humana CLEC9A+XCR1+ DC för detaljerad funktionell analys, men är nu genomförbara med utvecklingen av nya humaniserade musmodeller, där funktionell human CLEC9A+XCR1+ DC utvecklas och kan riktas mot CLEC9A eller DEC-205 Abs in vivo (38).

adjuvanser för aktivering av CLEC9A + XCR1 + DC

tidiga DC-kliniska prövningar och musstudier som undersökte Clec9A eller DEC-205 targeting Ab har tydligt visat ett krav på DC-aktivering för att inducera optimala CTL-svar (31, 39). TLR-ligander är några av de mest lovande adjuvanserna som för närvarande utvärderas i kliniken och differentiellt uttryck av TLR av DC-delmängder kan djupt påverka valet av adjuvans. Detta är ett särskilt viktigt övervägande för den prekliniska utvärderingen av vacciner riktade mot CLEC9A+XCR1+ DC eftersom TLR-uttryck varierar i mus-och humana DC-delmängder. TLR9-liganden, CpG, har använts i stor utsträckning som ett adjuvans hos möss, inklusive med Clec9A Ab (36) och har utvärderats kliniskt, med begränsade biverkningar, som ett adjuvans vid cancerkemoterapi och ex vivo DC-vacciner (40). Medan TLR9 uttrycks i stor utsträckning hos möss, inklusive av CLEC9A + XCR1 + DC, är det hos människor begränsat till PDC (39). Aktivering av human pDC av CpG inducerar emellertid stora mängder av typ i IFN som potentiellt kan spela en viktig åskådarfunktion för aktivering av CLEC9A+XCR1+ DC och efterföljande induktion av antitumörsvar (41, 42). I motsats till deras musmotsatser saknar mänsklig CLEC9A+XCR1+ DC också uttryck av TLR4 men uttrycker TLR8, vilket inte är funktionellt hos möss (39).

en TLR7 / 8 ligand, R848 eller resiquimod, har godkänts av FDA för topisk användning och genomgår för närvarande kliniska prövningar med DEC-205 (CDX-1401, CellDex) (43). Det aktiverar också CD1c + DC via TLR8 och pDC via TLR7. Dess potential att användas i vacciner återstår att bestämma, med murina studier som indikerar att dess korta halveringstid och formulering kanske inte är idealisk för att aktivera DC lokalt för att initiera adaptiva immunsvar, och det har varit inblandad i allvarliga biverkningar som observerats i kliniska prövningar (43).

TLR3-liganden, polyI: C, framträder som ett attraktivt adjuvans för att kombinera med DC-inriktning Ab, eftersom tlr3-uttrycket bevaras över människa och mus CLEC9A+XCR1+ DC. PolyI:C befanns vara den optimala adjuvans att använda i kombination med DEC-205 inriktning Ab i möss (44). Poly I: C-derivaten Hiltonol och Ampligen tolereras väl hos människor och inducerar ett typ i IFN-svar som efterliknar en virusinfektion (45). Dessa utvärderas nu i kliniska prövningar i samband med Dec-205 targeting Ab (CellDex Therapeutics, NCT00948961).

slutsats

det finns fortfarande ett stort behov av utveckling av vacciner som framkallar effektiva antivirala och antitumör CTL-svar. Upptäckten av CLEC9A + XCR1 + DC hos möss och människor, som en delmängd specialiserad för ag cross-presentation och cross-priming CTL, har avslöjat lovande nya vägar för vaccindesign. Ändå är bidraget från andra DC-delmängder till effektiviteten av denna process fortfarande att bestämmas. Således kvarstår frågorna: är det mer effektivt att leverera Ag till CLEC9A+XCR1+DC som är bäst utrustade för korspresentation, eller kommer samleverans till andra DC-delmängder att ge hjälp? Vilka receptorer kommer bäst att leverera Ag till de nödvändiga intracellulära facken, och vilka adjuvanser kommer bäst att förbättra immunsvaret? Studier hittills tyder på att inriktning på CLEC9A+XCR1+ DC in vivo, tillsammans med adjuvanser för att specifikt aktivera dessa DC, ger stort löfte. Utvecklingen av humaniserade musmodeller som möjliggör utveckling av CLEC9A + XCR1 + DC och andra DC-delmängder gör det möjligt att besvara dessa och andra frågor och underlätta översättning från bänk till sängsida.

intressekonflikt uttalande

Mireille H. Lahoud och Kirsteen M. Tullett listas som uppfinnare på patentansökningar avseende Clec9A. Kristen J. Radford har inga intressekonflikter att rapportera.

bekräftelser

Mireille H. Lahoud och Kristen J. Radford stöds av projektbidrag från National Health and Medical Research Council of Australia (Nhmrc 604306 och 1025201) och Prostate Cancer Foundation of Australia (PG2110). Kristen J. Radford har en nhmrc CDF nivå 2 gemenskap. Kirsteen M. Tullett är mottagare av ett University of Queensland International PhD Scholarship. Detta arbete möjliggjordes genom Victorian State Government Operational Infrastructure Support och Australian Government Nhmrc Independent Research Institute Infrastructure Support Scheme.