Manipulatie van dendritische cellen (DCs) door actief vitamine D3: uitdiepen van moleculaire mechanismen voor DC-gebaseerde immunotherapieën in type 1 diabetes

Vitamin D3 is een vetoplosbaar steroïd hormoon dat uit de voeding kan worden opgenomen (bv. vette vis, eidooier), maar het wordt voornamelijk geproduceerd in de huid waar blootstelling aan zonlicht het kan omvormen naar zijn voornaamste biologisch actief metaboliet, namelijk 1,25-dihydroxyvitamine D3 (1,25(OH)2D3). De uitgebreide expressie van de vitamine D receptor (VDR) en verschillende vitamine D3-metaboliserende enzymen in zowat alle cellen van het afweersysteem wijst op een belangrijke rol voor 1,25(OH)2D3 als modulator van de immuunrespons. In dendritic cells (DCs) interfereert 1,25(OH)2D3 met het differentiatie- en maturatieproces wat resulteert in de inductie van een tolerogene toestand. Tolerogene DCs (tolDCs) worden gekenmerkt door afname in antigeenpresentatie, costimulatie en proinflammatoire cytkoineproductie. Als gevolg zijn tolDCs slechte T-celstimulatoren en induceren ze T-celhyporesponsiviteit. Daarnaast medieren tolDCs een shift in de T‑celpolarisatie van Th1/Th17 responsen naar tolerogene responsen met de vorming van regulatoire T-cellen (Tregs). Anderzijds is 1,25(OH)2D3 ook in staat de geactiveerde T-cel op een directe manier te moduleren. Hierbij verlaagt 1,25(OH)2D3 de productie van proinflammatoire cytokinen terwijl het Tregs induceert.

Een belangijke rol voor 1,25(OH)2D3 en zijn nucleaire receptor in de ontwikkeling van type 1 diabetes (T1D) werd gesuggereerd door een discrepantie tussen de afwezigheid van ligand en de afwezigheid van de receptor. Vitamine D3-deficiëntie gedurende de eerste levensjaren is geassocieerd met een verhoogd risico op T1D, terwijl het VDR null muismodel, met een ontbrekende VDR functie, geen verergerd ziekteverloop vertonen. Dit verschil wijst op een belangrijke rol voor de VDR zonder ligand in de immuunrespons. In een eerste deel van dit project hebben we onderzocht of een VDR zonder ligand een invloed kan uitoefenen op het fenotype en de functie van muis beenmerg-afgeleide DCs (BMDCs). Hiervoor bestudeerden we myeloïde BMDCs ex vivo gevormd uit beenmergprecursoren van VDR null muizen, met een vervormde, niet-functionele VDR, en VDR ∆AF-2 muizen, met een gemuteerd C-terminaal AF-2 domein waardoor ligand‑geïnduceerde gentranscriptie onmogelijk is. Tot onze verbazing zagen we geen effect van de VDR zonder ligand op het BMDC-fenotpye of hun T-celstimulerende capaciteit ten opzichte van VDR null BMDCs. Deze data geven aan dat een VDR zonder ligand geen verhoogd inflammatoir fenotype uitlokt in BMDCs.

Tot op heden zijn er geen behandelingen gevestigd voor T1D die ingrijpen op de onderliggende immuunaanval. In het algemeen focussen immunotherapieën op de onderdrukking van de activatie van pathogene immuuncellen en het (opnieuw) tot stand brengen van tolerantie tegen lichaamseigen autoantigenen. Gezien de interessante kenmerken van Tregs en tolDCs om antigeen-specifieke bescherming te induceren, vormen cellulaire immunotherapieën zoals adoptieve T-celtransfer en tolDC-gebaseerde vaccinaties veelbelovende strategieën voor autoimmuunziekten. In dit opzicht zijn 1,25(OH)2D3 en TX527, een analoog met minder calcemische effecten, ideaal voor de ex vivo modulatie van autologe T-cellen en DCs.

Eerder heeft onze groep aangetoond dat T-cellen geïsoleerd uit gezonde donoren ex vivo succesvol gemoduleerd kunnen worden door zowel 1,25(OH)2D3 als zijn analoog TX527. Echter, met het oog op de klinische toepasbaarheid van autologe adoptieve T‑celtransfer is de validatie in stalen van patiënten met T1D vereist. Zeker daar een defect in Tregfunctie is aangetoond in T1D. In dit opzicht hebben wij onderzocht of autologe T-cellen verkregen van patiënten met T1D ex vivo gemoduleerd kunnen worden met 1,25(OH)2D3 en TX527. Inderdaad, behandeling met 1,25(OH)2D3 en zijn analoog TX527 verhoogde de frequenctie van CD4+CD25hoogCD127laag Tregs, met toegenomen expressie van CTLA-4 in deze populatie. Daarnaast zorgde blootstelling aan 1,25(OH)2D3 en TX527 voor de inprenting van een uniek migratiesignatuur en verminderde het de productie van effectorcytokinen in T-cellen geïsoleerd uit patiënten met T1D. Bovendien bevorderden zowel 1,25(OH)2D3 als TX527 de vorming van een stabiel Treg-fenotype, wat essentieel is voor hun klinische applicatie omdat deze cellen opnieuw geïntroduceerd zullen worden in een inflammatoir micromilieu.

In het derde deel van dit doctoraatsproject bouwen we verder op eerdere bevindingen uit ons onderzoekslabo die bewijzen dat de inductie van tolDCs door 1,25(OH)2D3 vergezeld is door een vroege en transcriptioneel-gemedieerde metabole herprogrammering. We hebben toen kunnen aantonen dat de beschikbaarheid van glucose en het glycolytisch metabolisme cruciaal zijn om tolDCs te induceren en in stand te houden. Deze observatie strookt met het opkomende concept van immunometabolisme dat stelt dat het intracellulaire metabolisme het fenotype en de functie van immuuncellen bepaald. In dit opzicht wouden we een primair doelwit van vitamine D3 vinden dat als metabole switch in immuuncellen handelt. We identificeerden het glycolytische enzyme PFKFB4 dat sterk en direct werd opgereguleerd door 1,25(OH)2D3 in differentiërende monocyten. Farmacologische inhibitie van PFKFB4 activiteit door 5-MPN interfereerde met de stijging in glucose metabolisme, en meer specifiek de oxidatie van glucose, kenmerkend voor tolDCs. Daarenboven veranderde PFKFB4 inhibitie het tolDC-fenotype en hun vermogen om functionele Tregs te induceren. Een beter inzicht in de metabole signaalwegen die beïnvloed worden door 1,25(OH)2D3 in humane tolDCs zullen bijdragen tot de ontwikkeling en de verbetering van tolDC-gebaseerde immunotherapieën.