Stammzell-abgeleitete virale Ag-spezifische T-Lymphozyten unterdrücken HBV-Replikation bei Mäusen
Summary
Hier wird ein Protokoll zur wirksamen Unterdrückung der Hepatitis-B-Virus -Replikation (HBV) bei Mäusen unter Verwendung des Adoptivzelltransfers (ACT) von Stammzell-abgeleitetem viralem Antigen (Ag)-spezifischen T-Lymphozyten vorgestellt. Dieses Verfahren kann für eine mögliche ACT-basierte Immuntherapie der HBV-Infektion angepasst werden.
Abstract
Hepatitis-B-Virus (HBV) Infektion ist ein globales Gesundheitsproblem. Mit über 350 Millionen Menschen weltweit ist die HBV-Infektion nach wie vor die Hauptursache für Leberkrebs. Dies ist ein großes Anliegen, insbesondere in den Entwicklungsländern. Das Versagen des Immunsystems, eine wirksame Reaktion gegen HBV zu montieren, führt zu einer chronischen Infektion. Obwohl HBV-Impfstoff vorhanden ist und neue antivirale Medikamente entwickelt werden, bleibt die Tilgung von Virusreservoirzellen ein großes Gesundheitsthema. Hier wird eine Methode zur Generierung von viralem Antigen (Ag) -spezifische CD8+ zytotoxische T-Lymphozyten (CTLs) beschrieben, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) (d. h. iPSC-CTLs) abgeleitet werden, die die Fähigkeit haben, die HBV-Replikation zu unterdrücken. Die HBV-Replikation wird bei Mäusen effizient durch hydrodynamische Injektion eines HBV-Expressionsplasmids pAAV/HBV1.2 in die Leber induziert. Dann werden HBV-Oberflächen-Ag-spezifische Maus-iPSC-CTLs adoptiv übertragen, was die HBV-Replikation in Leber und Blut stark unterdrückt und die HBV-Oberflächen-Ag-Expression in Hepatozyten verhindert. Diese Methode demonstriert die HBV-Replikation bei Mäusen nach hydrodynamischer Injektion und dass von Stammzellen abgeleitete virale Ag-spezifische CTLs die HBV-Replikation unterdrücken können. Dieses Protokoll bietet eine nützliche Methode für die HBV-Immuntherapie.
Introduction
Nach einer akuten Infektion kontrolliert das adaptive Immunsystem (d.h. die humorale und zelluläre Immunität) den Großteil der akuten HBV-bedingten Hepatitis. Dennoch können eine Reihe von Menschen in den HBV-endemischen Regionen die Viren nicht eliminieren und sich anschließend als chronische Individuen bekehren. Mehr als 25% der chronischen Patienten (>250 Millionen Menschen) weltweit entwickeln progressive Lebererkrankungen, die zu Leberzirrhose und/oder hepatozellulärem Karzinom (HCC)1führen. Infolgedessen bleibt die Tilgung von hartnäckig infizierten Zellen ein allgemeines Gesundheitsproblem, obwohl es einen verfügbaren Impfstoff2 gibt und zahlreiche antivirale Medikamente in der Entwicklung sind. Die Standardbehandlung bei HBV-Infektionen umfasst IFN-, Nukleosid- und Nukleotidanaloga. Diese Wirkstoffe haben direkte antivirale Aktivität und immunmodulatorische Kapazitäten. Dennoch tritt die Serokonversion von HBe-Antigen (Ag)+ Träger mit Anti-HBe-Antikörper (Ab) und Verlust von Serum HBV-Desoxyribonukleinsäure (DNA) bei etwa 20% der behandelten Patienten einzeln auf, und die gesamte immunologische Kontrolle des Virus durch den Entzug der HBsAg bestätigt wird, beträgt nicht mehr als 5%3. Darüber hinaus ist die Reaktion auf die Behandlung oft nicht haltbar. Die prophylaktische Impfung mit rekombinanten HBs Ag ist sehr wirksam bei der Vorbeugung von Infektionen, aber die therapeutische HBs Ag-Impfung ist nicht wirksam. Offensichtlich spielen T-Zell-vermittelte Immunantworten eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle von HBV-Infektionen und Leberfunktionsstörungen; Bei chronischen Hepatitis-Patienten werden HBV-reaktive T-Zellen jedoch oft gelöscht, dysfunktional oder umwandlungsbehalts4,5,6umgewandelt. Folglich haben bei Personen mit anhaltender HBV-Infektion keine Versuche zur Wiedereinführung der HBV-spezifischen Immunität (d. h. t-zellbasierte Immunität) mittels antiviraler Mittel, immunmodulatorischer Zytokine oder kurativer Immunisierung Erfolg.
Der Adoptivzelltransfer (ACT) von HBV Ag-spezifischen T-Zellen ist eine effiziente Behandlung, die darauf abzielt, die verbleibenden Hepatozyten mit HBV7,8auszurotten. ES hat sich gezeigt, dass ACT von HBV-spezifischen CTLs bei HBV-infizierten Mäusen vorübergehende, milde Hepatitis und einen dramatischen Rückgang der HBV-Ribonukleinsäure-Transkripte (RNA) in Hepatozyten verursacht. In diesen Studien hemmten CTLs nicht die Transkription von HBV-Genen, sondern verbesserten den Abbau von HBV-Transkripten9. HBV-spezifische CTLs sind wichtig, um eine Virusinfektion zu verhindern und die Clearance von HBV10,11zu vermitteln. Für ACT-basierte Heilmittel wurde vorgeschlagen, eine ideale Methode12,13,14; Dennoch sind die derzeitigen Ansätze hinsichtlich ihrer Fähigkeit, geeignete Mengen und Qualitäten von HBV-spezifischen T-Zellen von Patienten für die potenziellen Therapien zu erzeugen, zu trennen und zu züchten, eingeschränkt.
Obwohl klinische Studien Sicherheit, Praktikabilität und prospektive therapeutische Aktivität zellbasierter Behandlungen durch technisch entwickelte T-Zellen darstellen, die spezifisch für HBV-virusinfizierte Hepatozyten sind, gibt es Bedenken über die ungünstigen Auswirkungen durch Autoimmunreaktionen aufgrund von Kreuzreaktivität durch Fehlkopplung des T-Zellrezeptors (TCR)15,16, off-target Ag-Erkennung durch unspezifische TCR17 und On-Target-Off-Toxizität durch einen chimeric Ag-Rezeptor (CAR) 18 , 19 mit gesundem Gewebe. Derzeit sind die gentechnisch veränderten T-Zellen, die nur eine kurzfristige Persistenz in vivo haben, in der Regel mittlere oder spätere Effektor-T-Zellen. Bislang sind pluripotente Stammzellen (PSCs) die einzige verfügbare Quelle, um eine hohe Anzahl naiver Ag-spezifischer Ag-spezifischer T-Zellen20,21,22,23zu erzeugen. Induzierte PSCs (iPSCs) werden einfach aus den somatischen Zellen eines Patienten durch die Verwendung der Gentransduktion mehrerer Transkriptionsfaktoren umgewandelt. Infolgedessen weisen die iPSCs ähnliche Eigenschaften auf wie embryonale Stammzellen (ESCs)24. Aufgrund der Flexibilität und Möglichkeit der unendlichen Fähigkeit zur Selbsterneuerung können neben dem Gewebeersatz auch iPSC-basierte Behandlungen in der regenerativen Medizin weit verbreitet sein. Darüber hinaus können die regiments zugrunde liegenden iPSCs aktuelle zellbasierte Therapien erheblich verbessern.
Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, eine große Menge an HBV-spezifischen CTLs aus iPSCs (d. h. iPSC-CTLs) für die ACT-basierte Immuntherapie zu generieren. Die Vorteile gegenüber alternativen Techniken sind, dass HBV-spezifische iPSC-CTLs einen eintypigen TCR- und naiven Phänotyp haben, was zu mehr Speicher-T-Zellentwicklung nach der ACT führt. Es wird gezeigt, dass die ACT von HBV-spezifischen iPSC-CTLs die Migration von funktionellen CD8+ T-Zellen in der Leber erhöht und die HBV-Replikation sowohl in der Leber als auch im Blut von verabreichten Mäusen reduziert. Diese Methode zeigt eine mögliche Verwendung von viralen Ag-spezifischen iPSC-CTLs für die HBV-Immuntherapie und kann angepasst werden, um andere virale Ag-spezifische iPSC-T-Zellen für die virale Immuntherapie zu erzeugen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll stellt eine Methode zum Generieren der viralen Ag-spezifischen iPSC-CTLs zur Verwendung als ACT zur Unterdrückung der HBV-Replikation in einem murinen Modell dar. Bei chronischer HBV-Infektion bildet das virale Genom ein stabiles Mini-Chromosom, die kovalent geschlossene kreisförmige DNA (cccDNA), die über die gesamte Lebensdauer des Hepatozyten bestehen kann. Die gezielte Clearance des viralen Mini-Chromosoms kann zu einer Heilung der chronischen HBV-Infektion führen. Die aktuelle antivirale Therapi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Dr. Adam J Gehring vom Toronto General Hospital Research Institute für die Bereitstellung von cDNA für HBs183-91 (s183) (FLLTRILTI)- spezifische A2-beschränkte human-murine Hybrid-TCR-Gene, und Dr. Pei-Jer Chen von der National Taiwan University für die Bereitstellung pAAV/HBV 1.2 Konstrukt. Diese Arbeit wird vom National Institute of Health Grant R01AI121180, R01CA221867 und R21AI109239 an J. S. unterstützt.
Materials
| HHD mice | Institut Pasteur, Paris, France | H-2 class I knockout, HLA-A2.1-transgenic (HHD) mice | |
| iPS-MEF-Ng-20D-17 | RIKEN Cell Bank | APS0001 | |
| SNL76/7 | ATCC | SCRC-1049 | |
| OP9 | ATCC | CRL-2749 | |
| pAAV/HBV1.2 plasmid | Dr. Dr. Pei-Jer Chen (National Taiwan University Hospital, Taiwan) | HBV DNA construct | |
| HBs183-91(s183) (FLLTRILTI)-specific TCR genes | Dr. Adam J Gehring (Toronto General Hospital Research Institute, Toronto, Canada) | FLLTRILTI-specific A2-restricted human-murine hybrid TCR genes (Vα34 and Vβ28) | |
| OVA257–264-specific TCR genes | Dr. Dario A. Vignali (University of Pittsburgh, PA) | SIINFEKL-specific H-2Kb-restricted TCR genes | |
| Anti-CD3 (17A2) antibody | Biolegend | 100236 | |
| Anti-CD44 (IM7) antibody | BD Pharmingen | 103012 | |
| Anti-CD4 (GK1.5) antibody | Biolegend | 100408 | |
| Anti-CD8 (53-6.7) antibody | Biolegend | 100732 | |
| Anti-IFN-γ (XMG1.2) antibody | Biolegend | 505810 | |
| Anti-TNF-a (MP6-XT22) antibody | Biolegend | 506306 | |
| α-MEM | Invitrogen | A10490-01 | |
| Anti-HBs antibody | Thermo Fisher | MA5-13059 | |
| ACK Lysis buffer | Lonza | 10-548E | |
| Brefeldin A | Sigma | B7651 | |
| DMEM | Invitrogen | ABCD1234 | |
| FBS | Hyclone | SH3007.01 | |
| FACSAria Fusion cell sorter | BD | 656700 | |
| Gelatin | MilliporeSigma | G9391 | |
| GeneJammer | Agilent | 204130 | |
| HLA-A201-HBs183-91-PE pentamer | Proimmune | F027-4A – 27 | |
| HRP Anti-Mouse Secondary Antibody | Invitrogen | A27025 | |
| mFlt-3L | Peprotech | 250-31L | |
| mIL-7 | Peprotech | 217-17 | |
| Nuclease S7 | Roche | 10107921001 | |
| Paraformaldehyde | MilliporeSigma | P6148-500G | Caution: Allergenic, Carcenogenic, Toxic |
| Permeabilization buffer | Biolegend | 421002 | |
| Polybrene | MilliporeSigma | 107689 | |
| ProLong™ Gold Antifade Mountant with DAPI | Invitrogen | P36931 | |
| QIAamp MinElute Virus Spin Kit | Qiagen | 57704 |
References
- Scaglione, S. J., Lok, A. S. Effectiveness of hepatitis B treatment in clinical practice. Gastroenterology. 142 (6), 1360-1368 (2012).
- Osiowy, C. From infancy and beyond… ensuring a lifetime of hepatitis B virus (HBV) vaccine-induced immunity. Human Vaccines & Immunotherapeutics. 14 (8), 2093-2097 (2018).
- Gish, R. G., et al. Loss of HBsAg antigen during treatment with entecavir or lamivudine in nucleoside-naive HBeAg-positive patients with chronic hepatitis B. Journal of Viral Hepatitis. 17 (1), 16-22 (2010).
- Kurktschiev, P. D., et al. Dysfunctional CD8+ T cells in hepatitis B and C are characterized by a lack of antigen-specific T-bet induction. Journal of Experimental Medicine. 211 (10), 2047-2059 (2014).
- Fisicaro, P., et al. Antiviral intrahepatic T-cell responses can be restored by blocking programmed death-1 pathway in chronic hepatitis B. Gastroenterology. 138 (2), 682-693 (2010).
- Schurich, A., et al. The third signal cytokine IL-12 rescues the anti-viral function of exhausted HBV-specific CD8 T cells. PLoS Pathogens. 9 (3), 1003208 (2013).
- Gehring, A. J., et al. Engineering virus-specific T cells that target HBV infected hepatocytes and hepatocellular carcinoma cell lines. Journal of Hepatology. 55 (1), 103-110 (2011).
- Xia, Y., et al. Interferon-gamma and Tumor Necrosis Factor-alpha Produced by T Cells Reduce the HBV Persistence Form, cccDNA, Without Cytolysis. Gastroenterology. 150 (1), 194-205 (2016).
- Huang, L. R., Wu, H. L., Chen, P. J., Chen, D. S. An immunocompetent mouse model for the tolerance of human chronic hepatitis B virus infection. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 103 (47), 17862-17867 (2006).
- Wong, P., Pamer, E. G. CD8 T cell responses to infectious pathogens. Annual Review of Immunology. 21, 29-70 (2003).
- Murray, J. M., Wieland, S. F., Purcell, R. H., Chisari, F. V. Dynamics of hepatitis B virus clearance in chimpanzees. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 102 (49), 17780-17785 (2005).
- Hinrichs, C. S., et al. Adoptively transferred effector cells derived from naive rather than central memory CD8+ T cells mediate superior antitumor immunity. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 106 (41), 17469-17474 (2009).
- Hinrichs, C. S., et al. Human effector CD8+ T cells derived from naive rather than memory subsets possess superior traits for adoptive immunotherapy. Blood. 117 (3), 808-814 (2011).
- Kerkar, S. P., et al. Genetic engineering of murine CD8+ and CD4+ T cells for preclinical adoptive immunotherapy studies. Journal of Immunotherapy. 34 (4), 343-352 (2011).
- Kuball, J., et al. Facilitating matched pairing and expression of TCR chains introduced into human T cells. Blood. 109 (6), 2331-2338 (2007).
- van Loenen, M. M., et al. Mixed T cell receptor dimers harbor potentially harmful neoreactivity. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 107 (24), 10972-10977 (2010).
- Cameron, B. J., et al. Identification of a Titin-derived HLA-A1-presented peptide as a cross-reactive target for engineered MAGE A3-directed T cells. Science Translational Medicine. 5 (197), (2013).
- Fedorov, V. D., Themeli, M., Sadelain, M. PD-1- and CTLA-4-based inhibitory chimeric antigen receptors (iCARs) divert off-target immunotherapy responses. Science Translational Medicine. 5 (215), (2013).
- Maus, M. V., et al. T cells expressing chimeric antigen receptors can cause anaphylaxis in humans. Cancer Immunolology Research. 1 (1), 26-31 (2013).
- Haque, R., et al. Programming of regulatory T cells from pluripotent stem cells and prevention of autoimmunity. Journal of Immunology. 189 (3), 1228-1236 (2012).
- Vizcardo, R., et al. Regeneration of human tumor antigen-specific T cells from iPSCs derived from mature CD8(+) T cells. Cell Stem Cell. 12 (1), 31-36 (2013).
- Nishimura, T., et al. Generation of rejuvenated antigen-specific T cells by reprogramming to pluripotency and redifferentiation. Cell Stem Cell. 12 (1), 114-126 (2013).
- Lei, F., et al. In vivo programming of tumor antigen-specific T lymphocytes from pluripotent stem cells to promote cancer immunosurveillance. 암 연구학. 71 (14), 4742-4747 (2011).
- Kim, J. B., et al. Oct4-induced pluripotency in adult neural stem cells. Cell. 136 (3), 411-419 (2009).
- Lei, F., Haque, R., Xiong, X., Song, J. Directed differentiation of induced pluripotent stem cells towards T lymphocytes. Journal of Visualized Experiments. (63), e3986 (2012).
- Lei, F., Haque, M., Sandhu, P., Ravi, S., Ni, Y., Zheng, S., Fang, D., Jia, H., Yang, J. M., Song, J. Development and characterization of naive single-type tumor antigen-specific CD8+ T lymphocytes from murine pluripotent stem cells. OncoImmunology. 6, (2017).
- Haque, M., et al. Melanoma Immunotherapy in Mice Using Genetically Engineered Pluripotent Stem Cells. Cell Transplantation. 25 (5), 811-827 (2016).
- Tan, A. T., et al. Use of Expression Profiles of HBV DNA Integrated Into Genomes of Hepatocellular Carcinoma Cells to Select T Cells for Immunotherapy. Gastroenterology. , (2019).
- Wu, L. L., et al. Ly6C(+) Monocytes and Kupffer Cells Orchestrate Liver Immune Responses Against Hepatitis B Virus in Mice. Hepatology. , (2019).
- Haque, M., et al. Stem cell-derived tissue-associated regulatory T cells suppress the activity of pathogenic cells in autoimmune diabetes. Journal of Clinical Investigation Insights. , (2019).
- Chisari, F. V., et al. Structural and pathological effects of synthesis of hepatitis B virus large envelope polypeptide in transgenic mice. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 84 (19), 6909-6913 (1987).
- Wirth, S., Guidotti, L. G., Ando, K., Schlicht, H. J., Chisari, F. V. Breaking tolerance leads to autoantibody production but not autoimmune liver disease in hepatitis B virus envelope transgenic mice. Journal of Immunology. 154 (5), 2504-2515 (1995).
