Knolle, Percy A. (Prof. Dr.); Küster, Bernhard (Prof. Dr.); Kalinke, Ulrich (Prof. Dr.)
Sprache:
en
Fachgebiet:
MED Medizin
TU-Systematik:
MED 320d
Kurzfassung:
Chronic hepatitis B virus (HBV) infection represents a major health problem with currently about 257 million chronically infected people and more than 850.000 deaths per year due to HBV-related diseases. Therapy with pegylated interferon-alpha (PEG-IFNα), which is currently the most effective curative therapy for chronic hepatitis B infection (CHB), accomplishes off-treatment control of HBV in 10 to 12% of patients. Because HBV-specific CD8+ T cell responses are essential to achieve HBV cure, it is assumed that PEG-IFNα restores HBV-specific CD8+ T cell immunity in patients responding to therapy. However, restoration of impaired HBV-specific CD8+ T cell immunity in CHB patients treated with PEG-IFNα could not be demonstrated so far. Hence, the molecular and cellular mechanism of how HBV cure is achieved in some patients under PEG-IFNα-therapy remains completely unknown.
Here, the potential of type I IFNs (IFNα/β) to restore impaired HBV-specific CD8+ T cell immunity was explored. An adenoviral vector delivering an HBV1.3 genome coupled to a luciferase sequence (Ad-HBV-Luc) was used to either mimic persistent or acute, self-limiting HBV infections in immunocompetent mice. In established persistent Ad-HBV-Luc infection, continuous hepatocyte-specific IFNβ expression restored phenotype and functionality of HBV-specific CD8+ T cells in the liver. Due to severe side effects evoked by prolonged hepatocyte-specific IFNβ expression, clearance of persistent Ad-HBV-Luc infection was not achieved.
In contrast, sequential injections of the TLR3-ligand polyI:C were well tolerated and demonstrated to also restore HBV-specific CD8+ T cell immunity and further sustain the antiviral response until complete eradication of persistent Ad-HBV-Luc infection had occurred.
After proving that IFN-based therapies have the potential to restore exhausted HBV-specific CD8+ T cell immunity apparent in CHB, cell type specific IFNAR1 knockout mice were utilized to shed light on the mechanisms of action. The data revealed that IFNAR signaling in hepatocytes, which is in particular important for the reduction of viral antigen load, and IFNAR signaling in HBV-specific CD8+ T cells, is crucial for the restoration of exhausted HBV-specific CD8+ T cells. Further, adoptive transfer experiments provide evidence that type I IFN targets a subpopulation of exhausted precursor HBV-specific CD8+ T cells that, in response to IFN signaling, repopulate the niche of terminal exhausted, dysfunctional HBV-specific CD8+ T cells with functional HBV-specific effector CD8+ T cells.
In summary, the presented work highlights that two mechanisms induced by type I IFNs, i.e., the reduction of HBV antigen burden and provision of stimulatory signals for HBV-specific CD8+ T cells, are required for the restoration of exhausted HBV-specific CD8+ T cell immunity. Thus, this thesis extends the understanding of prerequisites for the induction of efficient anti-HBV immunity in CHB, which may pave the way for the development of new therapeutic approaches that more specifically and reproducible reduce HBV antigen load into a certain range and simultaneously provide a specific stimulus that pushes exhausted T cells.
Übersetzte Kurzfassung:
Die Infektion mit dem chronischen Hepatitis B Virus (HBV) stellt mit derzeit etwa 257 Millionen chronisch infizierten Menschen und jährlich mehr als 850.000 Todesfällen aufgrund von HBV-assoziierten Folgeerkrankungen ein globales Gesundheitsproblem dar. Die Therapie mit pegyliertem Interferon-alpha (PEG-IFNα), die derzeit die wirksamste Therapie zur Behandlung einer chronischen Hepatitis B (CHB) ist, führt nur bei 10 bis 12% der Patienten zur Kontrolle von HBV. Eine funktionale HBV-spezifische CD8+ T-Zell-Antwort ist essentiell zur Kontrolle von HBV. Daher geht man davon aus, dass Typ I IFN bei Patienten, die auf die Therapie ansprechen, die beeinträchtigte HBV-spezifische CD8+ T-Zell-Immunität wiederherstellt. Eine Reaktivierung der gestörten HBV-spezifischen CD8+ T-Zell-Immunität bei CHB-Patienten konnte bisher jedoch nicht bewiesen werden. Daher ist der Wirkmechanismus, der zur Reaktivierung der beeinträchtigen HBV-spezifischen T-Zell Immunität in chronisch infizierten Patienten unter PEG-IFNα-Behandlung führt, unbekannt.
In dieser Arbeit wurde der Mechanismus von Typ I IFN zur Wiederherstellung der beeinträchtigten HBV-spezifischen CD8+ T-Zell-Immunität erforscht. Ein adenoviraler Vektor, welcher HBV Überlängengenome mit einer Luziferase-Sequenz in murine Hepatozyten einbringt (Ad-HBV-Luc), wurde zur Etablierung persistenter oder akuter, selbstlimitierter HBV-Infektionen in immunkompetenten Mäusen verwendet. Bei Mäusen mit persistierender Ad-HBV-Luc-Infektion stellte eine kontinuierliche Hepatozyten-spezifische IFNβ-Expression den Phänotyp und die Funktionalität der HBV-spezifischen CD8+T-Zellen in der Leber wieder her, ähnlich wie bei Mäusen mit akuter, selbstlimitierter Infektion. Langanhaltende, kontinuierliche Hepatozyten-spezifische IFNβ-Expression rief schwere Nebenwirkungen hervor, sodass eine vollständige Eliminierung des Virus nicht erreicht wurde.
Es zeigte sich, das tägliche, wiederholte Injektionen des TLR3-Liganden PolyI:C besser verträglich waren und IFN-abhängig eine effiziente, langanhaltende HBV-spezifische Immunantwort induzierten, die zur vollständigen Eliminierung des Virus führte.
Nachdem gezeigt worden war, dass Typ I IFN-basierte Therapien das Potenzial haben, eine dysfunktionale HBV-spezifische CD8+ T-Zell-Immunität in chronischer Ad-HBV-Luc Infektion wiederherzustellen, wurden zelltyp-spezifische Typ-I-Interferon-Rezeptor-Knockout-Mäuse (IFNAR1 KO) verwendet, um die dabei operierenden Wirkmechanismen zu identifizieren. Die Daten zeigten, dass zwei der multiplen durch Typ I IFN-induzierten Effekte, die Reduktion der viralen Antigenlast und die Stimulation der CD8+ T-Zellen durch IFNAR1-Stimulation, entscheidend für die Wiederherstellung erschöpfter HBV-spezifischer CD8+ T-Zellen sind.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass zwei der durch Typ I Interferone induzierten Effekte, die Reduzierung der HBV-Antigenlast und die Bereitstellung stimulierender Signale für T-Zellen, für die Wiederherstellung der dysfunktionalen HBV-spezifischen CD8+ T-Zell-Immunität erforderlich sind. Damit erweitert diese Arbeit das Wissen über die Voraussetzungen zur Wiederherstellung einer HBV-spezifischen Immunantwort und
kann den Weg für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze ebnen, die die HBV-Antigenlast spezifischer reduzieren und gleichzeitig eine spezifische Immunstimulation für erschöpfte HBV-spezifische CD8+T-Zellen bietet.
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