Approcci tollerogenici per prevenire le risposte immunitarie indesiderate nelle terapie di sostituzione proteica e genica per le malattie da accumulo lisosomiale

Lysosomal storage disorders (LSDs) are rare genetic conditions caused by mutations in genes encoding for lysosomal enzymes, leading to the systemic accumulation of undegraded metabolites. Current therapeutic approaches include enzyme replacement therapy (ERT), hematopoietic stem cell transplantation, and gene therapy. ERT remains the standard treatment for many LSDs, consisting in periodic infusion of recombinant human enzymes to provide patients (pts) with a functional enzyme source. Despite its benefits, immune responses against these recombinant enzymes can hinder the effectiveness of the therapy. Consequently, immune tolerance induction (ITI) strategies have become essential and often effective methods for managing immune responses associated with ERT. Tolerogenic dendritic cells (tolDCs) play a critical role in fostering antigen (Ag)-specific tolerance and have shown promise in modulating immune responses in conditions mediated by CD4+ T cells. We established a protocol to generate tolDCs through transduction with a lentiviral vector encoding IL-10 and a specific Ag fused to the invariant chain (Ii). This approach ensures stable presentation of the encoded antigen in both MHC class I and class II contexts, facilitating recognition by CD4+ and CD8+ T cells. Our research aims to develop an Ag-specific TolDC-based strategy to address adverse immune responses, which could serve as adjuvant immunotherapy for ERT-treated pts. To achieve this, we analyzed the enzyme-specific immune response and overall immune status of LSD pts receiving ERT (Mucopolysaccharidosis type IVA, Pompe Disease, and alpha-Mannosidosis). Our findings indicate that the peripheral blood (PB) of ERT-treated LSD pts is enriched with pro-inflammatory cytokines and chemokines. This inflammatory profile is reflected in the cellular compartment, where we observed an increased proportion of neutrophils and activated monocytes compared to healthy controls (HCs). Despite this activated phenotype, monocytes from ERT-treated LSD pts can differentiate into functional DC-10. Additionally, we noted an elevated proportion of T follicular helper (Tfh) cells and antibody(Ab)-producing B cells relative to healthy controls. Correspondingly, variable levels of anti-enzyme Abs were detected in the sera of several patients; however, we were unable to identify an enzyme-specific T-cell response in PB. To elucidate the mechanisms underlying anti-enzyme Ab induction, we evaluated the feasibility of the DCIL-10/Ag approach in a murine model of MPS-I (-L-iduronidase; IDUA-/-). We established an ERT protocol replicating the immune response observed in human pts and determined that Ab production depends on CD4+ T cells. Notably, enzyme-specific T-cell responses were only detectable at the onset of ERT treatment. We generated bone marrow-derived DC (DCIL-10/IDUA) and validated their capacity to modulate the anti-IDUA CD4+ T-cell response in vitro. Furthermore, when DCIL-10/IDUA was administered at the beginning of the ERT treatment, they effectively modulated the anti-IDUA B-cell response. Conversely, if DCIL-10/IDUA were injected after the B-cell response had already been established, they could still influence the antibody response in an IL-10-dependent manner. These findings support the potential development of an enzyme-specific tolDC-based approach aimed at mitigating adverse immune responses following ERT.

Le malattie da accumulo lisosomiale (LSD) sono condizioni genetiche rare causate da mutazioni nei geni che codificano per gli enzimi lisosomiali, portando all'accumulo sistemico di metaboliti non degradati. Le attuali strategie terapeutiche includono la terapia di sostituzione enzimatica (ERT), il trapianto di cellule staminali ematopoietiche e la terapia genica. L'ERT rimane il trattamento standard per molte LSD, consistendo nell'infusione periodica di enzimi umani ricombinanti per fornire ai pazienti una fonte funzionale di enzimi. Nonostante i benefici, le risposte immunitarie contro questi enzimi ricombinanti possono ostacolare l'efficacia della terapia. Di conseguenza, le strategie di induzione della tolleranza immunitaria (ITI) sono diventate metodi essenziali e spesso efficaci per gestire le risposte immunitarie associate all'ERT. Le cellule dendritiche tollerogene (tolDC) svolgono un ruolo critico nel promuovere la tolleranza specifica per l'antigene (Ag) e hanno mostrato promesse nel modulare le risposte immunitarie in condizioni mediate dalle cellule T CD4+. Abbiamo stabilito un protocollo per generare tolDC attraverso la trasduzione con un vettore lentivirale che codifica per IL-10 e un antigene specifico fuso alla catena invariante (Ii). Questo approccio garantisce una presentazione stabile dell'antigene codificato sia nel contesto MHC di classe I che di classe II, facilitando il riconoscimento da parte delle cellule T CD4+ e CD8+. La nostra ricerca mira a sviluppare una strategia basata su tolDC specifica per l'antigene per affrontare le risposte immunitarie avverse, che potrebbe servire come immunoterapia adiuvante per i pazienti trattati con ERT. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo analizzato la risposta immunitaria specifica per l'enzima e lo stato immunitario generale dei pazienti con LSD che ricevono ERT (mucopolisaccaridosi di tipo IVA, malattia di Pompe e alfa-mannosidasi). I nostri risultati indicano che il sangue periferico (PB) dei pazienti con LSD trattati con ERT è arricchito di citochine e chemochine pro-infiammatorie. Questo profilo infiammatorio è riflesso nel compartimento cellulare, dove abbiamo osservato una proporzione aumentata di neutrofili e monociti attivati rispetto ai controlli sani (HC). Nonostante questo fenotipo attivato, i monociti dei pazienti con LSD trattati con ERT possono differenziarsi in DC-10 funzionali. Inoltre, abbiamo notato una proporzione elevata di cellule T follicolari helper (Tfh) e cellule B produttrici di anticorpi rispetto ai controlli sani. Di conseguenza, sono stati rilevati livelli variabili di anticorpi anti-enzima nei sieri di diversi pazienti; tuttavia, non siamo stati in grado di identificare una risposta cellulare T specifica per l'enzima nel loro PB. Per chiarire i meccanismi sottostanti all'induzione degli anticorpi anti-enzima, abbiamo valutato la fattibilità dell'approccio DCIL-10/Ag in un modello murino di MPS-I (IDUA-/-). Abbiamo stabilito un protocollo ERT che replica la risposta immunitaria osservata nei pazienti umani e determinato che la produzione di anticorpi dipende dalle cellule T CD4+. Notabilmente, le risposte cellulari T specifiche per l'enzima sono state rilevate solo all'inizio del trattamento ERT. Abbiamo generato cellule dendritiche derivate dal midollo osseo (DCIL-10/IDUA) e validato la loro capacità di modulare la risposta cellulare T CD4+ anti-IDUA in vitro. Inoltre, quando le DCIL-10/IDUA sono state somministrate all'inizio del trattamento ERT, hanno modulato efficacemente la risposta cellulare B anti-IDUA. Al contrario, se le DCIL-10/IDUA sono state iniettate dopo che la risposta cellulare B era già stata stabilita, hanno potuto ancora influenzare la risposta anticorpale in modo dipendente da IL-10. Questi risultati supportano lo sviluppo potenziale di un approccio basato su tolDC specifico per l'antigene finalizzato a mitigare le risposte immunitarie avverse successive all'ERT.