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Vakzinierung gegen HCV- eine Fiktion? Univ.- Prof. Robert Thimme Abteilung Innere Medizin II Universitätsklinikum Freiburg Epidemiologie der Virushepatitis C Hepatitis C 400.000 - 500.000 chronisch infizierte Personen in Deutschland Virushepatitis Akute Hepatitis Prophylaktische HCV Vakzine Chronische Hepatitis Immuntherapie Zirrhose HCC Fragestellungen • Welche Immunzellen sind entscheidend? • Wie funktionieren die Immunzellen? • Warum versagen die Immunzellen? • Welche Antigene sind relevant? Komponenten der Immunantwort Neutralisierende Antikörper DC CD8 H Hilfe B CD4 H H T- Zell Antwort bei Virushepatitis T-Zellantwort HCV RNA Leber HCV RNA T-Zellen Lechner, Walker, J Exp Med 2000 Thimme, Chisari J Exp Med 2001 Boettler, Thimme J Virol 2006 Thimme, Chisari PNAS 2002 T-Zellantwort CD8 Wochen nach Infektion 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 IFN α/β CD3 L32 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Wochen nach Infektion Thimme, Chisari J Virol 2003 Shoukrey, Walker J Exp Med 2003 Fragestellungen • Welche Immunzellen sind entscheidend? • Wie funktionieren die Immunzellen (CD8+T-Zellen)? • Warum versagen die Immunzellen? • Welche Antigene sind relevant? Funktion von CD8+ T-Zellen IFN 10 Lohmann, Bartenschlager Science 1999 Wakita, Liang Nature Medicine 2005 Lindenbach, Rice Science 2005 10 10 5 CD107a 13.8 73.3 10 4 10 3 10 10 2 10 5 9.73 63 4 3 2 0 0 5.47 21.6 5.68 0 10 2 10 3 10 4 7.39 5 10 0 10 2 10 3 10 4 10 5 CD8 H 1:1 1 : 10 1 : 100 50 6 5 40 AST 30 4 20 3 10 0 2 1 : 1000 1 : 10000 E:T ratio AST (U/L) Jo, Thimme Gastroenterology 2009 Virusreplikation (log10) Luciferase-Assay CD8 Funktion von CD8+ T-Zellen zytolytisch H CD8 Antivirale Effizienz IFNγ H H nicht-zytolytisch Fragestellungen • Welche Immunzellen sind entscheidend? • Wie funktionieren die Immunzellen (CD8+T-Zellen)? • Warum versagen die Immunzellen (CD8+ T-Zellen)? • Welche Antigene sind relevant? Dysfunktion von CD8+ T-Zellen CD8 Tetramer IFN IFN Data.010 T-Zell Dysfunktion 100 101 102 103 104 100 101 102 103 CD8 FITC 104 CD8+ CD8 Spangenberg, Thimme Hepatology 2005 CD8 Mechanismen des T Zell Versagens: PD-1 Barber / Ahmed Nature 2006 HCV tetramer PD-1 Expression bei der HCV Infektion PD-1 HCV Radziewicz/Grakoui Golden-Mason / Rosen J Virology 2007 J Virology 2007 PD-1 ist angereichert in der Leber Radziewicz / Grakoui J Virology 2007 HCV Nakamoto / Chang Gastroenterology 2008 Maier / Chisari J Virology 2007 HBV Fisicaro / Ferrari Gastroenterology 2010 Blockade von PD-1 nicht ausreichend Coexpression of PD-1 and CTLA-4 in the liver PD-1 blockade alone is insufficient to reinvigorate HCV- specific CD8+ T cells in the liver Nakamoto / Chang PLOS Pathogens 2009 Dysfunktion von CD8+ T-Zellen Inhibition PD1 T-Zell Dysfunktion CD8 CD8 H IFN TNF-α Effektor Moleküle LCMV Infektion Barber, Ahmed Nature 2006 Schweregrad der Virusinfektion T- Zell Dysfunktion Expression inhibitorischer Rezeptoren PD1 2B4 CD160 KLRG1 Blackburn, Wherry Nat Immunology 2009 Thimme, Pircher J Virol 2005 Expression inhibitorischer Rezeptoren CD8 CD8 50% PD1 2B4 CD160 KLRG1 - Viraler Escape CD8 CD8 H CD127+ Memory Keine Antigenerkennung CD8 HCV+ n: 34 50% CD8 CD8 PD1 + 2B4 + CD160 + KLRG1 + CD127- Effector Bengsch, Thimme J Virol 2007 T-Zell Dysfunktion CD8 CD8 H Antigenerkennung Bengsch, Seigel, Thimme Plos Pathogens 2010, in press Mechanismen des CD8+ T- Zell Versagens T Zell Dysfunktion Expression inhibitorischer Moleküle CD8 CD8 H IFN TNFα CD4+ fehlende CD4- Hilfe Mueller, Thimme, Semmo J Hepatol 2010 CD4+ / CD8 CD25+ regulatorische CD4+ Zellen Boettler, Thimme J Virol 2005 CD8+ / FoxP3 regulatorische CD8+ Zellen Billerbeck, Thimme J Immunol 2007 J Gen Virol 2009 IL-17+ CD8+ T cells % CD8+ IL17+ T-Zellen und HCV CD8 IL-17 Blut Leber IL-17 IL 17 Fibrose Blut CD8 p=0.0006 IL-17+ CD8+ T cells % CD161 Leber Billerbeck, Klenerman, CD8Thimme PNAS 2010 Fragestellungen • Welche Immunzellen sind entscheidend? • Wie funktionieren die Immunzellen (CD8+T-Zellen)? • Warum versagen die Immunzellen (CD8+ T-Zellen)? • Welche Antigene sind relevant? Protektive Rolle von HLA-B27 bei Hepatitis C Viruselimination 80% HCV-spezifisches HCV-Infektion B27+ Patienten 20% HLA-B27 Epitop ARMILMTHF Viruspersistenz Neumann-Haefelin, Thimme Hepatology 2006 Neumann-Haefelin, Thimme Hepatology 2010 HLA-B27 und Hepatitis C TCR A R M I L M T H F HLA 4 T Zell Antwort 3,5 3 IFNγ+/CD8+ % B27+ 2,5 2 1,5 1 0,5 0 B27- 0,2 2 20 Peptidkonzentartion mg / dl HLA-B27 und Hepatitis C TCR A R M I L M T H F HLA B27+ B27- HLA-B27 und HIV HIV B27 epitope B27+ B27- E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R K K K K K K K T T . . . . . . . . . . . . W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L . M M M M M I I . . . . . . . . . . . . . G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HLA-B27+ Long-term non-/slow-progressors Immunodominantes HLA-B27 Epitop Mutationen in HLA-B27 Bindungsanker (Position 2): ->rascher Anstieg der Viruslast ->rascher Abfall der CD4+ Zellzahl ->Beginn der HIV- Erkrankung Kelleher et al., J Exp Med 2001 Goulder et al., Nature 2001 Feeney et al., J Virol 2004 HLA-B27 und Hepatitis C TCR A R M I L M T H F A R M I L M T H F - A - - - - - - - HLA - T - - - - - - - B27 Epitop B27+ EMCV 5´ Luc Neo r 3 B27- Replikation (4h=100%) IRES 450 4B 5A 5B Subgenomic HCV 1b Replicon Replikationseffizienz 400 350 300 250 200 150 100 50 0 4h 24h 48h 72h Dazert, Neumann-Haefelin, Thimme J Clin Invest 2009 3 HLA-B27 und Hepatitis C Viruselimination 80% HCV-spezifisches HCV-Infektion B27+ Patienten 20% HLA-B27 Epitop Viruspersistenz ARMILMTHF viraler Escape Fitness cost Mehrere Mutationen PROTEKTION Dazert, Neumann-Haefelin, Thimme J Clin Invest 2009 Zusammenfassung • Welche Immunzellen sind entscheidend? CD8+ T-Zellen • Wie funktionieren die Immunzellen (CD8+T-Zellen)? Zusammenfassung zytolytisch H H CD8 CD8+ T-Zelle nicht-zytolytisch (IFNγ) Zusammenfassung • Welche Immunzellen sind entscheidend? CD8+ T-Zellen • Wie funktionieren die Immunzellen (CD8+T-Zellen)? Zytolytisch und nicht-zytolytisch (IFNγ) • Warum versagen die Immunzellen (CD8+ T-Zellen)? Zusammenfassung zytolytisch H H nicht-zytolytisch CD8 CD4 CD4-Zellen Inhibitorische Rezeptoren CD8+ T-Zelle CD8+ T-ZellVersagen CD8 CD8 H Treg T-Zell Dysfunktion TH17 CD8 CD8 H Viral Escape Zusammenfassung • Welche Immunzellen sind entscheidend? CD8+ T-Zellen • Wie funktionieren die Immunzellen (CD8+T-Zellen)? Zytolytisch und nicht-zytolytisch (IFNγ) • Warum versagen die Immunzellen (CD8+ T-Zellen)? - Dysfunktion (inhibitorische Rezeptoren, regulatorische T-Zellen) - Viraler escape • Welche Antigene sind relevant? - protektive Epitope (fitness cost) Ausblick AKUTE HEPATITIS CHRONISCHE HEPATITIS ZIRRHOSE Prophylaktische Induktion funktioneller Immunantworten HCV Vakzine Epitope mit hoher fitness cost HCC Prophylactic vaccine Nat Med 2006; 12:190-197 Ausblick AKUTE HEPATITIS Prophylaktische HCV Vakzine CHRONISCHE HEPATITIS ZIRRHOSE Immuntherapie Aufhebung der Dysfunktion HCC Therapeutic vaccine Gastroenterology 2008 Zusammenfassung zytolytisch H H nicht-zytolytisch CD8 CD4 CD4-Zellen Inhibitorische Rezeptoren CD8+ T-Zelle CD8+ T-ZellVersagen CD8 CD8 H Treg T-Zell Dysfunktion TH17 CD8 CD8 H Viral Escape THANKS! U. Aichele B. Bengsch E. Billerbeck S. Graf D. Grimm J. Jo N. Kersting B. Seigel C. Neumann-Haefelin M. Neagu M. Kuntz J. Schmidt H. C. Spangenberg N. Wischniowski H. E. Blum Department of Medicine II University of Freiburg V. Lohmann E. Dazert R. Bartenschlager Department of Molecular Virology University of Heidelberg A. Sewell B. Borrows P. Klenerman Nuffield Dep. of Medicine, Oxford T. Allen Partners AIDS Research Center Harvard Medical School Boston Heisenberg Professur DFG Forschergruppe SFB 620 Research Group Spemann-Graduate School BMBF Wilhelm-Sander Stiftung HepNet NIH Reagent Programm Juniorprofessorenprogramm Baden-Württemberg
