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We used a novel approach of cytostatically induced leucocyte depletion and subsequent reconstitution with leucocytes deprived of classical \((inflammatory/Gr1^{hi})\) or non-classical \((resident/Gr1^{lo})\) monocytes to dissect their differential role in atheroprogression under high-fat diet (HFD). Apolipoprotein E-deficient \((Apoe^{-/-})\) mice lacking classical but not non-classical monocytes displayed reduced lesion size and macrophage and apoptotic cell content. Conversely, HFD induced a selective expansion of classical monocytes in blood and bone marrow. Increased CXCL1 levels accompanied by higher expression of its receptor CXCR2 on classical monocytes and inhibition of monocytosis by CXCL1-neutralization indicated a preferential role for the CXCL1/CXCR2 axis in mobilizing classical monocytes during hypercholesterolemia. Studies correlating circulating and lesional classical monocytes in gene-deficient \(Apoe^{-/-}\) mice, adoptive transfer of gene-deficient cells and pharmacological modulation during intravital microscopy of the carotid artery revealed a crucial function of CCR1 and CCR5 but not CCR2 or \(CX_3CR1\) in classical monocyte recruitment to atherosclerotic vessels. Collectively, these data establish the impact of classical monocytes on atheroprogression, identify a sequential role of CXCL1 in their mobilization and CCR1/CCR5 in their recruitment.
Die Koronare Herzkrankheit (KHK) zählt zu den häufigsten Todesursachen in Deutschland und weltweit. Die Atherosklerose der Herzkranzgefäße gilt als pathophysiologisches Korrelat der KHK. Die manifeste KHK geht mit Myokardhypoxie einher, persistierende Myokardhypoxie resultiert im Myokardinfarkt. Atherosklerose ist ein multifaktorieller, sich selbst verstärkender Inflammationsprozess, an dem multiple Zellen und Moleküle beteiligt sind. Hierzu zählen zum Beispiel das monozytär-phagozytäre System (MPS) und Chemokine sowie Chemokinrezeptoren. Auch im Regenerationsprozess nach Myokardinfarkt spielt die MPS-Chemokinrezeptor-Interaktion eine bedeutsame Rolle. Die perkutane Koronarintervention mit Stentimplantation (PCI) hat sich als geeignete Behandlungsmöglichkeit der manifesten KHK etabliert. Häufigste Komplikationsfolge der Implantation von Bare-Metal-Stents stellt die In-Stent-Restenose aufgrund einer überschießenden Inflammationsreaktion dar. Konsekutiv entwickelte Drug-Eluting-Stents sondern Immunmodulatoren zu Eindämmung der Inflammationsreaktion ab. Dadurch kommt es auch zu Eindämmung der gewollten Reendothelialisierung des Stents mit Zunahme gefürchteter Stent-Thrombosen. Ideal wäre demnach eine selektivere Hemmung der Inflammationsreaktion, die die gewünschte Reendothelialisierung nicht beeinträchtigt. Hierzu müssen die molekularbiologischen Zusammenhänge am Gefäßbett nach Stenting beleuchtet werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das Expressionsverhalten der Chemokinrezeptoren CXCR4, CX3CR1 und CCR2 auf Monozyten vor und nach PCI im humanen Modell untersucht, alle untersuchten Probanden litten an Atherosklerose, circa die Hälfte hatte bereits vormalig einen Myokardinfarkt erlitten. 24 Stunden nach Stenting zeigte sich eine signifikant geringere CXCR4-Expression und Positivität auf Monozyten der Gesamtpopulation. Dies ist vermutlich Korrelat einer Achsenaktivierung mittels CXCR4-typischer Rezeptorinternalisierung und mittels Abwanderung CXCR4-positiver Monozyten ins Gefäßbett und spricht für eine grundlegende Rolle der CXCR4-MPS-Interaktion nach PCI. Patienten, die bereits einen Myokardinfarkt erlitten hatten, konnten eine signifikant niedrigere CXCR4-Expression auf Monozyten aufweisen als die Vergleichsgruppe. Weiterhin zeigten Patienten mit pectanginösen Beschwerden einen signifikant höheren Rezeptorverlust an der Oberfläche der Monozyten nach Stenting. Dies deutet auf eine grundlegende Rolle der CXCR4-MPS-Interaktion bei Myokardhypoxie hin und liefert einen Einblick in das komplexe Geschehen der Infarktheilung und Hypoxiekompensation.
Hypothetisch denkbar wäre eine protektive Rolle der CXCR4-Achse nach Ischämie, mit Hypoxie-vermittelter Präkonditionierung humaner Monozyten nach stattgehabtem Myokardinfarkt und konsekutiv basal gesteigerter CXCR4-Expression, die nach erneutem Hypoxie-Ereignis einen schnelleren Zugriff auf CXCR4-vermittelte, protektive Signalwege erlauben könnte. Patienten, die sich bereits vormals einem Stenting unterzogen hatten, konnten eine signifikant niedrigere CX3CR1-Expression auf Monozyten aufweisen. Dies steht in Kongruenz mit Ergebnissen von Tierstudien, die eine grundlegende Rolle von CX3CR1 im chronischen Monozytenrecruitment nach Gefäßverletzung beschrieben hatten. Für CCR2 ergaben sich keine relevanten Ergebnisse. Die Rolle der Interaktion der Chemokinrezeptoren CXCR4, CX3CR1 und CCR2 mit humanen Monozyten in Neointimagenese, Atherosklerose und Myokardheilung nach Infarkt ist nicht eindeutig beschrieben und wird zum Teil kontrovers diskutiert. Unsere Studie liefert interessante neue Erkenntnisse bezüglich der Beteiligung der untersuchten Rezeptoren und dem MPS bei den beschriebenen pathogenetischen Prozessen. Die erstmalig beschriebene CXCR4-MPS-Interaktion nach Stenting sowie die Hinweise auf eine Beteiligung von CX3CR1 im chronischen Monozytenrecruitment der humanen Neointimagenese liefern einen interessanten Anhaltspunkt für die Entwicklung neuer, selektiver Antagonisten im Kampf gegen die In-Stent-Restenose.
Efficient redirection of NK cells by genetic modification with chemokine receptors CCR4 and CCR2B
(2023)
Natural killer (NK) cells are a subset of lymphocytes that offer great potential for cancer immunotherapy due to their natural anti-tumor activity and the possibility to safely transplant cells from healthy donors to patients in a clinical setting. However, the efficacy of cell-based immunotherapies using both T and NK cells is often limited by a poor infiltration of immune cells into solid tumors. Importantly, regulatory immune cell subsets are frequently recruited to tumor sites. In this study, we overexpressed two chemokine receptors, CCR4 and CCR2B, that are naturally found on T regulatory cells and tumor-resident monocytes, respectively, on NK cells. Using the NK cell line NK-92 as well as primary NK cells from peripheral blood, we show that genetically engineered NK cells can be efficiently redirected using chemokine receptors from different immune cell lineages and migrate towards chemokines such as CCL22 or CCL2, without impairing the natural effector functions. This approach has the potential to enhance the therapeutic effect of immunotherapies in solid tumors by directing genetically engineered donor NK cells to tumor sites. As a future therapeutic option, the natural anti-tumor activity of NK cells at the tumor sites can be increased by co-expression of chemokine receptors with chimeric antigen receptors (CAR) or T cell receptors (TCR) on NK cells can be performed in the future.