Dendriittisolu immuunivasteen kapellimestari. Arno Hänninen ja Jukka Vakkila

Transkriptio

1 Immunologia Dendriittisolu immuunivasteen kapellimestari Arno Hänninen ja Jukka Vakkila Dendriittisoluilla on tärkeä tehtävä immuunijärjestelmässämme, sillä ne ohjaavat varsinkin T-lymfosyyttien ja osittain myös B-lymfosyyttien toimintaa. Dendriittisolut muodostuvat luuytimen kantasoluista, esiintyvät veressä usein esiasteina ja siirtyvät verestä kudoksiin, joissa ne uinuvat epäkypsinä, kunnes sinne tunkeutuu patogeeni. Kudosten dendriittisolut tunnistavat patogeeneille ominaisia rakenteita, muokkaavat niistä antigeeneja ja kypsyttyään vaeltavat imusolmukkeeseen, jossa ne aktivoivat sinne kertyneitä lymfosyyttejä. Dendriittisolut ovat sekä ulkoisesti että toiminnallisesti varsin muuntumiskykyisiä. Niiden merkitystä immuunijärjestelmän toiminnan säätelijöinä yleisemmin ja etenkin immunologisen toleranssin ylläpitäjinä on alettu ymmärtää vasta viime vuosina. Tästä syystä dendriittisoluihin kohdistuu huomattavia odotuksia immuuniterapian välineinä toivottavien immuunivasteiden aikaansaajina ja epätoivottavien immuunivasteiden hillitsijöinä. Nimitys dendriittisolu on vanha eikä juonnu tämän solun roolista immunologiassa. Ensimmäiset ihon epidermiksestä löydetyt dendriittisolut nimittäin kuvasi Langerhans jo vuonna Morfologialtaan samankaltaisia soluja havaittiin vähitellen muissakin elimissä mukaan luettuina imusolmukkeet ja muut lymfaattiset kudokset (Hart 1997). Vaikka dendriittisolujen kyky stimuloida immuunivasteita in vitro kuvattiin jo 1970-luvulla (Steinman ja Cohn 1973, Steinman ja Witmer 1978), ne jäivät vielä pitkäksi aikaa vähälle huomiolle, koska ne koettiin hankalaksi tutkimuskohteeksi tunnistusmenetelmien puutteellisuuden ja puhdistus- ja viljelymenetelmien työläyden vuoksi. Dendriittisolujen tutkimus onkin vauhdittunut vasta runsaan kymmenen viime vuoden aikana, kun näitä soluja on kyetty kasvattamaan in vitro perifeerisen veren valkosoluista ja luuytimen kantasoluista tiettyjen kasvutekijöiden ja sytokiinien avulla (Markowicz ja Engleman 1990, Caux ym. 1992). Nykykäsitys dendriittisolujen erilaistumisesta, kehitysvaiheista ja toiminnoista perustuu paljolti tutkimuksiin in vitro erilaistetuista dendriittisoluista ja niiden alatyypeistä, joille on sen jälkeen löydetty vastineensa myös in vivo (Liu 2001). Vähitellen on ilmennyt, että dendriittisolut ovat varsin heterogeeninen soluryhmä, jonka edustajat ovat sekä ulkoisesti että toiminnallisesti muuntumiskykyisiä (Lanzavecchia ja Sallusto 2001, Mellman ja Steinman 2001). Muuntumiskyky ja viime vuosina kertynyt tieto siitä, miten dendriittisolut tunnistavat pintareseptorien avulla taudinaiheuttajia ja toimivat sillanrakentajina synnynnäisen ja adaptiivisen immuunivasteen välillä (Medzhitov ja Janeway 1998), on tehnyt dendriittisoluista keskeisen kiinnostuksen kohteen pohdittaessa ratkaisua moniin immuunijärjestelmämme toimintaa koskeviin kliinisiin ongelmiin. Näitä ongelmia ovat mm. rokotusvasteiden parantaminen, elinsiirteiden hyljintäreaktiot, autoimmuunitaudit ja syöpätautien immuuniterapia. Duodecim 2003;119:

2 Dendriittisolun monet haasteet Lähetistä kapellimestariksi. Dendriittisoluille on vaikeaa esittää vain yhtä tiettyä roolia. Kirjoituksen otsikkoon otettu vertaus kapellimestariin korostaa niiden keskeistä roolia adaptiivisen immuunivasteen alkutahtien antajana ja tästä vasteesta huolehtivien T- ja B-lymfosyyttien toiminnan ohjeistajana (Liu 2001). Ennen tätä rooliaan dendriittisolut toimivat kuitenkin myös lähetin ja tunnustelijan roolissa, sillä dendriittisolut hankkivat ensimmäisinä hematopoieettisen järjestelmän soluina ihon ja limakalvojen epiteelissä ja niitä syvemmissä kudoksissa kosketuksen elimistöömme tunkeutuviin taudinaiheuttajiin ja kuljettavat tiedon niistä oikeaan osoitteeseen eli imusolmukkeisiin. Kasvattajasta jatkokouluttajaksi. Dendriittisolut voidaan nähdä myös kasvattajana, ja tässä roolissa ne ovat sangen ankaria: kateenkorvassa ne ovat kitkemässä jokaisesta T-lymfosyytin esiasteesta pois kaksi helmasyntiä: toisaalta välinpitämättömyyden ja toisaalta liian kiinnostuksen omaa kehoa kohtaan, mikä lopulta tuottaa elimistöön toiminnallisen ja suhteellisen turvallisen T-lymfosyyttivalikoiman (Starr ym. 2002). Jatkokouluttajan roolissa dendriittisolut toimivat imusolmukkeessa rinnan kapellimestarin roolin kanssa, kun sinne saapunut dendriittisolu suurelta osin ohjaa aktivoimansa T-lymfosyytin valitsemaa uraa auttaja-t-soluksi, tappaja-t-soluksi tai regulatoriseksi T-soluksi (Lanzavecchia ja Sallusto 2001). Dendriittisolujen tärkeimmät erityisominaisuudet ja tehtävät on esitetty taulukossa 1. Dendriittisolujen monimuotoisuus ja kehityslinjat Dendriittisolun monet kasvot. Eri kudoksista on löydetty lukuisia erilaisia dendriittisoluja (kuva 1). Useimmat niistä ilmentävät pinnallaan joko myeloidisten tai lymfaattisten solujen tyyppirakenteita. Imusolmukkeissa ja kateenkorvassa esiintyy ainakin kolmea dendriittisolutyyppiä, ja esimerkiksi nielurisoista on eristetty viisi tyyppiä. Ihossa ja limakalvoillakin on ainakin kahdentyyppisiä dendriittisoluja. Dendriittisoluja ei normaalioloissa esiinny immuunijärjestelmältä suojassa olevissa kudoksissa (immune privileged sites), kuten aivoparenkyymissä, kiveksissä ja tietyissä silmän rakenteissa. Näiden kudosten kaikkia rakenteita kohtaan ei välttämättä ole kehittynyt immunologista toleranssia T- ja B-solujen kypsymisvaiheessa, ja dendriittisolujen puuttuminen on yksi niistä turvamekanismeista, joiden avulla elimistömme pyrkii estämään tahattomat immuunivasteet näitä kudoksia kohtaan (Hart 1997). Dendriittisolujen alkuperä ja esiasteet. Dendriittisolut kehittyvät luuytimen myeloidisista ja lymfaattisista kantasoluista (Hart 1997, Liu 2001). Ei ole täysin selvää, mistä kantasolusta ja miten eri kudosten monet dendriittisolutyypit kehittyvät, ja edes jaottelu myeloidisiin ja lymfaattisiin dendriittisoluihin ei kaikin osin ole yksiselitteinen. Tyypillistä dendriittisolun kehityksessä on luuytimessä muodostuneen ja sieltä verenkiertoon vapautuneen esiasteen muuntuminen myöhemmin kudoksessa tai imusolmukkeessa ns. epäkypsäksi dendriittisoluksi (taulukko 2), joka on normaalitilassa dendriittisolun tavallisin olomuoto. Dendriittisolun kypsymisestä (aktivaatiosta) huolehtivat lähinnä patogeenit ja tulehduksen välittäjäaineet. Verenkierrosta eristetyt monosyytit saadaan erilaistumaan eri kasvutekijöiden avulla myeloidisiksi dendriittisoluiksi ja plasmasytoidit valkosolut puolestaan lymfaattisiksi dendriittisoluiksi (Caux ym. 1997, Rissoan ym. 1999). Veren monosyyttejä ja plasmasytoidisoluja voidaankin pitää muiden toimintojensa ohella dendriittisolujen esiasteina. Kudoksissa olevista eri dendriittisolutyypeistä ainakin osa muodostunee näiden esiasteiden kautta. Toiminnallinen monimuotoisuus. Eri dendriittisolutyypeillä on myös toiminnallisia eroja, jotka ovat immuunijärjestelmämme kannalta merkityksellisiä. Imusolmukkeissa T-lymfosyyttialueella sijaitsevat ns. interdigitoivat dendriittisolut (Sallusto ja Lanzavecchia 1999) ovat erilaistuneet T-soluaktivaatioon, kun taas B-solufollikkeleissa sijaitsevat follikulaariset dendriittisolut (Liu ym. 1996) ovat välttämättömiä suuriaffiinisten vasta-aineiden muodostukselle. Ihon dendriittisolutyypit eroavat toisistaan mm. solu- 764 A. Hänninen ja J. Vakkila

3 Taulukko 1. Dendriittisolujen tärkeimmät ominaisuudet ja toiminnot. Kudokseen tunkeutuneen patogeenin tuominen adaptiivisen immuunijärjestelmän ulottuville Tärkeä rooli uuden immuunivasteen käynnistymisessä ja sillanrakentajana synnynnäisen ja adaptiivisen immuunijärjestelmän välillä Tärkeä rooli immunologisen toleranssin muodostumi- sessa ja ylläpidossa Ominaisuus Kyky endosytoida patogeeneja ja hajottaa niitä lysosomeissa Kyky siirtyä kudoksesta imusolmukkeeseen patogeenin endosytoinnin jälkeen Kyky stimuloida naiiveja T-soluja imusolmukkeissa Kyky lamata T-soluaktivaatiota imusolmukkeissa ja kyky»valikoida» kateenkorvassa kypsyvistä T-soluista soveltuvimmat Toiminto Osa synnynnäistä immuunipuolustusta Taulukko 2. Dendriittisoluja (DC) ja niiden esiasteita. Luuytimen DC:n esiaste Esiasteen Esiasteesta kantasolu veressä toiminto muodostuva DC CMP Langerhansin solun esiaste Langerhansin solu 1 CMP interstitiaalisen DC:n esiaste interstitiaalinen DC 2 CMP monosyytti bakteerien ja sienien fagosytoosi myeloidinen DC 3 CLP plasmasytoidinen solu interferonin (IFN-α/β) tuotto lymfoidinen DC 4 vasteena virusinfektioon CMP = myeloidinen prekursorisolu (common myeloid progenitor), CLP = lymfaattinen prekursorisolu (common lymphoid progenitor) 1 Epidermiksen dendriittisolu 2 Kudoksissa tavallinen dendriittisolu 3 Esiintyy imukudoksissa T-solualueiden ulkopuolella ilman immunisaatiota 4 Esiintyy imukudoksissa varsinkin T-solualueilla (ns. interdigitoivat DC:t) pintansa patogeenireseptorien spesifisyyden osalta (Liu 2001). Täten eri patogeenit voivat aktivoida eri dendriittisoluja. Myeloidiset ja lymfaattiset dendriittisolut eroavat toisistaan jossain määrin myös stimuloimansa T-soluvasteen osalta. Myeloidiset dendriittisolut ohjaavat Th1-auttajasolujen kautta immuunivastetta varsinkin sytotoksisten T-solujen suuntaan ja lymfaattiset Th2-auttajasolujen kautta varsinkin vasta-ainevälitteisen immuniteetin suuntaan (Rissoan ym. 1999), joskin tähän vaikuttavat oleellisesti liukoiset välittäjäaineet. Tietty toiminnallinen ero on myös dendriittisolun kahden olomuodon epäkypsän ja kypsän välillä: antigeeninesittely kypsästä dendriittisolusta aikaansaa todennäköisemmin kunnollisen immuunivasteen kuin esittely epäkypsästä dendriittisolusta, mikä puolestaan johtaa helpommin immunologiseen toleranssiin kyseistä antigeenia kohtaan (Roncarolo ym. 2001). Kuva 1. Faasikontrastimikroskooppikuva dendriittisolusta (DC). Kuvassa dendriittisolu muodostaa kontaktin T-lymfosyyttien (T) kanssa. Dendriittisolulle tyypilliset ulokkeet mahdollistavat interaktion useiden T-lymfosyyttien kanssa samanaikaisesti. Antigeenilla käsitellyt hiiren dendriittisolut ja transgeeniset T-lymfosyytit ovat yhteisviljelmässä. (Kuva: Maksimow ja Hänninen, alkuperäinen suurennos x 400). Dendriittisolu immuunivasteen kapellimestari 765

4 Dendriittisolut siltana synnynnäisen ja adaptiivisen immuunijärjestelmän välillä Dendriittisolujen pintareseptorit tunnistavat patogeeneja. Synnynnäisellä immuunijärjestelmällä tarkoitetaan yleensä fagosytoivia soluja (monosyytit, makrofagit, granulosyytit), luonnollisia tappajasoluja (NK-solut) ja komplementtijärjestelmää (Meri, tässä numerossa). Kuitenkin myös dendriittisolut ovat osa synnynnäistä immuunijärjestelmää. Epäkypsille dendriittisoluille on ominaista vilkas endosytoosi, ja ne kykenevät fagosytoimaan patogeeneja mm. mannoosireseptoriensa avulla (Liu 2001). Tietämys dendriittisolujen biologiasta lisääntyi oleellisesti, kun todettiin, että näiden solujen pinnalla on TL-reseptoreja (toll-like receptors, TLR 1 10), joita oli löydetty patogeenireseptoreina banaanikärpäsen varsin kehittymättömästä immuunijärjestelmästä (Meri, tässä numerossa). Näiden reseptorien avulla dendriittisolut kykenevät endosytoimaan muiden fagosytoivien solujen tapaan mikrobeja ja tappamaan niitä lysosomeissaan (kuva 2). Patogeenin aktivoima dendriittisolu kykenee aktivoimaan T-lymfosyytin. Fagosytoituaan jonkin patogeenin epäkypsä dendriittisolu aktivoituu ja alkaa tuottaa välittäjäaineita (sytokiineja, joihin kuuluvat mm. IL-1, IL-6, IL-12, IFN-α/β, IFN-γ), jotka puolestaan aktivoivat muita lähialueen soluja, mm. makrofageja ja verisuonten endoteelisoluja. Tällä on suuri merkitys tulehdusreaktion käynnistymisessä (Lanzavecchia ja Sallusto 2001, Mellman ja Steinman 2001). Dendriittisolu pilkkoo patogeenista antigeeneja, joiden esittelyn jälkeen dendriittisolu on valmis kohtaamaan T-lymfosyytin ja aktivoimaan sen. Silta synnynnäisen ja adaptiivisen immuunijärjestelmän välille on syntymässä (kuva 2). Dendriittisolut viestinviejinä: migraatio kudoksista imusolmukkeisiin Voidakseen aktivoida T-lymfosyytin dendriittisolun on ylitettävä vielä yksi merkittävä este. Uuden immuunivasteen luomiseen tarvittavat naiivit eli vielä antigeenia kohtaamattomat T- lymfosyytit eivät nimittäin juuri liikuskele tavallisissa kudoksissa vaan oleskelevat ainoastaan imusolmukkeissa, jotka toimivat niiden levähdyspaikkana niiden matkatessa verenkierron ja lymfakierron välillä (Salmi ja Jalkanen 1997). Päästäkseen naiivien T-solujen luo dendriittisolut ovat kehittäneet kyvyn aistia ympäröivän soluvälinesteen kemotaktisia signaaleja ja liikkua kasvavaa pitoisuusgradienttia kohti. Muun muassa CCL19- ja CCL21-kemokiinien vaikutuksesta denriittisolut osaavat kemokiinireseptorien välityksellä muuttaa solutukirankaansa siten, että koko solu liikkuu kohti imusolmukkeita (Sallusto ja Lanzavecchia 2000). Dendriittisolut imusolmukkeissa: tahtipuikko heilahtaa Dendriittisolu on tärkein antigeenia esittelevä solu. Aktivoituneen dendriittisolun elämä kulminoituu kontaktin luomiseen antigeenispesifisyydeltään sopivan T-lymfosyytin kanssa (kuva 1) ja sen aktivaation varmistamiseen. Tätä tehtävää kutsutaan antigeenin esittelyksi. Yhteisymmärrys vasteen muodostamisesta syntyy, jos jokin paikalle osuva T-lymfosyytti kokee dendriittisolun esittelemän antigeenin omakseen. Näin tapahtuu lymfosyytin T-solureseptorin tunnistaessa juuri esiteltävän antigeeniin riittävällä affiniteetilla (kuva 2). Kontakti muodostuu, tahtipuikko heilahtaa, ja T-lymfosyytti herää toimintaan. Se alkaa jakaantua toistuvasti ja monistaa siten itsestään yhtenäisen T-solukloonin, joka vähitellen kypsyy vasta-aine- tai soluvälitteisen immuniteetin auttaja- tai toteuttajasoluiksi paljolti dendriittisolun ohjeistamana (Lanzavecchia ja Sallusto 2001, Liu 2001). Dendriittisolu voi myös lamata antigeenin tunnistaneen T-lymfosyytin. Antigeenin esittely voi kuitenkin päättyä myös toisin: dendriittisolun»aktivoima» T-lymfosyytti saattaa ohjelmoitua kuolemaan tai lamaantua toiminnallisesti (anergia). Antigeenin esittely voi myös käynnistää T-lymfosyytin erilaistumisen immuunivastetta aktiivisesti hillitseväksi regulatoriseksi soluksi (Roncarolo ym. 2001). Kaikkia niitä tekijöitä, jotka määräävät antigeenin esittelyn aikaansaaman T-soluvasteen luonteen, ei täysin tunneta. Yksinkertaistaen voidaan todeta, että 766 A. Hänninen ja J. Vakkila

5 Imusuoni Verisuoni Aktivoitunut dendriittisolu Migraatio imusolmukkeeseen tien kuten hepatiitin ja HIV-infektion ja toisaalta syöpätautien ja hyljintäreaktioiden hallinnassa, sekä osin myös autoimmuunitautien hoidossa. Myönteisiä tuloksia kliinisistä kokeista on kuitenkin niukasti, ja matka käytännön hoitoon on pitkä. Antigeenin esittely dendriittisolujen kautta voi parantaa rokotteiden tehoa. Tavanomaiset rokotteet tarjoavat tehokkaan suojan useita taudinaiheuttajia vastaan. Suoja perustuu siihen, että ne stimuloivat hyvin B-lymfosyyttejä ja indusoivat siten tehokkaasti vasta-ainetuotantoa. Kroonisen infektion aikana kuten virushepatiiteissa tai HIV-infektiossa suojaavan immuunivasteen muodostuminen edellyttäisi todennäköisesti myös sytotoksisten T-solujen aktivaatiota. Tätä saatettaisiin edistää keinoin, jotka tehostavat rokotteen antigeenien esittelyä dendriittisoluista (Banchereau ym. 2001). Liittämällä rokotteeseen»adjuvantiksi» esimerkiksi dendriittisolujen kasvutekijää (GM-CSF) tai stimuloivaa sytokiinia (esim. IL-12) voidaan lisätä sytotoksista T-soluvastetta rokotteeseen. Elävän (heikennetyn) viruksen käyttö rokotteena on toinen strategia, jolla rokoteantigeenit voidaan toisi- Patogeenireseptori IL-12 IFN-γ Epäkypsä dendriittisolu Patogeeni NFκB CCR7 Kudos (epiteeli, sidekudos) + = Aktivaatio Patogeenin pilkkoutuminen Sytokiinituotannon aktivoituminen Patogeenista pilkkoutuneiden antigeenien esittely Uuden kemokiinireseptorin (CCR7) ilmentäminen Imusolmuke Antigeenin esittely ja T-solun aktivaatio Kuva 2. Kudokseen tunkeutuneen patogeenin aikaansaama tapahtumaketju: dendriittisolujen rooli synnynnäisen ja adaptiivisen immuunivasteen (T-lymfosyyttien aktivaation) yhdistäjänä. NFκB = tumafaktori κb, IL-12 = interleukiini 12, IFN-γ = gammainterferoni. ilman patogeenin käsittelyä tai ympäröivää tulehdusprosessia dendriittisolu ei yleensä ole valmistautunut antamaan T-lymfosyyteille täyttä stimulaatiota, mikä johtaa todennäköisemmin anergiaan tai regulatorisiin vasteisiin kuin vahvaan immuniteettiin. Dendriittisolujen antigeeninesittely on siten keskeinen tapahtuma sekä patogeeneilta suojaavan immuniteetin että immunologisen toleranssin kannalta (Lanzavecchia ja Sallusto 2001, Liu 2001). Yksittäisen dendriittisolun elinaika imusolmukkeessa on rajallinen, ja antigeenin esittelyn on onnistuttava parin päivän kuluessa. Tämä rajoittaa immuunivasteen jatkumista sen jälkeen, kun patogeeni on eliminoitunut kudoksesta. Dendriittisolut immuuniterapian välineinä Ei ole ihme, että dendriittisoluihin kohdistuvien tai niihin välillisesti liittyvien manipulaatioiden (kuva 3) mahdolliset terapeuttiset sovellukset ovat suuren mielenkiinnon kohteena. Perustutkimuksen tasolla onkin saatu lupaavia tuloksia tällaisten manipulaatioiden tehosta infektiotau- Dendriittisolu immuunivasteen kapellimestari 767

6 naan kohdentaa sytotoksisia T-soluja stimuloiviksi. Kolmas strategia on käyttää rokotteena puhdistettua DNA:ta, joka proteiinisynteesin kautta aikaansaa ohimenevän antigeenin esittelyn dendriittisolussa. Eläinkokeissa tällaisten DNA-rokotteiden on todettu aikaansaavan laaja-alaisen immuunivasteen (Tighe ym. 1998), vaikka näyttö kliinisestä tehosta on vielä niukka. Dendriittisolut ja syöpä. Dendriittisolujen onnistunut viljely laboratorio-olosuhteissa on luonut mahdollisuuden käyttää niitä apuna rokotteiden kehittelyssä. Terveillä koehenkilöillä onkin saatu aikaan tehokkaat rokotevasteet käsittelemällä heistä eristettyjä dendriittisoluja eri antigeeneilla ja ruiskuttamalla ne takaisin elimistöön (Dhodapkar ym ja 2000). Erityisen mielenkiinnon kohteena tässä suhteessa ovat olleet syövän immunologinen hoito ja syöpärokotteet (Vakkila ja Pihkala 1999). Immuunivasteen herättäminen syöpäkudosta vastaan edellyttää tuumorispesifisten antigeenien olemassaoloa. Tuumoriantigeeneja tunnetaankin jo runsaasti eri syövissä, ja niiden tiedetään syntyvän mutaatioiden, sikiökautisten proteiinien aberrantin ilmenemisen tai tiettyihin syöpiin (hepatooma, lymfooma, kohdunkaulan syöpä) liittyvien virusinfektioiden seurauksena. Viljelytekniikoiden kehittymisen jälkeen aloitettiin syöpärokotekokeilut eläimillä käyttäen dendriittisoluja syöpäantigeenien esittelyssä. Menetelmän peruskaava on yksinkertainen. Dendriittisoluja viljellään yhdessä tuumoriantigeenin kanssa ja ruiskutetaan takaisin syöpää sairastavaan koe-eläimeen. Tuumoriantigeenina voidaan käyttää puhdistettua tai synteettistä peptidiä tai hajotettuja tuumorisoluja. Menetelmästä on kehitetty lukuisia muunnoksia. Tuumoreista ja dendriittisoluista on tehty fuusiosoluja, joita on käytetty rokotemateriaalina (Gong ym. 1997). Ruiskutettaviin dendriittisoluihin on siirretty tuumoriantigeenia koodaava geeni (Tuting ym. 1998), tai eristettyihin syöpäsoluihin on siirretty T-solujen kostimulatorisia molekyylejä koodaavia geenejä. Dendriittisolujen IL-12- tuotantoa on lisätty moninkertaiseksi geeninsiirtojen avulla ja tuotetta on ruiskutettu tämän jälkeen suoraan tuumoriin (Nishioka ym. 1999). Eläinkokeiden tulokset ovat olleet lupaavia. Kasvamassa olevia»aggressiivisia», periaatteessa nonimmunogeenisiakin tuumoreita vastaan on kehittynyt spesifinen soluvälitteinen immuunivaste, joka on aiheuttanut tuumorin torjumisen ja surkastumisen. Jo ennen kuin dendriittisoluja osattiin viljellä, syöpäpotilaiden ennuste havaittiin sitä paremmaksi, mitä enemmän dendriittisoluja oli infiltroitunut tuumoriin (Zeid ja Muller 1993, Coppola ym. 1998, Tsuge ym. 2000). Ensimmäinen raportti ihmisillä tehdystä hoitokokeilusta julkaistiin v (Hsu ym.). Tässä Stanfordissa tehdyssä tutkimuksessa rokotettiin neljä B-solulymfoomaa sairastavaa aikuispotilasta dendriittisolurokotteella käyttäen antigeenina syöpäsoluista eristettyä B-solun antigeenireseptoria. Minkäänlaisia haittavaikutuksia ei todettu, ja kolmen potilaan jäännöskasvain hävisi kokonaan. Dendriittisoluihin pohjautuvilla erityyppisillä syöpärokotteilla on hoidettu jo yli potilasta. Tulokset näistä kliinisistä kokeista eivät kuitenkaan ole yhtä lupaavia kuin eläinkokeiden tulokset. Julkaistujen raporttien mukaan vain 17 potilasta on saatu täydelliseen remissioon, hieman useammalla on havaittu osittaisia vasteita, mutta valtaosalla ei ole todettu minkäänlaista kliinistä vastetta. Miksi dendriittisoluihin pohjautuvat syöpärokotteet ovat auttaneet niin harvoja syöpäpotilaita? Syitä lienee useita. Ensinnäkin syövän eläinmallit ovat välttämättömyydestään huolimatta useimmiten hyvin keinotekoisia. Tuumorit ovat peräisin laboratoriossa kasvatetuista istutetuista solulinjoista, joille ei ole eläimissä ehtinyt muodostua minkäänlaista toleranssia. Toiseksi potilasaineisto on uusissa kokeellisissa hoidoissa yleensä varsin valikoitunutta. Potilaiden tauti on ollut»aggressiivinen», pitkälle edennyt ja tavanomaiseen hoitoon vastaamaton. Syöpäpotilaiden immuunijärjestelmä ei ole ehtinyt toipua aikaisemmista lääke- ja sädehoidoista. Lisäksi syöpäkudos itsessään pystyy jarruttamaan aktiivisesti immuunijärjestelmän solujen toimintaa erittämällä estäviä sytokiineja kuten IL-10:tä ja endoteelikasvutekijää (VEGF) (Gabrilovich ym. 1996, Qin ym. 1997, Melichar ym. 1998). Syöpäkudos myös huonontaa merkitsevästi T- solureseptorin toimintaa mekanismilla, joka on 768 A. Hänninen ja J. Vakkila

7 Antigeeni Antigeenin anto rokotteessa elävänä Rokottaminen antigeenia koodaavalla DNA:lla hyljintäreaktio, jonka hallinta edellyttää vahvaa immunosuppressiivista lääkitystä ja saattaa siitä huolimatta epäonnistua. Hyljintä käynnistyy, kun siirteen mukana tulevat tai vastaanottajan omat dendriiittisolut esittelevät siirteen vieraita kudosantigeeneja vastaanottajan T-soluille. Yksi hyljinnänehkäisystrategia on kouluttaa vastaanottajan T-solut sietämään elinsiirrettä istuttamalla hänen immuunijärjestelmäänsä luovuttajan dendriittisoluja esimerkiksi samanaikaisella luuytimensiirrolla tai ruiskuttamalla niitä suoraan kateenkorvaan. Luuytimen rekonstituutio siirtämällä sekä omia että luovuttajan luuydinsoluja myeloablaation ja kypsien T-solujen tuhoamisen jälkeen luo teoriassa uuden immuunijärjestelmän, joka ei tee eroa luovuttajan ja omien kudosten välillä (sentraalinen kimerismi). Ruiskuttamalla luovuttajan dendriittisoluja suo- DNArokote Rokottaminen DNA:lla, joka koodaa antigeenia sekä dendriittisolua hillitsevää tai T-solun kuolemaa signaloivaa tekijää In vitro manipuloitu immunogeeninen DC Uudet adjuvantit (IL-12, GM-CSF) Aktivaatiota hillitsevien kasvutekijöiden (TGF-β, IL-10) anto yhdessä antigeenin kanssa Antigeenin esittely ja T-lymfosyytin aktivaatio Antigeenin esittely ja T-solukloonin depleetio tai anergia Antigeenin konjugointi endosytoosireseptorin ligandiin In vitro manipuloitu tolerogeeninen DC Kuva 3. Immuunivasteen manipulaatio vaikuttamalla dendriittisolujen antigeeninesittelyyn ja aktivaatioon: keinot tehostaa (vihreä taustaväri) ja hillitä (sininen taustaväri) T-lymfosyyttien aktivaatiota. vielä epäselvä (Dworacki ym. 2001, Hoffmann ym. 2002). Syöpäkudokset pystyvät myös tappamaan T-soluja ja dendriittisoluja aiheuttamalla niissä apoptoosia (Hahne ym. 1996). Syövän immunologinen hoito dendriittisolupohjaisten syöpärokotteiden avulla vaatii vielä runsaasti lisätutkimuksia, ennen kuin sen teho on osoitetuttu. Syöpärokotehoidon optimaalinen ajoitus muiden hoitomuotojen sekä taudin aktiivisuuden ja levinneisyyden suhteen on ensiarvoisen tärkeää. On todennäköistä, että optimaalisen immuunivasteen herättäminen edellyttää muiden terapeuttisten solujen kuten T-solujen tai luonnollisten tappajasolujen yhdistämistä dendriittisolujen kanssa. Dendriittisolujen käyttömahdollisuudet elinsiirteiden hyljintäreaktioiden ehkäisyssä. Elinsiirtojen suurimpia ongelmia on siirteen hidas Dendriittisolu immuunivasteen kapellimestari 769

8 raan kateenkorvaan on eläinkokeissa saatu aikaan pitkäkestoinen kimerismi ja saavutettu vähitellen sama päämäärä, mutta ihmisen osalta tämän strategian toimivuudesta on niukasti näyttöä. Luovuttajan luuydinsolujen tai kantasolujen siirtäminen ilman oman immuunijärjestelmän tuhoamista saattaa aikaansaada kimerismin, joka rajoittuu perifeerisiin imukudoksiin mutta hillitsee silti hyljintäreaktiota. Adler ja Turka (2002) ovat julkaisseet tapausselostuksen myeloomaa ja uremiaa sairastaneesta naispotilaasta, joka sai luuydinsiirron ja munuaisensiirron samalta luovuttajalta. Pitkäaikainen paraneminen molemmista taudeista on herättänyt toiveita tämänkaltaisen strategian kliinisistä käyttömahdollisuuksista, ja parhaillaan testataan mm. luuytimen samanaikaisen siirron mahdollisia etuja haimasaareketransplantaation yhteydessä vaikean diabeteksen hoidossa. Onko dendriittisoluista autoimmuunitautien ehkäisyyn? Dendriittisolut pystyvät indusoimaan voimakkaita immuunivasteita ja myös säätelemään niitä, mistä syystä ne ovat tärkeitä immunologisen toleranssin ylläpidossa. Omaan kehoon kohdistuvien haitallisten immuunivasteiden hillitseminen voisi periaatteessa olla mahdollista kohdeantigeenin esittelyllä dendriittisoluista, joiden olomuoto on toleranssia suosiva. Eläinkokeissa tähän päästään esimerkiksi liittämällä kohdeantigeeni sellaisen endosytoosireseptorin ligandiin, jota vain epäkypsät dendriittisolut ilmentävät (Mellman ja Steinman 2001). Kypsymistä ja siten stimulaatiokykyä estäviä välittäjäaineita (esim. IL-10, TGF-β) voidaan myös hyödyntää pyrittäessä kohdeantigeeniin kohdistuvan immuunivasteen hillitsemiseen (Hackstein ym. 2001). Samoin lymfosyyttien solukuolemaa aiheuttavien reseptorien kuten Fasreseptorin ligaatiota voidaan hyödyntää immuunivasteen hillitsemisessä (Matsue ym. 1999). Omissa tutkimuksissamme Fas-reseptorin ligaatio kuitenkin myös stimuloi T-lymfosyyttejä (Maksimow ym. 2003), mikä voi vähentää sen käyttökelpoisuutta toleranssin aikaansaamisessa. Solukuolemareseptorien ligandien ja regulatoristen sytokiinien (IL-10, TGF-β) hyödyntäminen geneettiseen manipulaatioon on kuitenkin vilkkaan tutkimuksen kohteena dendriittisolujen muovaamisessa toleranssia suosiviksi (Lobell ym. 1999) ja siten haitallisia immuunireaktioita hillitseviksi. Lopuksi Dendriittisolujen toiminnan ja sen säätelyn ymmärtäminen on avaamassa aivan uudenlaisia manipulaatiomahdollisuuksia adaptiivisen immuunivasteen tehostamiseksi ja hillitsemiseksi (kuva 3), kun mielekäs kohdeantigeeni immuunivasteen muokkaukseen on selvillä. Dendriittisolujen manipulaatiomahdollisuuksien selvittäminen luo uusia mahdollisuuksia bioteknisille innovaatioille lääkekehityksessä ja myös jatkuvia haasteita perustutkimukselle. Kirjallisuutta Adler SH, Turka LA. Immunotherapy as a means to induce transplantation tolerance. Curr Opin Immunol 2002;14: Banchereau J, Schuler-Thurner B, Palucka AK, Schuler G. Dendritic cells as vectors for therapy. Cell 2001;106: Caux C, Dezutter-Dambuyant C, Schmitt D, Banchereau J. GM-CSF and TNF-alpha cooperate in the generation of dendritic Langerhans cells. Nature 1992;360: Caux C, Massacrier C, Vanbervliet B, ym. CD34+ hematopoietic progenitors from human cord blood differentiate along two independent dendritic cell pathways in response to GM-CSF+TNF alpha. Adv Exp Med Biol 1997;417:21 5. Coppola D, Fu L, Nicosia SV, Kounelis S, Jones M. Prognostic significance of p53, bcl-2, vimentin, and S100 protein-positive Langerhans cells in endometrial carcinoma. Hum Pathol 1998;29: Dhodapkar MV, Krasovsky J, Steinman RM, Bhardwaj N. Mature dendritic cells boost functionally superior CD8(+) T-cell in humans without foreign helper epitopes. J Clin Invest 2000;105:R9 R14. Dhodapkar MV, Steinman RM, Sapp M, ym. Rapid generation of broad T-cell immunity in humans after a single injection of mature dendritic cells. J Clin Invest 1999;104: Dworacki G, Meidenbauer N, Kuss I, Hoffmann TK, Gooding W, Lotze M, Whiteside TL. Decreased zeta chain expression and apoptosis in CD3+ peripheral blood T lymphocytes of patients with melanoma. Clin Cancer Res 2001;7:947S 57S. Gabrilovich DI, Chen HL, Girgis KR, ym. Production of vascular endothelial growth factor by human tumors inhibits the functional maturation of dendritic cells [published erratum appears in Nat Med 1996 Nov;2(11):1267]. Nat Med 1996;2: Gong J, Chen D, Kashiwaba M, Kufe D. Induction of antitumor activity by immunization with fusions of dendritic and carcinoma cells. Nat Med 1997;3: Hackstein H, Morelli AE, Thomson AW. Designer dendritic cells for tolerance induction: guided not misguided missiles. Trends Immunol 2001;22: A. Hänninen ja J. Vakkila

9 Ydinkohdat Dendriittisolut Hankinnainen (adaptiivinen) immuunivaste: lymfosyyttien (T- ja B-solut) tiettyä patogeenia vastaan muodostama spesifinen immuunivaste. Hankinnainen soluvälitteinen immuunivaste: patogeenille spesifisten auttaja- T-solujen ja niiden aktivoiminen makrofagien ja patogeenispesifisten tappaja-t-solujen välittämä immuunivaste. Humoraalinen (vasta-ainevälitteinen) immuunivaste: B-solujen erittämien vasta-aineiden patogeenispesifisyyteen perustuva hankinnainen immuunivaste. Synnynnäinen immunivaste: fagosytoivien solujen, luonnollisten tappajasolujen (NK-solujen) ja dendriittisolujen sekä komplementin muodostama kokonaisuus, joka eliminoi suurimman osan patogeenien hyökkäyksistä elimistöön. Dendriittisolut: tärkeimmät valkosolut, jotka esittelevät patogeeneista pilkkoutuneita antigeeneja T-soluille ja mahdollistavat hankinnaisen immunivasteen käynnistymisen. Immunologinen toleranssi: kypsymässä olevien T- ja B-solujen valikointiin ja kypsien T- ja B-solujen toiminnan säätelyyn perustuva järjestelmä, joka ehkäisee autoimmuunireaktioita ja jossa dendriittisoluilla on oma roolinsa. Kliininen merkitys Dendriittisolut Dendriitisoluja ja niiden manipulointia voitaneen tulevaisuudessa hyödyntää mm. taistelussa kroonisia virustauteja ja syöpäsoluja sekä toisaalta autoimmuunitauteja ja hyljintäreaktioita vastaan. Rokottaminen omilla, in vitro käsitellyillä dendriittisoluilla aikaansaa terveillä koehenkilöillä voimakkaamman immuunivasteen kuin tavallinen rokote. Kliinisiä sovelluksia on vasta niukasti: dendriittisoluilla rokottaminen ei saa aikaan tehokasta immuunivastetta ainakaan syöpäpotilailla. Tulossa on dendriittisoluja nykyistä paremmin hyödyntäviä rokotteita mm. elävien ja heikennettyjen patogeenien käyttöön tai uusiin adjuvantteihin perustuvia ja DNA-rokotteita.Niiden kehittely edellyttää kuitenkin vielä perusteellisia prekliinisiä tutkimuksia. Hahne M, Rimoldi D, Schroter M ym. Melanoma cell expression of Fas(Apo-1/CD95) ligand: implications for tumor immune escape. Science 1996;274: Hart DN. Dendritic cells: unique leukocyte populations which control the primary immune response. Blood 1997;90: Hoffmann TK, Dworacki G, Tsukihiro T, ym. Spontaneous apoptosis of circulating T lymphocytes in patients with head and neck cancer and its clinical importance. Clin Cancer Res 2002;8: Hsu FJ, Benike C, Fagnoni F, ym. Vaccination of patients with B-cell lymphoma using autologous antigen-pulsed dendritic cells. Nat Med 1996;2:52 8. Lanzavecchia A, Sallusto F. Regulation of T cell immunity by dendritic cells. Cell 2001;106: Liu YJ. Dendritic cell subsets and lineages, and their functions in innate and adaptive immunity. Cell 2001;106: Liu YJ, Grouard G, de Bouteiller O, Banchereau J. Follicular dendritic cells and germinal centers. Int Rev Cytol 1996;166: Lobell A, Weissert R, Eltayeb S, Svanholm C, Olsson T, Wigzell H. Presence of CpG DNA and the local cytokine milieu determine the efficacy of suppressive DNA vaccination in experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol 1999;163: Maksimow M, Santanen M, Jalkanen S, Hänninen A. Responding naive T-cells differ in their sensitivity to Fas-engagement: early death of many T-cells is compensated by costimulation of surviving T- cells. Blood 2003; (painossa). Markowicz S, Engleman EG. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor promotes differentiation and survival of human peripheral blood dendritic cells in vitro. J Clin Invest 1990;85: Matsue H, Matsue K, Walters M, Okumura K, Yagita H, Takashima A. Induction of antigen-specific immunosuppression by CD95L cdnatransfected killer dendritic cells. Nat Med 1999;5: Medzhitov R, Janeway CA, Jr. An ancient system of host defense. Curr Opin Immunol 1998;10:12 5. Melichar B, Savary C, Kudelka AP, ym. Lineage-negative human leuko- Dendriittisolu immuunivasteen kapellimestari 771

10 cyte antigen-dr+ cells with the phenotype of undifferentiated dendritic cells in patients with carcinoma of the abdomen and pelvis. Clin Cancer Res 1998;4: Mellman I, Steinman RM. Dendritic cells: specialized and regulated antigen processing machines. Cell 2001;106: Nishioka Y, Hirao M, Robbins PD, Lotze MT, Tahara H. Induction of systemic and therapeutic antitumor immunity using intratumoral injection of dendritic cells genetically modified to express interleukin 12. Cancer Res 1999;59: Qin Z, Noffz G, Mohaupt M, Blankenstein T. Interleukin-10 prevents dendritic cell accumulation and vaccination with granulocytemacrophage colony-stimulating factor gene-modified tumor cells. J Immunol 1997;159: Rissoan MC, Soumelis V, Kadowaki N, ym. Reciprocal control of T helper cell and dendritic cell differentiation. Science 1999;283: Roncarolo MG, Levings MK, Traversari C. Differentiation of T regulatory cells by immature dendritic cells. J Exp Med 2001;193:F5 9. Sallusto F, Lanzavecchia A. Mobilizing dendritic cells for tolerance, priming, and chronic inflammation [comment]. J Exp Med 1999;189: Sallusto F, Lanzavecchia A. Understanding dendritic cell and T-lymphocyte traffic through the analysis of chemokine receptor expression. Immunol Rev 2000;177: Salmi M, Jalkanen S. How do lymphocytes know where to go: current concepts and enigmas of lymphocyte homing. Adv Immunol 1997;64: Starr TK, Jameson SC, Hogquist KA. Positive and negative T Cell Selection. Annu Rev Immunol 2002;28:28. Steinman RM, Cohn ZA. Identification of a novel cell type in peripheral lymphoid organs of mice. I. Morphology, quantitation, tissue distribution. J Exp Med 1973;137: Steinman RM, Witmer MD. Lymphoid dendritic cells are potent stimulators of the primary mixed leukocyte reaction in mice. Proc Natl Acad Sci U S A 1978;75: Tighe H, Corr M, Roman M, Raz E. Gene vaccination: plasmid DNA is more than just a blueprint. Immunol Today 1998;19: Tsuge T, Yamakawa M, Tsukamoto M. Infiltrating dendritic/langerhans cells in primary breast cancer. Breast Cancer Res Treat 2000;59: Tuting T, Wilson CC, Martin DM, ym. Autologous human monocytederived dendritic cells genetically modified to express melanoma antigens elicit primary cytotoxic T cell responses in vitro: enhancement by cotransfection of genes encoding the Th1-biasing cytokines IL-12 and IFN-alpha. J Immunol 1998;160: Vakkila J, Pihkala U. Syövän immunoterapia. Duodecim 1999;115: Zeid NA, Muller HK. S100 positive dendritic cells in human lung tumors associated with cell differentiation and enhanced survival. Pathology 1993;25: ARNO HÄNNINEN, LT Kansanterveyslaitos ja Turun yliopisto, MediCity Tykistökatu 6A Turku JUKKA VAKKILA, LKT University of Pittsburgh, Molecular Medicine Institute 300 Technology Drive Pittsburgh, PA, 15219, USA 772