Метаболические особенности субпопуляций дендритных клеток

Анна Таланкина

Анна Таланкина ГНУ "Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси"

Аннотация

Метаболизм представляет собой важный механизм, обеспечивающий жизненную активность клеток и являющийся неотъемлемой функцией всех живых организмов. Недавние исследования обнаружили уникальные аспекты метаболизма в дендритных клетках, профессиональных антиген-представляющих клетках. Ранее считалось, что ДК относительно пассивны в обмене веществ, однако, последние исследования демонстрируют их сложную метаболическую активность, включающую энергетический обмен и синтез биохимических молекул. Метаболические процессы в дендритных клетках имеют непосредственное влияние на их функциональные свойства и взаимодействие с другими клетками. Они также оказывают влияние на функции иммунитета и противоопухолевого ответа, так как дендритные клетки играют важную роль в представлении антигенов и активации иммунной системы.

Сегодня значительное внимание уделяется роли дендритных клеток в контексте онкологических заболеваний, которые представляют собой группу наиболее опасных патологий, среди которых злокачественные новообразования выделяются своей агрессивностью и способностью уходить от иммунного контроля. Особенности метаболизма дендритных клеток в новообразованиях включают активацию гликолиза, усиленную потребность в аминокислотах и измененные метаболические пути. Изучение метаболических особенностей ДК предоставляет возможность разработки стратегий метаболической манипуляции для модулирования иммунного и противоопухолевого ответа. Кроме того, открываются новые перспективы для развития инновационных иммунотерапевтических стратегий, нацеленных на улучшение эффективности лечения рака и повышение выживаемости пациентов. Это важное направление исследований, которое может привести к разработке новых терапевтических подходов и персонализированного лечения онкологических заболеваний.

В данной статье рассматриваются последние исследования, посвященные особенностям метаболизма различных субпопуляций дендритных клеток в контексте онкологических заболеваний и обсуждается влияние метаболических изменений на иммунные реакции и возможные стратегии использования этих сведений в разработке новых методов лечения новообразований.

Литература

1. Balan S, Saxena M, Bhardwaj N. Dendritic cell subsets and locations. Int Rev Cell Mol Biol. 2019 г.;348:1–68.
2. Castell-Rodríguez A, Piñón-Zárate G, Herrera-Enríquez M, Jarquín-Yáñez K, Medina-Solares I, Castell-Rodríguez A, и др. Dendritic Cells: Location, Function, and Clinical Implications [Интернет]. Biology of Myelomonocytic Cells. IntechOpen; 2017
3. Brombacher EC, Patente TA, Quik M, Everts B. Characterization of Dendritic Cell Metabolism by Flow Cytometry. Methods Mol Biol Clifton NJ. 2023 г.;2618:219–37.
4. Rezinciuc S, Bezavada L, Bahadoran A, Duan S, Wang R, Lopez-Ferrer D, и др. Dynamic metabolic reprogramming in dendritic cells: An early response to influenza infection that is essential for effector function. PLoS Pathog. 26 октябрь 2020 г.;16(10):e1008957.
5. Ciaramella A, Bizzoni F, Salani F, Vanni D, Spalletta G, Sanarico N, и др. Increased pro-inflammatory response by dendritic cells from patients with Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis JAD. 2010 г.;19(2):559–72.
6. Hernández SS, Jakobsen MR, Bak RO. Plasmacytoid Dendritic Cells as a Novel Cell-Based Cancer Immunotherapy. Int J Mol Sci. январь 2022 г.;23(19):11397.
7. Gogolak P, Rethi B, Szatmari I, Lanyi A, Dezso B, Nagy L, и др. Differentiation of CD1a- and CD1a+ monocyte-derived dendritic cells is biased by lipid environment and PPARgamma. Blood. 15 январь 2007 г.;109(2):643–52.
8. Patente TA, Pinho MP, Oliveira AA, Evangelista GCM, Bergami-Santos PC, Barbuto JAM. Human Dendritic Cells: Their Heterogeneity and Clinical Application Potential in Cancer Immunotherapy. Front Immunol [Интернет]. 2019 г.
9. Collin M, Bigley V. Human dendritic cell subsets: an update. Immunology. май 2018 г.;154(1):3–20.
10. Böttcher JP, Sousa CR e. The Role of Type 1 Conventional Dendritic Cells in Cancer Immunity. Trends Cancer. 1 ноябрь 2018 г.;4(11):784–92.
11. Sasaki I, Kato T, Hemmi H, Fukuda-Ohta Y, Wakaki-Nishiyama N, Yamamoto A, и др. Conventional Type 1 Dendritic Cells in Intestinal Immune Homeostasis. Front Immunol [Интернет]. 2022 ;13.
12. Sichien D, Lambrecht BN, Guilliams M, Scott CL. Development of conventional dendritic cells: from common bone marrow progenitors to multiple subsets in peripheral tissues. Mucosal Immunol. июль 2017 г.;10(4):831–44.
13. Saito Y, Komori S, Kotani T, Murata Y, Matozaki T. The Role of Type-2 Conventional Dendritic Cells in the Regulation of Tumor Immunity. Cancers. 13 апрель 2022 г.;14(8):1976.
14. Colonna M, Trinchieri G, Liu YJ. Plasmacytoid dendritic cells in immunity. Nat Immunol. декабрь 2004 г.;5(12):1219–26.
15. Ye Y, Gaugler B, Mohty M, Malard F. Plasmacytoid dendritic cell biology and its role in immune‐mediated diseases. Clin Transl Immunol. 26 май 2020 г.;9(5):e1139.
16. Villani AC, Satija R, Reynolds G, Sarkizova S, Shekhar K, Fletcher J, и др. Single-cell RNA-seq reveals new types of human blood dendritic cells, monocytes, and progenitors. Science. 21 апрель 2017 г.;356(6335):eaah4573.
17. Qu C, Brinck-Jensen NS, Zang M, Chen K. Monocyte-derived dendritic cells: targets as potent antigen-presenting cells for the design of vaccines against infectious diseases. Int J Infect Dis. 1 февраль 2014 г.;19:1–5.
18. Shin KS, Jeon I, Kim BS, Kim IK, Park YJ, Koh CH, и др. Monocyte-Derived Dendritic Cells Dictate the Memory Differentiation of CD8+ T Cells During Acute Infection. Front Immunol [Интернет]. 2019 г.
19. Rhodes JW, Botting RA, Bertram KM, Vine EE, Rana H, Baharlou H, и др. Human anogenital monocyte-derived dendritic cells and langerin+cDC2 are major HIV target cells. Nat Commun. 12 апрель 2021 г.;12(1):2147.
20. Lee YS, Radford KJ. The role of dendritic cells in cancer. Int Rev Cell Mol Biol. 2019 г.;348:123–78.
21. Del Prete A, Salvi V, Soriani A, Laffranchi M, Sozio F, Bosisio D, и др. Dendritic cell subsets in cancer immunity and tumor antigen sensing. Cell Mol Immunol. 22 март 2023 г.;
22. Pelgrom LR, van der Ham AJ, Everts B. Analysis of TLR-Induced Metabolic Changes in Dendritic Cells Using the Seahorse XF(e)96 Extracellular Flux Analyzer. Methods Mol Biol Clifton NJ. 2016 г.;1390:273–85.
23. Møller SH, Wang L, Ho PC. Metabolic programming in dendritic cells tailors immune responses and homeostasis. Cell Mol Immunol. март 2022 г.;19(3):370–83.
24. Giovanelli P, Sandoval TA, Cubillos-Ruiz JR. Dendritic Cell Metabolism and Function in Tumors. Trends Immunol. август 2019 г.;40(8):699–718.
25. Currivan E, Finlay D, Moreira D. Dendritic cells metabolism: a strategic path to improve antitumoral DC vaccination. Clin Exp Immunol. 11 июнь 2022 г.;208(2):193–201.
26. Cubillos-Ruiz JR, Silberman PC, Rutkowski MR, Chopra S, Perales-Puchalt A, Song M, и др. ER Stress Sensor XBP1 Controls Anti-tumor Immunity by Disrupting Dendritic Cell Homeostasis. Cell. 18 июнь 2015 г.;161(7):1527–38.
27. Herber DL, Cao W, Nefedova Y, Novitskiy SV, Nagaraj S, Tyurin VA, и др. Lipid accumulation and dendritic cell dysfunction in cancer. Nat Med. август 2010 г.;16(8):880–6.
28. Basit F, van Oorschot T, van Buggenum J, Derks RJE, Kostidis S, Giera M, и др. Metabolomic and lipidomic signatures associated with activation of human cDC1 (BDCA3+/CD141+) dendritic cells. Immunology. 2022 г.;165(1):99–109.
29. Wculek SK, Khouili SC, Priego E, Heras-Murillo I, Sancho D. Metabolic Control of Dendritic Cell Functions: Digesting Information. Front Immunol. 25 апрель 2019 г.;10:775.
30. Everts B, Amiel E, Huang SCC, Smith AM, Chang CH, Lam WY, и др. TLR-driven early glycolytic reprogramming via the kinases TBK1-IKKɛ supports the anabolic demands of dendritic cell activation. Nat Immunol. апрель 2014 г.;15(4):323–32.
31. Zheng Z, Ma H, Zhang X, Tu F, Wang X, Ha T, и др. Enhanced Glycolytic Metabolism Contributes to Cardiac Dysfunction in Polymicrobial Sepsis. J Infect Dis. 1 май 2017 г.;215(9):1396–406.
32. Song X, Si Q, Qi R, Liu W, Li M, Guo M, и др. Indoleamine 2,3-Dioxygenase 1: A Promising Therapeutic Target in Malignant Tumor. Front Immunol. 23 декабрь 2021 г.;12:800630.
33. Luby A, Alves-Guerra MC. Targeting Metabolism to Control Immune Responses in Cancer and Improve Checkpoint Blockade Immunotherapy. Cancers. 24 ноябрь 2021 г.;13(23):5912.
34. Lawless SJ, Kedia-Mehta N, Walls JF, McGarrigle R, Convery O, Sinclair LV, и др. Glucose represses dendritic cell-induced T cell responses. Nat Commun. 30 май 2017 г.;8(1):15620.
35. Shirai T, Nazarewicz RR, Wallis BB, Yanes RE, Watanabe R, Hilhorst M, и др. The glycolytic enzyme PKM2 bridges metabolic and inflammatory dysfunction in coronary artery disease. J Exp Med. 7 март 2016 г.;213(3):337–54.
36. Adamik J, Munson PV, Hartmann FJ, Combes AJ, Pierre P, Krummel MF, и др. Distinct metabolic states guide maturation of inflammatory and tolerogenic dendritic cells. Nat Commun. 2 сентябрь 2022 г.;13(1):5184.
37. Rothenfluh E, Schweizer A, Nagy L. Opening Wedge Osteotomy for Distal Radius Malunion: Dorsal or Palmar Approach J Wrist Surg. февраль 2013 г.;2(1):49–54.
38. Palsson-McDermott EM, Dyck L, Zasłona Z, Menon D, McGettrick AF, Mills KHG, и др. Pyruvate Kinase M2 Is Required for the Expression of the Immune Checkpoint PD-L1 in Immune Cells and Tumors. Front Immunol. 2017 г.;8:1300.
39. Arts RJW, Novakovic B, Ter Horst R, Carvalho A, Bekkering S, Lachmandas E, и др. Glutaminolysis and Fumarate Accumulation Integrate Immunometabolic and Epigenetic Programs in Trained Immunity. Cell Metab. 13 декабрь 2016 г.;24(6):807–19.
40. Chen JT, Chang WC. Effects of tissue culture conditions and explant characteristics on direct somatic embryogenesis in Oncidium `Gower Ramsey’. Plant Cell Tissue Organ Cult. 69(1):41–4.
41. Zheng K, Wang C, Cheng YQ, Yue Y, Han X, Zhang Z, и др. Electron-beam-assisted superplastic shaping of nanoscale amorphous silica. Nat Commun. 1 июнь 2010 г.;1(1):24.
42. Segura E, Touzot M, Bohineust A, Cappuccio A, Chiocchia G, Hosmalin A, и др. Human Inflammatory Dendritic Cells Induce Th17 Cell Differentiation. Immunity. 21 февраль 2013 г.;38(2):336–48.
43. Martínez-Reyes I, Chandel NS. Mitochondrial TCA cycle metabolites control physiology and disease. Nat Commun. 3 январь 2020 г.;11:102.
44. Kelly B, O’Neill LA. Metabolic reprogramming in macrophages and dendritic cells in innate immunity. Cell Res. июль 2015 г.;25(7):771–84.
45. Todisco S, Convertini P, Iacobazzi V, Infantino V. TCA Cycle Rewiring as Emerging Metabolic Signature of Hepatocellular Carcinoma. Cancers. 25 декабрь 2019 г.;12(1):68.
46. Liu S, Yang J, Wu Z. The Regulatory Role of α-Ketoglutarate Metabolism in Macrophages. Mediators Inflamm. 29 март 2021 г.;2021:5577577.
47. Choi I, Son H, Baek JH. Tricarboxylic Acid (TCA) Cycle Intermediates: Regulators of Immune Responses. Life. 19 январь 2021 г.;11(1):69.
48. Schönfeld P, Więckowski MR, Lebiedzińska M, Wojtczak L. Mitochondrial fatty acid oxidation and oxidative stress: Lack of reverse electron transfer-associated production of reactive oxygen species. Biochim Biophys Acta BBA - Bioenerg. 1 июнь 2010 г.;1797(6):929–38.
49. Michalek RD, Gerriets VA, Jacobs SR, Macintyre AN, MacIver NJ, Mason EF, и др. Cutting Edge: Distinct Glycolytic and Lipid Oxidative Metabolic Programs Are Essential for Effector and Regulatory CD4+ T Cell Subsets. J Immunol Baltim Md 1950. 15 март 2011 г.;186(6):3299–303.
50. Almeida L, Lochner M, Berod L, Sparwasser T. Metabolic pathways in T cell activation and lineage differentiation. Semin Immunol. октябрь 2016 г.;28(5):514–24.
51. Peng X, He Y, Huang J, Tao Y, Liu S. Metabolism of Dendritic Cells in Tumor Microenvironment: For Immunotherapy. Front Immunol. 24 февраль 2021 г.;12:613492.
52. Duraj T, Carrión-Navarro J, Seyfried TN, García-Romero N, Ayuso-Sacido A. Metabolic therapy and bioenergetic analysis: The missing piece of the puzzle. Mol Metab. декабрь 2021 г.;54:101389.
53. Basit F, de Vries IJM. Dendritic Cells Require PINK1-Mediated Phosphorylation of BCKDE1α to Promote Fatty Acid Oxidation for Immune Function. Front Immunol. 15 октябрь 2019 г.;10:2386.
54. Zhang Q, Wang H, Mao C, Sun M, Dominah G, Chen L, и др. Fatty acid oxidation contributes to IL-1β secretion in M2 macrophages and promotes macrophage-mediated tumor cell migration. Mol Immunol. февраль 2018 г.;94:27–35.
55. Kandasamy P, Gyimesi G, Kanai Y, Hediger MA. Amino acid transporters revisited: New views in health and disease. Trends Biochem Sci. октябрь 2018 г.;43(10):752–89.
56. Souba WW, Pacitti AJ. How amino acids get into cells: mechanisms, models, menus, and mediators. JPEN J Parenter Enteral Nutr. 1992 г.;16(6):569–78.
57. Choudhuri S, Chanderbhan RF. The Biology of Nutrients. В: Nutraceuticals [Интернет]. Elsevier; 2016. с. 209–25.
58. Wu L, Yan Z, Jiang Y, Chen Y, Du J, Guo L, и др. Metabolic regulation of dendritic cell activation and immune function during inflammation. Front Immunol. 8 март 2023 г.;14:1140749.
59. Kakazu E, Kondo Y, Kogure T, Ninomiya M, Kimura O, Ueno Y, и др. Plasma amino acids imbalance in cirrhotic patients disturbs the tricarboxylic acid cycle of dendritic cell. Sci Rep. 10 декабрь 2013 г.;3:3459.
60. Kakazu E, Ueno Y, Kondo Y, Fukushima K, Shiina M, Inoue J, и др. Branched chain amino acids enhance the maturation and function of myeloid dendritic cells ex vivo in patients with advanced cirrhosis. Hepatol Baltim Md. декабрь 2009 г.;50(6):1936–45.
61. Maschalidi S, Mehrotra P, Keçeli BN, De Cleene HKL, Lecomte K, Van der Cruyssen R, и др. Author Correction: Targeting SLC7A11 improves efferocytosis by dendritic cells and wound healing in diabetes. Nature. август 2022 г.;608(7923):E29.
62. Borgne ML, Raju S, Zinselmeyer BH, Le VT, Li J, Wang Y, и др. Real-time analysis of calcium signals during the early phase of T cell activation using a genetically-encoded calcium biosensor. J Immunol Baltim Md 1950. 15 февраль 2016 г.;196(4):1471–9.
63. Chow S, Hedley D. Flow cytometric measurement of intracellular pH. Curr Protoc Cytom. май 2001 г.;Chapter 9:Unit 9.3.
64. Kim S, Guzman SJ, Hu H, Jonas P. Active dendrites support efficient initiation of dendritic spikes in hippocampal CA3 pyramidal neurons. Nat Neurosci. 4 март 2012 г.;15(4):600–6.
65. del Cornò M, Scazzocchio B, Masella R, Gessani S. Regulation of Dendritic Cell Function by Dietary Polyphenols. Crit Rev Food Sci Nutr. 3 апрель 2016 г.;56(5):737–47.
66. Imai K, Minamiya Y, Koyota S, Ito M, Saito H, Sato Y, и др. Inhibition of dendritic cell migration by transforming growth factor-β1 increases tumor-draining lymph node metastasis. J Exp Clin Cancer Res CR. 10 январь 2012 г.;31(1):3.
67. Fekete T, Sütö MI, Bencze D, Mázló A, Szabo A, Biro T, и др. Human Plasmacytoid and Monocyte-Derived Dendritic Cells Display Distinct Metabolic Profile Upon RIG-I Activation. Front Immunol. 2018 г.;9:3070.
68. Forderhase AG, Styers HC, Lee CA, Sombers LA. Simultaneous Voltammetric Detection of Glucose and Lactate Fluctuations in Rat Striatum Evoked by Electrical Stimulation of the Midbrain. Anal Bioanal Chem. сентябрь 2020 г.;412(24):6611–24.
69. Smith SK, Lugo-Morales LZ, Tang C, Gosrani SP, Lee CA, Roberts JG, и др. Quantitative Comparison of Enzyme Immobilization Strategies for Glucose Biosensing in Real-Time Using Fast-Scan Cyclic Voltammetry Coupled with Carbon-Fiber Microelectrodes. Chemphyschem Eur J Chem Phys Phys Chem. 22 май 2018 г.;19(10):1197–204.
70. Ahl PJ, Hopkins RA, Xiang WW, Au B, Kaliaperumal N, Fairhurst AM, и др. Met-Flow, a strategy for single-cell metabolic analysis highlights dynamic changes in immune subpopulations. Commun Biol. 12 июнь 2020 г.;3(1):1–15.
71. Murphy TL, Murphy KM. Dendritic cells in cancer immunology. Cell Mol Immunol. январь 2022 г.;19(1):3–13.
72. He Z, Zhu X, Shi Z, Wu T, Wu L. Metabolic Regulation of Dendritic Cell Differentiation. Front Immunol [Интернет]. 2019 г. ;10.
73. Manoharan I, Prasad PD, Thangaraju M, Manicassamy S. Lactate-Dependent Regulation of Immune Responses by Dendritic Cells and Macrophages. Front Immunol [Интернет]. 2021 г.;12.
74. Lee MKS, Al-Sharea A, Shihata WA, Bertuzzo Veiga C, Cooney OD, Fleetwood AJ, и др. Glycolysis Is Required for LPS-Induced Activation and Adhesion of Human CD14+CD16- Monocytes. Front Immunol. 2019 г.;10:2054.
75. Basit F, Mathan T, Sancho D, de Vries IJM. Human Dendritic Cell Subsets Undergo Distinct Metabolic Reprogramming for Immune Response. Front Immunol. 1 ноябрь 2018 г.;9:2489.