Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Expression und Funktion von CD64 auf murinen Monozyten nach Vakzinierung

Abstract

Das biologische Geschlecht eines Individuums beeinflusst das Immunsystem. Dies zeigt sich in geschlechtsspezifischen Unterschieden bei der Häufigkeit und dem Verlauf von Infektions- und Autoimmunerkrankungen sowie der Wirksamkeit und Sicherheit von Vakzinierungen. Die Ursachen und grundlegenden Mechanismen der geschlechtsspezifischen Immunantwort sind dabei noch weitgehend unklar.

Bisherige Untersuchungen zeigen einen größeren Anteil an CD64+ inflammatorischen Monozyten im Blut von gesunden Frauen und weiblichen Mäusen im Vergleich zu männlichen Individuen. CD64 ist ein Fc-gamma-Rezeptor (FcgR), der die Fc-Domäne von Immunglobulin G (IgG)-Antikörpern bindet und Funktionen wie Phagozytose und Antigenpräsentation initiiert. Die Expression von CD64 ist charakteristisch für migratorische, von Monozyten-abgeleitete dendritische Zellen (Mig-Mo-DCs), die als effektiv in der Antigenpräsentation gelten. Diese Zellen differenzieren aus inflammatorischen Monozyten und exprimieren zusätzlich Marker wie CD11c und MHCII, die zur Charakterisierung von dendritischen Zellen dienen. Nach Immunisierung migrieren Mig-Mo-DCs in die drainierenden Lymphknoten, um aufgenommene Antigene zu präsentieren und eine spezifische Immunantwort auszulösen. Basierend auf diesen Daten wurde in dieser Arbeit im Mausmodell mittels Durchflusszytometrie untersucht, ob nach intramuskulärer (i. m.) Vakzinierung geschlechtsspezifische Unterschiede in der Anzahl von CD64+ Mig-Mo-DCs in den drainierenden Lymphknoten und im Anteil an CD64+ inflammatorischen Monozyten im Muskel nachweisbar sind. Darüber hinaus wurden Zellen anhand der Expression von Aktivierungs- und Migrationsmarkern näher charakterisiert. Zudem wurde in einer primären in vitro-Monozyten-T-Zell-Kultur mit anschließender Zytokin-Konzentrationsbestimmung analysiert, ob der höhere Anteil an CD64+ inflammatorischen Monozyten in weiblichen Individuen zu einer effektiveren Immunantwort beitragen kann. Nach Immunisierung mit einem adjuvantierten Modellantigen (Alum-OVA) wurden geschlechtsspezifische Unterschiede in der Anzahl der CD64+ Mig-Mo-DCs festgestellt. In den Lymphknoten (LNs) weiblicher Mäuse war eine signifikant höhere Anzahl an Mig-Mo-DCs, aber auch an inflammatorischen Monozyten, T-Zellen und B-Zellen vorhanden als in den LNs männlicher Mäuse. Zudem wurde im Muskelgewebe vakzinierter weiblicher Mäuse im Vergleich zu männlichen Mäusen ein höherer Anteil an CD64+ inflammatorischen Monozyten sowie von Monozyten, die die Aktivierungsmarker CD86 und CD209a exprimieren, festgestellt, was auf einen insgesamt stärker aktivierten Phänotyp in weiblichen Mäusen hinweist. Nach Immunisierung mit einer nicht-adjuvantierten Influenza-Vakzine war die Zellzahl innerhalb verschiedener Immunzell-Populationen in den LNs weiblicher Mäuse, einschließlich der Mig-Mo-DCs, ebenfalls höher als in den LNs männlicher Tiere. Ein stärker aktivierter Phänotyp der inflammatorischen Monozyten im Muskel wurde durch die Influenza-Vakzine nicht induziert. Um festzustellen, ob der höhere Anteil an CD64+ inflammatorischen Monozyten in weiblichen Mäusen einen Einfluss auf die Antigenpräsentation haben kann, wurde in vitro die Effektivität in der Antigenpräsentation von CD64+ und CD64- Monozyten verglichen. Unter der Verwendung von Immunkomplexen wurde gezeigt, dass die klassische Antigenpräsentation von extrazellulären Antigenen in Monozyten abhängig von CD64 ist.

Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein erhöhtes Vorkommen von CD64+ Mig-Mo-DCs und CD64+ inflammatorischen Monozyten in weiblichen Individuen sowie eine höhere Effektivität von CD64+ Monozyten in der klassischen Antigenpräsentation gezeigt werden. Dies lässt vermuten, dass diese Zellen zu einer besseren Immunantwort nach Vakzinierungen in weiblichen Individuen beitragen.

The biological sex of an individual influences the immune system, as evidenced by sex-specific differences in the incidence and progression of infectious and autoimmune diseases, as well as the efficacy and safety of vaccinations. The underlying causes and mechanisms of sex-specific immune responses remain poorly understood.

Previous studies have shown a higher proportion of CD64+ inflammatory monocytes in the blood of healthy women and female mice as compared to male individuals. CD64 is an Fc-gamma receptor (FcγR) that binds the Fc domain of immunoglobulin G (IgG) antibodies and initiates functions such as phagocytosis and antigen presentation. The expression of CD64 is characteristic of migratory monocyte-derived dendritic cells (Mig-Mo-DCs), which are considered effective in antigen presentation. These cells arise from inflammatory monocytes and additionally express markers such as CD11c and MHCII, which are used to characterize dendritic cells. Following immunization, Mig-Mo-DCs migrate to the draining lymph nodes to present captured antigens and trigger a specific immune response. Based on this data, this study investigated whether sex-specific differences in the number of CD64+ Mig-Mo-DCs in the draining lymph nodes and the proportion of CD64+ inflammatory monocytes in the muscle could be detected after intramuscular (i. m.) vaccination in a mouse model using flow cytometry. Additionally, cells were further characterized based on the expression of activation and migration markers. In a primary in vitro monocyte-T cell culture with subsequent cytokine analysis, it was analyzed whether the higher proportion of CD64+ inflammatory monocytes in female individuals could contribute to a more effective immune response. Following immunization with an adjuvanted model antigen (Alum-OVA), sex-specific differences in the number of CD64+ Mig-Mo-DCs were observed. A significantly higher number of Mig-Mo-DCs, inflammatory monocytes, T cells, and B cells, were present in the lymph nodes (LNs) of female mice compared to male mice. Additionally, a higher proportion of CD64+ inflammatory monocytes and monocytes expressing the activation markers CD86 and CD209α were detected in the muscle tissue of vaccinated female mice compared to male mice, indicating an overall more activated phenotype in female mice. After immunization with a non-adjuvanted influenza vaccine, the cell counts within different immune cell populations, including Mig-Mo-DCs, was also higher in the LNs of female mice compared to male animals. However, a more activated phenotype of inflammatory monocytes in the muscle was not induced by the influenza vaccine. To determine whether the higher proportion of CD64+ inflammatory monocytes in female mice could influence antigen presentation, the effectiveness of antigen presentation by CD64+ and CD64- monocytes was compared in vitro. Using immune complexes, it was demonstrated that classical antigen presentation of extracellular antigens in monocytes is dependent on CD64.

In summary, this study showed an increased occurrence of CD64+ Mig-Mo-DCs and CD64+ inflammatory monocytes in female individuals, as well as higher effectiveness of CD64+ monocytes in classical antigen presentation. This suggests that these cells may contribute to a better immune response following vaccinations in female individuals.