ANTI-INFLAMMATORY PROPERTIES OF PDE4 INHIBITION IN SARS-COV-2-ACTIVATED HUMAN DENDRITIC CELLS

Dysfunctional immune response and hyper-inflammation with subsequent cytokine storm were shown to play a key role in the development of severe and fatal forms of Coronavirus disease 2019 (COVID-19). This clinical condition suggests that an overactive innate immune response may unleash virus-dependent immune pathology. Here, we described a novel mechanism of SARS-CoV-2-dependent activation of dendritic cells (DCs), based on the recognition of sequences of viral genomic ssRNA (SCV2-RNA) by endosomal pattern recognition receptors, namely TLR7 and TLR8. Importantly, SCV2-RNA recapitulated potent lung inflammation in vivo as shown by accumulation of proinflammatory mediators and immune cell infiltration; and induced a strong release of pro-inflammatory cytokines and Th1 polarization in vitro. Tanimilast is a novel and selective inhaled inhibitor of phosphodiesterases 4 that is in advanced clinical development for the treatment of chronic obstructive pulmonary disease and could prove beneficial in severe COVID-19 pneumonia. In our experimental setting, the potent activation of DCs by SCV2-RNA was severely blunted by Tanimilast, which decreased the release of pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6), chemokines (CCL3, CXCL9, and CXCL10) and of Th1-polarizing cytokines (IL-12, type I IFNs). However, Tanimilast did not impair the acquisition of the maturation markers CD83, CD86, HLA-DR and CCR7. Consistent with this, Tanimilast did not reduce the capability of activated DCs to activate CD4+ T cells but skewed their polarization towards a Th2 phenotype. In addition, Tanimilast blocked the increase of HLA class I molecules and restrained the proliferation and activation of cytotoxic CD8+ T cells accordingly. The immune-modulatory effects of Tanimilast were further demonstrated by its capacity to enhance cAMP-dependent immunosuppressive molecules such as IDO1, TSP1, VEGFA and Amphiregulin in LPS-stimulated DCs. These cells also strongly upregulated CD141 and displayed increased uptake of dead cells. Altogether, our results indicate that Tanimilast induce mature DCs to acquire immunomodulatory properties as well as a distinct semi-mature phenotype, associated with the prominent expression of CD141, thus proposing Tanimilast as a promising immunomodulatory drug for the treatment in inflammatory or immune-mediated diseases, possibly including severe COVID-19 pneumonia.

È stato dimostrato che la risposta immunitaria disfunzionale e l’iper-infiammazione con conseguente tempesta citochinica giocano un ruolo chiave nello sviluppo di forme severe di malattia da Coronavirus 2019 (COVID-19). Tale condizione clinica suggerisce che l’eccessiva risposta immunitaria innata potrebbe scatenare una patologia immunitaria virus-dipendente. In questo lavoro, viene descritto un nuovo meccanismo di attivazione delle cellule dendritiche da parte del virus SARS-CoV-2. Nello specifico, sequenze di RNA del genoma virale sono in grado di attivare dei recettori endosomiali, in particolare il TLR7 e TLR8. L’attivazione di questi recettori da parte delle sequenze di RNA virale ha indotto in-vivo una forte infiammazione polmonare, come dimostrato dall’accumulo di mediatori pro-infiammatori e dall’infiltrato leucocitario, mentre in-vitro ha indotto una polarizzazione in senso Th1 ed un forte rilascio di interferoni e citochine pro-infiammatorie. Tanimilast è un nuovo inibitore selettivo della fosfodiesterasi 4, che viene assunto per via inalatoria, ed è impiegato in avanzati studi clinici per il trattamento della broncopneumopatia cronica ostruttiva e che potrebbe potenzialmente rivelarsi utile nel trattamento della polmonite da COVID-19. In questo progetto abbiamo visto come la potente attivazione delle cellule dendritiche da parte di sequenze di RNA del SARS-CoV-2 è stata notevolmente inibita dal trattamento con Tanimilast. Il trattamento con Tanimilast ha infatti causato una diminuzione del rilascio di citochine pro-infiammatorie (TNF-α e IL6) e chemochine (CCL3, CXCL9 e CXCL10), nonché alla riduzione del rilascio di citochine associate alla polarizzazione in senso Th1 (IL-12 ed Interferoni di tipo I). Tuttavia, il trattamento con Tanimilast non ha influito sull’espressione dei marker di maturazione quali CD83, CD86, MHC-II e CCR7. Coerentemente con ciò, il trattamento con Tanimilast non ha compromesso la capacità delle cellule dendritiche attivate di attivare i linfociti T CD4+, ma ha deviato la loro polarizzazione preferenzialmente verso un fenotipo Th2. Inoltre, Tanimilast ha inibito l’espressione di molecole MHC di classe I, limitando di conseguenza l’attivazione e il differenziamento dei linfociti T citotossici CD8+. Gli effetti immunomodulatori di Tanimilast sono stati ulteriormente confermati dalla sua capacità di promuovere il rilascio di molecole immunosoppressorie cAMP-dipendenti come IDO1, TSP1, VEGF-A e anfiregulina in cellule dendritiche stimolate con LPS. Queste cellule hanno anche fortemente over-espresso il CD141 e mostrato un incremento nella fagocitosi di cellule morte. Complessivamente, i nostri risultati indicano che Tanimilast promuove l’acquisizione di proprietà immunomodulatorie da parte delle cellule dendritiche mature, nonché un differente fenotipo semi-maturo associato ad una elevata sovra espressione del CD141. I dati permettono quindi di suggerire Tanimilast come un promettente farmaco immunomodulatorio per il trattamento di malattie immuno-mediate o infiammatorie, possibilmente includendo le polmoniti severe da COVID-19.