Abstract Butyrate, a metabolite produced by commensal bacteria, has been intensively studied for its immunomodulatory effects on various immune cells, including T regulatory cells, macrophages, and dendritic cells. Butyrate’s development as a drug has been limited by its poor oral bioavailability due to its rapid metabolism in the gut, its low potency and thus high dosing, and its foul smell and taste. By simply esterifying butyrate to serine ( O -butyryl -L -serine, SerBut), a design based on the concept of utilizing amino acid transporters to escape the gut and enhance systemic uptake thus increasing bioavailability, we developed an odorless and tasteless compound for oral administration. In the collagen antibody-induced arthritis (CAIA) and experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) murine models of rheumatoid arthritis and multiple sclerosis, we demonstrated that SerBut significantly ameliorated disease severity, modulated key immune cell populations both systemically and in disease-associated tissues, and reduced inflammatory responses without compromising global immune response to vaccination. Our findings highlight SerBut as a promising next-generation therapeutic agent for autoimmune and inflammatory diseases.

Summary The only FDA-approved oral immunotherapy for a food allergy provides protection against accidental exposure to peanuts. However, this therapy often causes discomfort or side effects and requires long-term commitment. Better preventive and therapeutic solutions are urgently needed. We have developed a tolerance-inducing vaccine technology that utilizes glycosylation-modified antigens to induce antigen-specific non-responsiveness. The glycosylation-modified antigens were administered intravenously (i.v.) or subcutaneously (s.c.) and were found to traffic to the liver or lymph nodes, respectively, leading to preferential internalization by antigen-presenting cells, educating the immune system to respond in an innocuous way. In a mouse model of cow’s milk allergy, treatment with glycosylation-modified β- lactoglobulin (BLG) was effective in preventing the onset of allergy. In addition, s.c. administration of glycosylation-modified BLG showed superior safety and potential in treating existing allergies in combination with an anti-CD20 co-therapy. This platform may provide an antigen-specific immunomodulatory strategy to prevent and treat food allergies.

Immunogenic biologics trigger an anti-drug antibody (ADA) response in patients, which reduces efficacy and increases adverse reactions. Our laboratory has previously shown that targeting protein antigen to the liver microenvironment can reduce antigen-specific T cell responses; herein, we present a strategy to increase delivery of otherwise immunogenic biologics to the liver via conjugation to a synthetic mannose polymer (p(Man)). This delivery leads to reduced antigen-specific T follicular helper cell and B cell responses resulting in diminished ADA production, which is maintained throughout subsequent administrations of the native biologic. We found that p(Man)-antigen treatment impairs the ADA response against recombinant uricase, a highly immunogenic biologic, without a dependence on hapten immunodominance or control by Tregs. We identify increased TCR signaling and increased apoptosis and exhaustion in T cells as effects of p(Man)-antigen treatment via transcriptomic analyses. This modular platform may enhance tolerance to biologics, enabling long-term solutions for an ever-increasing healthcare problem.

Abstract Immune reactions to protein drugs present substantial challenges to protein replacement for treating congenital diseases and metabolic deficiencies, due to the lack of endogenous tolerance or the protein drug’s partial or total non-human origin. We sought to transiently modify the immune environment when the adaptive response to the drug antigen is mounted to lessen future reactions upon continued therapeutic treatment, without modifying the drug itself. Herein, we characterize a recombinant fusion of the cytokine Flt3L to serum albumin and describe a novel pathway of Flt3L-mediated immune regulation. We highlight reduced activation of dendritic cells (DC) as well as an increased frequency of DCs expressing LAP, a TGF-β precursor. These effects in combination with low doses of the exogenous antigen led to less TH2 differentiation. This enabled a tolerance-biasing induction regimen to significantly decrease anti-drug antibodies upon repeated exposure to a clinically used, immunogenic fungal enzyme, rasburicase. This induction regimen reduced the Tfh compartment and increased Tfh cells expressing Foxp3 and PD-L1, suggesting a regulatory response. Overall, we introduce the use of a Flt3L variant as an induction therapeutic to modulate the innate immune response, thereby attenuating the adaptive reaction to antigenic protein drugs and addressing an unmet clinical need.