Towards the therapeutic use of regulatory T cells for the treatment of human autoimmune diseases

Tese de doutoramento, Medicina (Imunologia Clínica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2016

Regulation of autoimmune neuroinflammation by stress-responsive genes

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Direct angiotensin type 2 receptor (AT2R) stimulation attenuates T-cell and microglia activation and prevents demyelination in experimental autoimmune encephalomyelitis in mice.

In the present study, we evaluated stimulation of the angiotensin type 2 receptor (AT2R) by the selective non-peptide agonist Compound 21 (C21) as a novel therapeutic concept for the treatment of multiple sclerosis using the model of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in mice. C57BL-6 mice were immunized with myelin-oligodendrocyte peptide and treated for 4 weeks with C21 (0.3 mg/kg/day i.p.). Potential effects on myelination, microglia and T-cell composition were estimated by immunostaining and FACS analyses of lumbar spinal cords. The in vivo study was complemented by experiments in aggregating brain cell cultures and microglia in vitro. In the EAE model, treatment with C21 ameliorated microglia activation and decreased the number of total T-cells and CD4+ T-cells in the spinal cord. Fluorescent myelin staining of spinal cords further revealed a significant reduction in EAE-induced demyelinated areas in lumbar spinal cord tissue after AT2R stimulation. C21-treated mice had a significantly better neurological score than vehicle-treated controls. In aggregating brain cell cultures challenged with lipopolysaccharide (LPS) plus interferon-γ (IFNγ), AT2R stimulation prevented demyelination, accelerated re-myelination and reduced the number of microglia. Cytokine synthesis and nitric oxide production by microglia in vitro were significantly reduced after C21 treatment. These results suggest that AT2R stimulation protects the myelin sheaths in autoimmune central nervous system inflammation by inhibiting the T-cell response and microglia activation. Our findings identify the AT2R as a potential new pharmacological target for demyelinating diseases such as multiple sclerosis.

Pathogenèse de l’hépatite autoimmune : influence des gènes, du sexe, de l’âge et de l’environnement

L’hépatite autoimmune (HAI) résulte d’une perte de tolérance du système immunitaire envers des antigènes de l’hépatocyte. Elle peut se présenter sous forme d’hépatite aiguë, parfois fulminante, ou comme une maladie chronique menant progressivement à une cirrhose hépatique. En absence de traitement, cette maladie est fatale. La pathogenèse de l’HAI et les mécanismes responsables de sa progression restent inconnus à ce jour. L’objectif global de ce projet est d’examiner les facteurs prédisposants et les mécanismes immunologiques responsables de l’apparition et de la progression de l’HAI. Pour permettre l’étude de la pathogenèse de l’HAI, nous avons développé un modèle murin expérimental d’hépatite autoimmune de type 2. Celui-ci est basé sur la xénoimmunisation de souris C57BL/6 avec les deux antigènes ciblés dans l’HAI de type 2 chez l’homme (CYP2D6 et FTCD). Par mimétisme moléculaire, le système immunitaire de ces souris réagit contre les protéines murines homologues et une HAI s’ensuit. Ce modèle expérimental présente la plupart des caractéristiques histologiques, biochimiques et sérologiques d’une HAI de type 2. Les souris développent une inflammation autoimmune chronique avec présence d’hépatite d’interface et d’infiltrations intralobulaires, un infiltrat composé majoritairement de lymphocytes T CD4+ mais aussi de lymphocytes T CD8+ et B, d’une élévation des ALT sériques, des niveaux d’immunoglobulines G circulantes augmentés ainsi que d’autoanticorps anti-LKM1 et anti-LC1. L’étude de l’influence du bagage génétique a permis de définir l’importance relative des gènes du CMH et des gènes non-CMH sur le développement d’une HAI. Les gènes du locus CMH sont essentiels mais insuffisants pour mener au développement d’une HAI et donc, la susceptibilité génétique à l’HAI est comme chez l’homme, multigénique. Les patients atteints d’HAI de type 2 sont généralement des jeunes filles. L’étude des influences de l’âge et du sexe dans ce modèle a permis de montrer que les souris femelles avant et au début de leur maturité sexuelle sont plus susceptibles au développement d’une HAI de type 2. De plus, les femelles ont un nombre réduit de lymphocytes T régulateurs, ce qui leur confère une susceptibilité accrue comparé aux mâles. L’ensemble de ces travaux nous a conduits à proposer un mécanisme où le développement d’une HAI chez les femelles d’un âge particulier résulterait de l’activation de cellules T CD4+ autoréactives ayant échappé aux mécanismes de tolérance centrale, via un mécanisme de mimétisme moléculaire avec un antigène exogène. En présence d’une tolérance périphérique réduite due à un faible nombre de cellules T régulatrices, les cellules T autoréactives proliféreraient et activeraient des cellules B autoréactives entraînant la sécrétion d’autoanticorps. L’activation subséquente de cellules T CD8+ cytotoxiques spécifiques amènerait la lyse des hépatocytes et la relâche d’autoantigènes permettant la perpétuation de l’autoimmunité.

Développement d’immunothérapies spécifiques pour le traitement de l’hépatite autoimmune de type 2 chez un modèle murin

L’hépatite autoimmune (HAI) est une maladie grave affectant le foie et présentant un haut taux de mortalité lorsque non traitée. Les traitements disponibles sont efficaces, mais de graves effets secondaires leur sont associés. Ces effets secondaires sont généralement le résultat d'une forte immunosuppression et d’autres sont spécifiques à chaque médicament. Aucune immunothérapie spécifique n’est présentement disponible pour le traitement de l’HAI. Récemment, un modèle murin d’HAI a été développé dans notre laboratoire par xénoimmunisation des souris C57BL/6 avec les antigènes humains de l'HAI de type 2. Ce modèle présente la plupart des caractéristiques biochimiques et cliniques retrouvées chez les patients atteints d'HAI de type 2. Dans cette étude, nous avons évaluée l’efficacité de deux types de traitement pour l’HAI de type 2 à l’aide de notre modèle murin. Dans un premier temps, l’anticorps anti-CD3ε a été étudié en prophylaxie et en traitement. Nous avons montré qu’une posologie de 5µg d’anti-CD3 i.v. par jour pendant 5 jours consécutifs induit une rémission chez les souris avec HAI de type 2 établie (traitement). Cette rémission est caractérisée par une normalisation des niveaux d’alanine aminotransférase et une diminution significative de l’inflammation hépatique. Cette rémission semble être associée à une déplétion partielle et transitoire des lymphocytes T CD3+ dans la périphérie et une augmentation des lymphocytes T régulateurs CD4+, CD25+ et Foxp3+ dans le foie. La même posologie lorsqu’elle est appliquée en prophylaxie n’a pas réussi à prévenir l’apparition de l’HAI de type 2. La deuxième voie de traitement consiste en l’administration par voie intranasale d’un forte dose de formiminotransférase cyclodésaminase murin (mFTCD), un autoantigène reconnu dans l’HAI de type 2. Une administration en prophylaxie par voie intranasale de 100µg de mFTCD par jour durant 3 jours consécutifs arrive à prévenir l’HAI de type 2 en diminuant l’inflammation hépatique au bout de deux semaines post-traitement.

Function of the immunoregulatory CD4-CD8- T cells in the context of autoimmune diabetes

La tolérance immunitaire dépend de la distinction entre le soi et le non soi par le système immunitaire. Un bris dans la tolérance immunitaire mène à l'auto-immunité, qui peut provoquer la destruction des organes, des glandes, des articulations ou du système nerveux central. Le diabète auto-immun, également connu sous le nom diabète juvénile et diabète de type 1, résulte d'une attaque auto-immune sur les cellules β pancréatiques sécrétrices d’insuline, localisées au niveau des îlots de Langerhans du pancréas. Bien que le diabète auto-immun soit traitable par une combinaison d’injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, de régime et d'exercices, beaucoup de complications chroniques peuvent se manifester chez les patients, y compris, mais non limitées à, la cécité, les maladies cardiovasculaires, l’insuffisance rénale et l'amputation. En raison des nombreuses complications liées au diabète auto-immun à long terme, la recherche continue afin de mieux comprendre tous les facteurs impliqués dans la progression de la maladie dans le but de développer de nouvelles thérapies qui empêcheront, renverseront et/ou traiteront cette maladie. Un rôle primordial dans la génération et l'entretien de la tolérance immunitaire a été attribué au nombre et à la fonction des sous-populations de cellules régulatrices. Une de ces populations est constituée de cellules T CD4-CD8- (double négatives, DN), qui ont été étudiées chez la souris et l'humain pour leur contribution à la tolérance périphérique, à la prévention des maladies et pour leur potentiel associé à la thérapie cellulaire. En effet, les cellules de T DN sont d'intérêt thérapeutique parce qu'elles montrent un potentiel immunorégulateur antigène-spécifique dans divers cadres expérimentaux, y compris la prévention du diabète auto-immun. D’ailleurs, en utilisant un système transgénique, nous avons démontré que les souris prédisposées au diabète auto-immun présentent peu de cellules T DN, et que ce phénotype contribue à la susceptibilité au diabète auto-immun. En outre, un transfert des cellules T DN est suffisant pour empêcher la progression vers le diabète chez les souris prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats suggèrent que les cellules T DN puissent présenter un intérêt thérapeutique pour les patients diabétiques. Cependant, nous devons d'abord valider ces résultats en utilisant un modèle non-transgénique, qui est plus physiologiquement comparable à l'humain. L'objectif principal de cette thèse est de définir la fonction immunorégulatrice des cellules T DN, ainsi que le potentiel thérapeutique de celles-ci dans la prévention du diabète auto-immun chez un modèle non-transgénique. Dans cette thèse, on démontre que les souris résistantes au diabète auto-immun présentent une proportion et nombre absolu plus élevés de cellules T DN non-transgéniques, lorsque comparées aux souris susceptibles. Cela confirme une association entre le faible nombre de cellules T DN et la susceptibilité à la maladie. On observe que les cellules T DN éliminent les cellules B activées in vitro par une voie dépendante de la voie perforine et granzyme, où la fonction des cellules T DN est équivalente entre les souris résistantes et prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats confirment que l'association au diabète auto-immun est due à une insuffisance en terme du nombre de cellules T DN, plutôt qu’à une déficience fonctionnelle. On démontre que les cellules T DN non-transgéniques éliminent des cellules B chargées avec des antigènes d'îlots, mais pas des cellules B chargées avec un antigène non reconnu, in vitro. Par ailleurs, on établit que le transfert des cellules T DN activées peut empêcher le développement du diabète auto-immun dans un modèle de souris non-transgénique. De plus, nous observons que les cellules T DN migrent aux îlots pancréatiques, et subissent une activation et une prolifération préférentielles au niveau des ganglions pancréatiques. D'ailleurs, le transfert des cellules T DN entraîne une diminution d'auto-anticorps spécifiques de l'insuline et de cellules B de centres germinatifs directement dans les îlots, ce qui corrèle avec les résultats décrits ci-dessus. Les résultats présentés dans cette thèse permettent de démontrer la fonction des cellules T DN in vitro et in vivo, ainsi que leur potentiel lié à la thérapie cellulaire pour le diabète auto-immun.

The Autoimmune Tautology: From Polyautoimmunity and Familial Autoimmunity to the Autoimmune Genes

Autoimmune diseases (ADs) are chronic conditions initiated by the loss of immunological tolerance to self-antigens and represent a heterogeneous group of disorders that afflict specific target organs ormultiple organ systems [1]. The chronic nature of these diseases places a significant burden on the utilization of medical care, direct and indirect economic costs, and quality of life. The fact that ADs share several clinical signs and symptoms (i.e., subphenotypes), physiopathological mechanisms, and genetic factors has been called autoimmune tautology and indicates that they have common mechanisms

Shared HLA Class II in Six Autoimmune Diseases in Latin America: A Meta-Analysis

The prevalence and genetic susceptibility of autoimmune diseases (ADs) may vary depending on latitudinal gradient and ethnicity. The aims of this study were to identify common human leukocyte antigen (HLA) class II alleles that contribute to susceptibility to six ADs in Latin Americans through a meta-analysis and to review additional clinical, immunological, and genetic characteristics of those ADs sharing HLA alleles. DRB1∗03:01 (OR: 4.04; 95%CI: 1.41–11.53) was found to be a risk factor for systemic lupus erythematosus (SLE), Sjogren’s syndrome (SS), and type 1 diabetes mellitus (T1D). DRB1 ¨ ∗04:05 (OR: 4.64; 95%CI: 2.14–10.05) influences autoimmune hepatitis (AIH), rheumatoid arthritis (RA), and T1D; DRB1∗04:01 (OR: 3.86; 95%CI: 2.32–6.42) is a susceptibility factor for RA and T1D. Opposite associations were found between multiple sclerosis (MS) and T1D. DQB1∗06:02 and DRB1∗15 alleles were risk factors for MS but protective factors for T1D. Likewise, DQB1∗06:03 allele was a risk factor for AIH but a protective one for T1D. Several common autoantibodies and clinical associations as well as additional shared genes have been reported in these ADs, which are reviewed herein. These results indicate that in Latin Americans ADs share major loci and immune characteristics.

How Does Age at Onset Influence the Outcome of Autoimmune Diseases?

The age at onset refers to the time period at which an individual experiences the first symptoms of a disease. In autoimmune diseases (ADs), these symptoms can be subtle but are very relevant for diagnosis. They can appear during childhood, adulthood or late in life and may vary depending on the age at onset. Variables like mortality and morbidity and the role of genes will be reviewed with a focus on the major autoimmune disorders, namely, systemic lupus erythematosus (SLE), rheumatoid arthritis (RA), multiple sclerosis (MS), type 1 diabetes mellitus (T1D), Sjögren's syndrome, and autoimmune thyroiditis (AITD). Early age at onset is a worst prognostic factor for some ADs (i.e., SLE and T1D), while for others it does not have a significant influence on the course of disease (i.e., SS) or no unanimous consensus exists (i.e., RA and MS).

Epigenetics and autoimmune diseases

Epigenetics is defined as the study of all inheritable and potentially reversible changes in genome function that do not alter the nucleotide sequence within the DNA. Epigenetic mechanisms such as DNA methylation, histone modification, nucleosome positioning, and microRNAs (miRNAs) are essential to carry out key functions in the regulation of gene expression. Therefore, the epigenetic mechanisms are a window to understanding the possible mechanisms involved in the pathogenesis of complex diseases such as autoimmune diseases. It is noteworthy that autoimmune diseases do not have the same epidemiology, pathology, or symptoms but do have a common origin that can be explained by the sharing of immunogenetic mechanisms. Currently, epigenetic research is looking for disruption in one or more epigenetic mechanisms to provide new insights into autoimmune diseases. The identification of cell-specific targets of epigenetic deregulation will serve us as clinical markers for diagnosis, disease progression, and therapy approaches.

Spondyloarthropathies in autoimmune diseases and vice versa

Polyautoimmunity is one of the major clinical characteristics of autoimmune diseases (ADs). The aim of this study was to investigate the prevalence of ADs in spondyloarthropathies (SpAs) and vice versa. This was a two-phase cross-sectional study. First, we examined the presence of ADs in a cohort of patients with SpAs (). Second, we searched for the presence of SpAs in a well-defined group of patients with ADs () including rheumatoid arthritis (RA), systemic lupus erythematosus (SLE), and Sjögren’s syndrome (SS). Among patients with SpAs, ankylosing spondylitis was observed in the majority of them (55.6%). There were two patients presenting with SS in the SpA group (1.4%) and 5 patients with autoimmune thyroiditis (3.5%). The global prevalence of ADs in SpAs was 4.86%. In the ADs group, there were 5 patients with SpAs (0.46%). Our results suggest a lack of association between SpAs and ADs. Accordingly, SpAs might correspond more to autoinflammatory diseases rather than to ADs.