Role of Th1 and Th2 cells in autoimmune demyelinating disease

Evidence is accumulating that Th1 cells play an important role in the development of multiple sclerosis (MS) and experimental allergic encephalomyelitis (EAE), whereas Th2 cells contribute to recovery from disease. A major determinant in the development of Th1 and Th2 cells is the type of antigen-presenting cell (APC) involved and its functional characteristics, e.g., the production of interleukin-12. Therefore, modulation of APC might interfere with the development of Th1 type responses and as such be beneficial for MS and EAE. The potential of cytokines, in particular interleukin-10, and glucocorticoids to exert a selective effect on APC, and as a consequence to affect the Th1-Th2 balance in EAE, is discussed

Modulation of fibronectin expression in the central nervous system of Lewis rats with experimental autoimmune encephalomyelitis

Fibronectin (FN), a large family of plasma and extracellular matrix (ECM) glycoproteins, plays an important role in leukocyte migration. In normal central nervous system (CNS), a fine and delicate mesh of FN is virtually restricted to the basal membrane of cerebral blood vessels and to the glial limitans externa. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an inflammatory CNS demyelinating disease, was induced in Lewis rats with a spinal cord homogenate. During the preclinical phase and the onset of the disease, marked immunolabelling was observed on the endothelial luminal surface and basal lamina of spinal cord and brainstem microvasculature. In the paralytic phase, a discrete labelling was evident in blood vessels of spinal cord and brainstem associated or not with an inflammatory infiltrate. Conversely, intense immunolabelling was present in cerebral and cerebellar blood vessels, which were still free from inflammatory cuffs. Shortly after clinical recovery minimal labelling was observed in a few blood vessels. Brainstem and spinal cord returned to normal, but numerous inflammatory foci and demyelination were still evident near the ventricle walls, in the cerebral cortex and in the cerebellum. Intense expression of FN in brain vessels ascending from the spinal cord towards the encephalon preceded the appearance of inflammatory cells but faded away after the establishment of the inflammatory cuff. These results indicate an important role for FN in the pathogenesis of CNS inflammatory demyelinating events occurring during EAE.

Serum cytokine levels in autoimmune and non-autoimmune hyperthyroid states

Although the role of interleukin-2 (IL-2) and interferon gamma (gIFN) is still poorly understood in hyperthyroid diseases, it is reasonable to assume that these cytokines may be present at higher levels in Graves' disease (GD) than in other primarily non-autoimmune thyroid diseases. In order to look for an easy method to distinguish GD from primarily non-autoimmune causes of hyperthyroidism, we compared 13 healthy individuals with 21 treated and untreated hyperthyroid GD patients and with 19 patients with hyperthyroidism due to other etiologies: 7 cases of multinodular goiter, 5 cases of excessive hormone replacement and 7 cases of amiodarone-associated hyperthyroidism. All patients presented low TSH levels and a dubious clinical thyroid state. We found a good correlation between TSH and serum IL-2 levels (r = 0.56; P<0.01). Serum IL-2 (P<0.01) and gIFN (P<0.01) levels were lower in the hyperthyroid group of patients than in control subjects, suggesting a depressed TH1 pattern in the T-cell subset of hyperthyroid patients. GD had normal IL-2 levels, while patients with other forms of thyrotoxicosis presented decreased IL-2 levels (P<0.05). There was no difference between treated and untreated GD patients. We suggest that the direct measurement of serum IL-2 level may help to confirm hyperthyroidism caused by GD.

The anti-IRBP IgG1 and IgG2a response does not correlate with susceptibility to experimental autoimmune uveitis

Susceptibility to experimental autoimmune uveitis (EAU) in inbred mice has been associated with a dominant Th1 response. Elevated anti-inter-photoreceptor retinoid-binding protein (anti-IRBP) IgG2a/IgG1 antibody ratios have been implicated as candidate markers to predict disease severity. In the present study, both the anti-IRBP antibody isotype and severity of EAU phenotypes were examined in 4 non-isogenic genetically selected mouse lines to determine if they can be used as general markers of disease. Mice between 8 and 12 weeks old selected for high (H III) or low (L III) antibody response and for maximum (AIR MAX) or minimum (AIR MIN) acute inflammatory reaction (AIR) were immunized with IRBP. Each experiment was performed with at least 5 mice per group. EAU was evaluated by histopathology 21 days after immunization and the minimal criterion was inflammatory cell infiltration of the ciliary body, choroid and retina. Serum IgG1- and IgG2a-specific antibodies were determined by ELISA. EAU was graded by histological examination of the enucleated eyes. The incidence of EAU was lower in AIR MIN mice whereas in the other strains approximately 40% of the animals developed the disease. Low responder animals did not produce anti-IRBP IgG2a antibodies or interferon-gamma. No correlation was observed between susceptibility to EAU and anti-IRBP isotype profiles. Susceptibility to EAU is related to the intrinsic capacity to mount higher inflammatory reactions and increased production of anti-IRBP IgG2a isotype is not necessarily a marker of this immunologic profile.

Baicalin reduces the severity of experimental autoimmune encephalomyelitis

Scutellaria baicalensis Georgi is one of the important medicinal herbs widely used for the treatment of various inflammatory diseases in Asia. Baicalin (BA) is a bioactive anti-inflammatory flavone found abundantly in Scutellaria baicalensis Georgi. To explore the therapeutic potential of BA, we examined the effects of systemic administration of the flavone (5 and 10 mg/kg, ip) on relapsing/remitting experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) induced by proteolipid protein 139-151 in SJL/J mice, an experimental model of multiple sclerosis. The mice treated with PBS or BA at day -1 and for 3 consecutive days were observed daily for clinical signs of disease up to 60 days after immunization. In the PBS-EAE group, neurological scores were: incidence (100%), mean day of onset (8.0 ± 0.73), peak clinical score (3.0 ± 0.4), and cumulative disease index (141.8 ± 19.4). In the BA-EAE group (5 or 10 mg kg-1 day-1, respectively), incidence (95 or 90%), mean day of onset (9.0 ± 0.80 or 9.2 ± 0.75; P = 0.000), peak clinical score (2.2 ± 0.3 or 2.0 ± 0.3; P = 0.000), and cumulative disease index (75.9 ± 10.1 or 62.9 ± 8.4; P = 0.000) decreased, accompanied by the histopathological findings (decrease of dense mononuclear infiltration surrounding vascellum) for the spinal cord. Additionally, the in vitro effects of BA (5, 10, and 25 µM) on mononuclear cells collected from popliteal and inguinal lymph nodes of day-10 EAE mice were evaluated using an MTT reduction assay for cell proliferation, and ELISA to measure IFN-g and IL-4 cytokines. Compared with the control group, BA caused an increase in IL-4 (EAE-DMSO: 3.56 ± 0.42 pg/mL vs EAE-BA (5, 10, and 25 µM): 6.03 ± 1.1, 7.83 ± 0.65, 10.54 ± 1.13 pg/mL, respectively; P < 0.001); but inhibited IFN-g (EAE-DMSO: 485.76 ± 25.13 pg/mL vs EAE-BA (5, 10, and 25 µM): 87.08 ± 9.24, 36.27 ± 5.44, 19.18 ± 2.93 pg/mL, respectively; P < 0.001) and the proliferation of mononuclear cells (EAE-DMSO: 0.73 ± 0.021 vs EAE-BA (5, 10, and 25 µM): 0.41 ± 0.015, 0.31 ± 0.018, 0.21 ± 0.11, respectively; P < 0.001) in a concentration-dependent manner. The results suggest that BA might be effective in the treatment of multiple sclerosis.

The use of stem cells for the treatment of autoimmune diseases

Autoimmune diseases constitute a heterogeneous group of conditions commonly treated with anti-inflammatory, immunosuppressant and immunomodulating drugs, with satisfactory results in most cases. Nevertheless, some patients become resistant to conventional therapy. The use of high doses of drugs in such cases results in the need for bone marrow reconstitution, a situation which has stimulated research into the use of hematopoietic stem cells in autoimmune disease therapy. Stem cell transplantation in such diseases aims to destroy the self-reacting immune cells and produce a new functional immune system, as well as substitute cells for tissue damaged in the course of the disease. Significant results, such as the reestablishment of tolerance and a decrease in the recurrence of autoimmune disease, have been reported following stem cell transplantation in patients with autoimmune disease in Brazil and throughout the world. These results suggest that stem cell transplantation has the potential to become an important therapeutic approach to the treatment of various autoimmune diseases including rheumatoid arthritis, juvenile idiopathic arthritis, systemic lupus erythematosus, multiple sclerosis, systemic sclerosis, Crohn's disease, autoimmune blood cytopenias, and type I diabetes mellitus.

Autoimmune diseases in the TH17 era

A new subtype of CD4+ T lymphocytes characterized by the production of interleukin 17, i.e., TH17 cells, has been recently described. This novel T cell subset is distinct from type 1 and type 2 T helper cells. The major feature of this subpopulation is to generate significant amounts of pro-inflammatory cytokines, therefore appearing to be critically involved in protection against infection caused by extracellular microorganisms, and in the pathogenesis of autoimmune diseases and allergy. The dynamic balance among subsets of T cells is important for the modulation of several steps of the immune response. Disturbances in this balance may cause a shift from normal immunologic physiology to the development of immune-mediated disorders. In autoimmune diseases, the fine balance between the proportion and degree of activation of the various T lymphocyte subsets can contribute to persistent undesirable inflammatory responses and tissue replacement by fibrosis. This review highlights the importance of TH17 cells in this process by providing an update on the biology of these cells and focusing on their biology and differentiation processes in the context of immune-mediated chronic inflammatory diseases.

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.

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.

The Autoimmune Tautology: An In Silico Approach

There is genetic evidence of similarities and differences among autoimmune diseases (AIDs) that warrants looking at a general panorama of what has been published. Thus, our aim was to determine the main shared genes and to what extent they contribute to building clusters of AIDs. We combined a text-mining approach to build clusters of genetic concept profiles (GCPs) from the literature in MedLine with knowledge of protein-protein interactions to confirm if genes in GCP encode proteins that truly interact. We found three clusters in which the genes with the highest contribution encoded proteins that showed strong and specific interactions. After projecting the AIDs on a plane, two clusters could be discerned: Sjögren’s syndrome—systemic lupus erythematosus, and autoimmune thyroid disease—type1 diabetes—rheumatoid arthritis. Our results support the common origin of AIDs and the role of genes involved in apoptosis such as CTLA4, FASLG, and IL10.

Introducing polyautoimmunity: secondary autoimmune diseases no longer exist

Similar pathophysiological mechanisms within autoimmune diseases have stimulated searches for common genetic roots. Polyautoimmunity is defined as the presence of more than one autoimmune disease in a single patient. When three or more autoimmune diseases coexist, this condition is called multiple autoimmune syndrome (MAS). We analyzed the presence of polyautoimmunity in 1,083 patients belonging to four autoimmune disease cohorts. Polyautoimmunity was observed in 373 patients (34.4%). Autoimmune thyroid disease (AITD) and Sjögren's syndrome (SS) were the most frequent diseases encountered. Factors significantly associated with polyautoimmunity were female gender and familial autoimmunity. Through a systematic literature review, an updated search was done for all MAS cases (January 2006–September 2011). There were 142 articles retrieved corresponding to 226 cases. Next, we performed a clustering analysis in which AITD followed by systemic lupus erythematosus and SS were the most hierarchical diseases encountered. Our results indicate that coexistence of autoimmune diseases is not uncommon and follows a grouping pattern. Polyautoimmunity is the term proposed for this association of disorders, which encompasses the concept of a common origin for these diseases.