Immunometabolic characterization of human effector B cell subsets in systemic autoimmunity

Abstract

O immunometabolismo é uma área que está a surgir e que explora o impacto dos processos metabólicos na regulação das funções imunitárias. A remodelação metabólica que ocorre após ativação das células imunitárias permite a produção energia e precursores de vias metabólicas, ambos necessários para sustentar os processos de proliferação e diferenciação. Esta remodelação metabólica também tem um papel chave na regulação da resposta e funções imunitárias. Os linfócitos B desempenham funções vitais no desenvolvimento e progressão de doenças autoimunes como a Artrite Reumatoide (RA) e o Lupus Sistémico Eritematoso (SLE). As características metabólicas de linfócitos T na autoimunidade estão a ser revelados, no entanto, não existem ainda estudos sobre o metabolismo dos linfócitos B num contexto de autoimunidade. Dado o papel essencial dos linfócitos B em doenças autoimunes, o estudo do metabolismo destes linfócitos é de extrema importância podendo mesmo contribuir para a descoberta de novos alvos para novas terapias. Este é o primeiro estudo que visa caracterizar o metabolismo dos linfócitos B em pacientes com RA e SLE.No nosso estudo foram isolados linfócitos B naïve (CD27-) e de memória (CD27+) do sangue periférico de pacientes com RA e SLE. Para além de estimular os linfócitos em condições de hipoxia, também era nosso objetivo tentar inibir algumas vias metabólicas e perceber como esta inibição podia afetar o metabolismo celular e as funções imunitárias. Deste modo, inibimos a glicólise, a oxidação fosforilativa e o regulador metabólico mTOR. De modo a avaliar os efeitos da estimulação e inibição usadas, foram verificados parâmetros como expressão de enzimas metabólicas, taxas de consumo de glucose e de produção de lactato, e os níveis de produção de imunoglobulinas e citocinas. Para além disso, verificámos a expressão génica de linfócitos B efetores do sangue periférico de pacientes com RA e SLE.Os resultados obtidos mostraram que os linfócitos B controlo e RA quando estimulados exibiam um perfil puramente glicolítico. Por outro lado, os linfócitos B de pacientes com SLE apresentaram baixos níveis de lactato o que indica uma redução na utilização da via glicolítica. Os inibidores usados tiveram um efeito quase nulo na expressão enzimática e no metabolismo. No entanto, estes inibidores conseguiram suprimir a produção de anticorpos no grupo SLE. Este resultado não se verificou no caso das citocinas pois a inibição metabólica permitiu simultaneamente o aumento da secreção de citocinas pro-inflamatórias e anti-inflamatórias em ambos os grupos autoimunes. A expressão génica de células efetoras permitiu inferir que plasmoblastos de pacientes com SLE possuem um perfil mais glicolítico quando comparados a controlos saudáveis.Deste modo, os resultados obtidos permitem concluir que o metabolismo dos linfócitos B está alterado na autoimunidade e a caracterização destas alterações pode ser essencial para o tratamento de RA e SLE.

Immunometabolism is an exciting emerging field that explores the impact of metabolic processes in the regulation of immune cell function. Metabolic remodeling upon immune cell activation allows the production of energy and biosynthetic precursors necessary for normal differentiation and proliferation and has a key regulatory role in immune response and effector function. B cells play a vital role in the development and maintenance of autoimmune diseases such as Rheumatoid Arthritis (RA) and Systemic Lupus Erythematosus (SLE). The metabolic configurations of T cells in autoimmunity are starting to be unraveled, however, there are no reports studying the metabolism of B cells in autoimmune context. Moreover, given the essential role of B cells in autoimmunity, it is of utterly importance to unravel the metabolic configurations of B cells in such maladies which, perhaps, could provide new targets for alternative therapies to current treatments. This is to the best of our knowledge the first study that attempt to characterize the metabolism of B cells from RA and SLE patients.In our study we isolated naïve (CD27-) and memory (CD27+) B cells from the peripheral blood of RA and SLE patients. Besides stimulating the cells under hypoxia, we also attempted to inhibit some metabolic pathways in order to understand how it may impact cellular metabolism and effector functions. Therefore, we aimed to inhibit glycolysis, oxidative phosphorylation and the main metabolic regulator mTOR. To evaluate the effects of stimulation and inhibition we measured the expression of key metabolic enzymes, the glucose consumption and lactate production rates, the levels of immunoglobulin and cytokine production. We also evaluated the gene expression of antigen-specific B cell subsets isolated from the peripheral blood of RA and SLE patients.The results we obtained showed that control B and RA cells exhibited a purely glycolytic profile upon stimulation. Oppositely, in B cells from SLE patients the levels of lactate production were reduced indicating a downregulation of glycolysis. The metabolic inhibition had scarcely any effect on enzymatic expression and intermediary metabolism. Nevertheless, we successfully downregulated antibody secretion in the SLE group, however this pattern was not so clear in cytokine secretion because we could simultaneously promote upregulation of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines for both autoimmune subsets. The gene expression assay showed that plasmablasts SLE patients might exhibit a more glycolytic profile when compared to healthy controls.Together these results suggest that the metabolism of B cells is altered in autoimmunity and understanding these changes could be essential for treating RA and SLE.