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La sclerosi multipla (SM) è una malattia cronica progressiva infiammatoria e demielinizzante del sistema nervoso centrale, di origine autoimmune. Si distinguono 4 fenotipi: la sindrome clinicamente isolata e le forme recidivante-remittente (RR), secondariamente progressiva (SP) e primariamente progressiva (PP). Non esiste una cura, ma attualmente sono approvati trattamenti modificanti la malattia (DMT) per la forma RR.
Le cellule che contribuiscono alla patogenesi della SM comprendono le cellule B, T CD4+, CD8+ e regolatorie, le cellule dell’immunità innata e i linfociti T innate-like, identificati di recente. Essi includono le cellule natural killer T invarianti (iNKT), una piccola popolazione di linfociti che esprimono un recettore delle cellule T (TCR) semi-invariante e marcatori delle cellule natural killer, e riconoscono antigeni lipidici. Diversi studi hanno riportato difetti numerici e funzionali delle iNKT nella SM e non è ancora chiaro se esse hanno un ruolo protettivo o pro-infiammatorio e dannoso; inoltre, non è mai stata riportata una caratterizzazione dettagliata del fenotipo e della funzionalità delle iNKT nelle diverse forme di SM e durante la terapia con diversi DMT.
Abbiamo arruolato 165 pazienti con SM e 55 controlli sani. Abbiamo analizzato le iNKT circolanti e la loro produzione di citochine dopo stimolazione. La frequenza delle iNKT era simile nei pazienti con diverse forme e trattamenti di SM; era però presente una deviazione T helper (Th) 1/Th17, più marcata nei pazienti SP, che avevano una produzione maggiore di interleuchina (IL)-17 da parte delle iNKT CD4+ e CD8+. Questo suggerisce che questa forma è caratterizzata da un’attivazione continua delle iNKT e da un’inclinazione verso un fenotipo pro-infiammatorio costante. Inoltre, il natalizumab (un anticorpo monoclonale che lega l’integrina α4β1) modulava una riduzione delle iNKT producenti citochine Th1 e Th17, sembrando inibire la loro azione pro-infiammatoria.
In questo studio abbiamo valutato anche le caratteristiche fenotipiche e funzionali dei linfociti T convenzionali: le forme progressive di SM avevano una percentuale aumentata di cellule T CD4+ e diminuita di cellule T CD8+, e i pazienti PP avevano alti livelli di cellule T CD8+ producenti interferone-γ e IL-17. Da qui ci siamo focalizzati sulle forme progressive e sul loro metabolismo delle cellule T. Quando, dopo il legame del TCR, le cellule T si attivano, proliferano e si differenziano in cellule effettrici, e passano da un metabolismo respiratorio ad uno glicolitico. Sebbene tali cambiamenti siano cruciali per il destino e la funzione delle cellule T, ci sono pochi dati sui loro profili metabolici e sulla funzionalità mitocondriale nella SM.
Tra i pazienti progressivi reclutati, abbiamo caratterizzato lo stato di differenziamento e attivazione delle cellule T: i pazienti PP avevano un’alta percentuale di cellule T CD8+ terminalmente differenziate e livelli bassi di cellule T CD8+ naïve. Dal punto di vista metabolico, dopo stimolazione, essi avevano una diversa modulazione dei fattori di trascrizione che orchestrano il cambiamento metabolico, una sovraregolazione del trasportatore 1 del glucosio nelle cellule T CD4+, e elevate cellule T CD4+ e CD8+ di memoria effettrici con la proteina ribosomiale S6 fosforilata, un marcatore di attivazione della proteina mammalian target of rapamycin. Dato che la respirazione avviene nei mitocondri, abbiamo misurato la massa, l’O2- e il potenziale di membrana mitocondriali: i pazienti PP avevano mitocondri più piccoli e un potenziale di membrana ridotto. Questi dati suggeriscono che le cellule T dei pazienti PP passano più rapidamente e facilmente a cellule effettrici, mediando probabilmente una progressione di malattia veloce.

Multiple sclerosis (MS) is a chronic progressive inflammatory demyelinating disorder of the central nervous system, and is presumed to be an autoimmune disease. Four clinical phenotypes are recognized: clinically isolated syndrome, relapsing-remitting (RR), secondary progressive (SP) and primary progressive (PP). No curative treatment is available, but disease-modifying therapies (DMTs) are currently approved for RR form. The immune cells participating in MS pathogenesis comprise B cells, CD4+, CD8+ and regulatory T cells, as well as innate immunity cells, and recently identified innate-like T lymphocytes. These include invariant natural killer T (iNKT) cells, a small population of lymphocytes that express a semi-invariant T cell receptor (TCR) and natural killer cell markers, and recognize lipid antigens. Several studies have reported numerical and functional iNKT cell defects in MS, and it is yet not clear whether they exert a protective or a pro-inflammatory and harmful role; moreover, a detailed characterization of iNKT cell phenotype and functionality in different forms of MS and during treatment with distinct DMTs has never been reported. One hundred sixty-five MS patients and 55 healthy controls were enrolled in this study. We characterized circulating iNKT cells, and analyzed their cytokine production after in vitro stimulation. The frequency of iNKT cells was similar among patients with different forms and treatments of MS, but a T helper (Th) 1/Th17 cytokine bias were observed in MS patients. This was most prominent in SP patients, who displayed an increased production of interleukin (IL)-17 by CD4+ and CD8+ iNKT cells, suggesting that this form is characterized by sustained iNKT cell activation and skewing towards a steady pro-inflammatory phenotype. Furthermore, natalizumab (a monoclonal antibody targeting α4β1 integrin) modulated a reduction in iNKT cells producing Th1 and Th17 cytokines, seeming to inhibit their pro-inflammatory action. While investigating iNKT cells, we also evaluated the phenotypic and functional features of conventional T lymphocytes: the progressive forms of MS displayed an increased percentage of CD4+ T cells and a decreased percentage of CD8+ T cells, and PP patients had high levels of CD8+ T cells producing interferon-γ and IL-17. These findings stimulated us to focus on the progressive forms of MS and their T cell metabolism. After TCR engagement, T cells become activated, undergo proliferation, and differentiate into effector cells, altering their metabolism by switching from respiration to glycolysis. Although metabolic changes are crucial for T cell fate and function, there are few data concerning metabolic profiles and mitochondrial (mt) functionality of T cell subsets in MS. Among the recruited progressive patients, we characterized T cell phenotype in terms of differentiation and activation status, and we found that PP patients displayed a high percentage of CD8+ terminally differentiated T cells, along with low levels of CD8+ naïve T cells. From a metabolic point of view, after in vitro stimulation, PP patients were characterized by a different modulation of the transcription factors orchestrating metabolic switch, an upregulation of glucose transporter 1 in CD4+ T cells, and increased CD4+ and CD8+ effector memory T cells with phosphorylated ribosomal protein S6, a marker of mammalian target of rapamycin activation. Considering that respiration takes place in mitochondria, we measured mt mass, mt O2-, and mt membrane potential (MMP), and we observed that PP patients had smaller mitochondria, and decreased MMP. These data suggest that T cells from PP patients shift more rapidly and easily towards effector cells, likely mediating a fast disease progression.