Crosslinking immunity and metabolism during Leishmania infection

Abstract

As escolhas metabólicas condicionam a função das células imunes e o decorrer da infeção. Os agentes patogénicos evoluíram com os hospedeiros, desenvolvendo estratégias para aumentar a sobrevivência através do bloqueio das capacidades microbicidas do hospedeiro: através do sequestro do metabolismo do hospedeiro e controlo da polarização de células imunes. Observou-se que na ausência do fator HIF-1a ocorria um aumento da lipogénese em células mieloides infetadas com Leishmania donovani, através do eixo BNIP3/mTOR/SREBP-1c, que levou a um aumento de suscetibilidade a estes parasitas. A perda de função decorrente do polimorfismo no gene HIF1A recapitulou as observações anteriores, uma vez que macrófagos de indivíduos com o genótipo CT/TT acumularam mais lípidos e revelaram-se mais suscetíveis. Esta suscetibilidade foi revertida através do bloqueio da lipogénese, realçando a importância da acumulação de lípidos para a infeção. A susceptibilidade de ratinhos mHIF-1a-/- cronicamente infetados deriva da exaustão de linfócitos T. Observou-se um aumento de expressão do recetor TIM-3 em linfócitos T no baço de ratinhos mHIF-1a-/- infetados, assim como perda da produção de citoquinas efetoras. Observou-se, igualmente, um aumento do número de células mielóides produtoras de IL-10, sugerindo que um ambiente imunossupressor poderá contribuir para a exaustão de células T. Estes resultados sugerem que abordagens imunoterapêuticas poderão revitalizar os linfócitos T durante a cronicidade e contribuir para a eliminação do parasita. Uma vez a IL-10 foi associada a imunossupressão, decidiu-se estudar o impacto desta citoquina em diferentes etapas da infeção. Induziu-se a expressão de IL-10 na etapa inicial e tardia de infeção por L. donovani, usando ratinhos pMT-10. Observou-se que a expressão de IL-10 nas etapas iniciais culminaram num aumento da carga parasitária no baço e fígado, assim como na perda de linfócitos T multifuncionais e diminuição do ratio IFN-g/IL-10, indicativo de menor proteção contra a infeção. Finalmente, foi proposto dissecar o papel do tecido adiposo branco como reservatório de L. donovani. Estes resultados demonstram que os parasitas são capazes de acumular no tecido adiposo branco, especialmente em ratinhos com excesso de peso, sugerindo um novo reservatório que pode alterar a resposta do hospedeiro às terapias antiparasíticas. Este trabalho realça a importância das redes imunometabólicas durante a infeção, enfatizando a complexidade das interações patogénio-hospedeiro. Estudando esta interface dinâmica, demonstrou-se como este conhecimento pode ajudar a desenvolver novas terapias.

It is now accepted that metabolic choices condition immune cell function and the outcome of infection. Pathogens have evolved closely with their hosts, thus developing strategies to optimize and enhance their survival by hindering host’s microbicidal capacity. Pathogens actively hijack host metabolism to fulfill their bioenergetic and biosynthetic needs and control immune cell polarization. We showed that genetic deficiency of HIF-1a increased lipogenesis in Leishmania donovani-infected myeloid cells through the BNIP3/mTOR/SREBP-1c axis, which contributed to increased susceptibility, both in vitro and in vivo. A loss-of-function SNP in the human HIF1A gene recapitulated previous findings, as macrophages from individuals with the CT/TT genotype accumulated more lipids and were more susceptible to infection. This susceptibility was reversed through blockade of lipogenesis, highlighting the importance of lipid accumulation during infection. During chronicity, myeloid-restricted HIF-1a-/- mice (mHIF-1a-/-) susceptibility associated with T cell exhaustion. We found increased expression of TIM-3 in T cells from the spleen of infected mHIF- 1a-/- mice, as well as loss of effector cytokine production. Higher levels of IL-10-producing myeloid cells were also found, suggesting an immunosuppressive environment that may contribute to T cell exhaustion. This suggests that immunotherapeutic approaches may reinvigorate T cells during chronic infection and contribute to pathogen clearance. As IL-10 has been vastly associated to immunosuppression, we sought to study its impact in different stages of Leishmania infection. We induced IL-10 overexpression both at early and late stages of L. donovani infection, using the pMT- 10 mouse model. IL-10 overexpression early after infection increased parasite burden in both the spleen and liver and led to loss of multifunctional CD4 T cells and decreased IFN-g/IL-10 ratios, indicative of lower protection against infection. Finally, we proposed to dissect the role of white adipose tissue as a reservoir during leishmaniasis, as we showed that lipid-rich environments are permissive niches. Our data demonstrates that these parasites are capable of accumulating in the white adipose tissue. This was particularly evident in overweighted mice, suggesting the existence of a new, undiscovered reservoir that can alter host response to antileishmanial therapies. The work here presented highlights the importance of the immunometabolic network during Leishmania infection, while emphasizing the complexity inherent to host-pathogen interactions. By tackling different cornerstones of this dynamic interface, we demonstrated how this knowledge can be translated into the development of innovative antileishmanial therapies.