The potential role of innate immune memory in Multiple Sclerosis disease using experimental autoimmune encephalomyelitis mouse model

Abstract

Estudos recentes demonstraram que a memória imune também está presente nas células do sistema imune inato. No cérebro, esta memória imune inata é predominantemente mediada pela microglia, e foi demonstrado que, diferentes regimes de injeções periféricas com um componente da membrana externa de bactérias Gram-negativas, o lipopolissacarídeo (LPS), são capazes de induzir fenótipos distintos na microglia: “treinada” ou “tolerante”. Neste contexto, foi recentemente demonstrado que o “treino” imunológico promove a patologia da doença de Alzheimer e do acidente vascular cerebral, enquanto que a “tolerância” alivia estas condições. No entanto, nada é sabido sobre o seu impacto na esclerose múltipla. Assim sendo, neste trabalho, a hipótese é que a modulação destas células para um fenótipo mais “tolerante” (4X LPS) em termos imunológicos poderá promover neuroprotecção e diminuir a resposta inflamatória associada à esclerose múltipla. Para isso, foi administrada em fêmeas C57BL/6 uma única injeção de LPS para induzir o “treino” (1X LPS) imunológico ou quatro injeções consecutivas de LPS para induzir uma “tolerância” (4X LPS) imunológica. Um mês depois, estes animais foram induzidos com a encefalomielite autoimune experimental (EAE), um dos modelos animais de esclerose múltipla mais estudados, e foram posteriormente sacrificados no pico (dia 17) e na fase crónica da doença (dia 29), juntamente com os controlos não induzidos. Em relação ao score clínico dos animais, não encontramos diferenças significativas no desenvolvimento da doença nos animais injetados com LPS, demonstrando que o pré-tratamento com LPS não estão a influenciar o aparecimento e desenvolvimento da doença. Apesar desta observação, a nível molecular verificamos que animais EAE expostos a um estimulo que induz o “treino” imunológico expressam mais interleucina (Il)-6 e Gfap na fase do pico da doença, e uma maior percentagem de áreas de lesão na fase crónica da doença, em comparação com animais EAE expostos a um estimulo que induz a “tolerância” imunológica e com animais EAE controlo. Em suma, este trabalho sugere que uma modulação da memória das células imunes inatas residentes no sistema nervoso central pode ter um leve papel na patogenicidade da doença, sem ter um impacto na severidade da doença. No entanto estudos futuros são necessários para se perceber melhor sobre os mecanismos que poderão estar subadjacentes ao “treino” e “tolerância” imunológica no modelo EAE e na esclerose múltipla.

Recent studies showed that immune memory is also present in the cells of the innate immune system. In the brain, this innate immune memory is predominantly mediated by microglia, and it was demonstrated that, different regiments of peripheral injection of lipopolysaccharide (LPS), which is a component derived from the outer membrane of Gram-negative bacteria, are able to induce microglia immune training or tolerance. In this context, it was recently shown that immune training promotes Alzheimer’s disease (AD) and stroke pathology, while tolerance alleviates these conditions. However, nothing is known about its impact in multiple sclerosis (MS). Therefore, in this work, we hypothesized that modulation of these cells towards immune tolerance could also promote neuroprotection and reduce disease burden. For that, we gave to C57BL/6 females a single intraperitoneal injection of LPS to induce training (1X LPS) and four consecutive injections of LPS to induce tolerance (4X LPS). One-month later, these animals were challenged with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) – one of the most studied animal models of MS – and were sacrificed at the onset (day 17) and at the chronic phase of the disease (day 29), along with non-induced controls. Herein, we analyzed the disease course of EAE animals, showing that the LPS pretreatment conditions are not influencing the overall disease development. Nevertheless, we observed that animals exposed to a training-induced stimulus (1X LPS) expressed more interleukin (Il)-6 and glial fibrillary acidic protein (Gfap) at the onset phase of disease, and a higher percentage of lesioned areas at the chronic phase of disease, in comparison to EAE animals exposed to a tolerance-induced stimulus (4X LPS) and to EAE control animals. In summary, this work suggests that modulation of central nervous system resident innate immune cells memory may play a slightly role in disease pathogenesis, without having an impact on disease severity. This may provide insights for further investigation on the mechanisms behind this acute immune training and acute immune tolerance in EAE model.