Activin-A limits Th17 pathogenicity and autoimmune neuroinflammation via CD39 and CD73 ectonucleotidases and Hif1-α–dependent pathways

In multiple sclerosis (MS), Th17 cells are critical drivers of autoimmune central nervous system (CNS) inflammation and demyelination. Th17 cells exhibit functional heterogeneity fostering both pathogenic and nonpathogenic, tissue-protective functions. Still, the factors that control Th17 pathogenicity remain incompletely defined. Here, using experimental autoimmune encephalomyelitis, an established mouse MS model, we report that therapeutic administration of activin-A ameliorates disease severity and alleviates CNS immunopathology and demyelination, associated with decreased activation of Th17 cells. In fact, activin-A signaling through activin-like kinase-4 receptor represses pathogenic transcriptional programs in Th17-polarized cells, while it enhances antiinflammatory gene modules. Whole-genome profiling and in vivo functional studies revealed that activation of the ATP-depleting CD39 and CD73 ectonucleotidases is essential for activin-A–induced suppression of the pathogenic signature and the encephalitogenic functions of Th17 cells. Mechanistically, the aryl hydrocarbon receptor, along with STAT3 and c-Maf, are recruited to promoter elements on Entpd1 and Nt5e (encoding CD39 and CD73, respectively) and other antiinflammatory genes, and control their expression in Th17 cells in response to activin-A. Notably, we show that activin-A negatively regulates the metabolic sensor, hypoxia-inducible factor-1α, and key inflammatory proteins linked to pathogenic Th17 cell states. Of translational relevance, we demonstrate that activin-A is induced in the CNS of individuals with MS and restrains human Th17 cell responses. These findings uncover activin-A as a critical controller of Th17 cell pathogenicity that can be targeted for the suppression of autoimmune CNS inflammation

Activin-A co-opts IRF4 and AhR signaling to induce human regulatory T cells that restrain asthmatic responses

Type 1 regulatory T (Tr1) cells play a pivotal role in restraining human T-cell responses toward environmental allergens and protecting against allergic diseases. Still, the precise molecular cues that underlie their transcriptional and functional specification remain elusive. Here, we show that the cytokine activin-A instructs the generation of CD4+ T cells that express the Tr1-cell–associated molecules IL-10, inducible T-Cell costimulator (ICOS), lymphocyte activation gene 3 protein (LAG-3), and CD49b, and exert strongly suppressive functions toward allergic responses induced by naive and in vivo-primed human T helper 2 cells. Moreover, mechanistic studies reveal that activin-A signaling induces the activation of the transcription factor interferon regulatory factor (IRF4), which, along with the environmental sensor aryl hydrocarbon receptor, forms a multipartite transcriptional complex that binds in IL-10 and ICOS promoter elements and controls gene expression in human CD4+ T cells. In fact, IRF4 silencing abrogates activin-A– driven IL10 and ICOS up-regulation and impairs the suppressive functions of human activin-A–induced Tr1-like (act-A–iTr1) cells. Importantly, using a humanized mouse model of allergic asthma, we demonstrate that adoptive transfer of human act-A–iTr1 cells, both in preventive and therapeutic protocols, confers significant protection against cardinal asthma manifestations, including pulmonary inflammation. Overall, our findings uncover an activin-A–induced IRF4-aryl hydrocarbon receptor (AhR)–dependent transcriptional network, which generates suppressive human Tr1 cells that may be harnessed for the control of allergic diseases

Activin-A induces regulatory T cells that suppress T helper cell immune responses and protect from allergic airway disease

Activin-A is a pleiotropic cytokine that participates in developmental, inflammatory, and tissue repair processes. Still, its effects on T helper (Th) cell–mediated immunity, critical for allergic and autoimmune diseases, are elusive. We provide evidence that endogenously produced activin-A suppresses antigen-specific Th2 responses and protects against airway hyperresponsiveness and allergic airway disease in mice. Importantly, we reveal that activin-A exerts suppressive function through induction of antigen-specific regulatory T cells that suppress Th2 responses in vitro and upon transfer in vivo. In fact, activin-A also suppresses Th1-driven responses, pointing to a broader immunoregulatory function. Blockade of interleukin 10 and transforming growth factor β1 reverses activin-A–induced suppression. Remarkably, transfer of activin-A–induced antigen-specific regulatory T cells confers protection against allergic airway disease. This beneficial effect is associated with dramatically decreased maturation of draining lymph node dendritic cells. Therapeutic administration of recombinant activin-A during pulmonary allergen challenge suppresses Th2 responses and protects from allergic disease. Finally, we demonstrate that immune cells infiltrating the lungs from individuals with active allergic asthma, and thus nonregulated inflammatory response, exhibit significantly decreased expression of activin-A's responsive elements. Our results uncover activin-A as a novel suppressive factor for Th immunity and a critical controller of allergic airway disease

Dendritic Cells: Critical Regulators of Allergic Asthma

Allergic asthma is a chronic inflammatory disease of the airways characterized by airway hyperresponsiveness (AHR), chronic airway inflammation, and excessive T helper (Th) type 2 immune responses against harmless airborne allergens. Dendritic cells (DCs) represent the most potent antigen-presenting cells of the immune system that act as a bridge between innate and adaptive immunity. Pertinent to allergic asthma, distinct DC subsets are known to play a central role in initiating and maintaining allergen driven Th2 immune responses in the airways. Nevertheless, seminal studies have demonstrated that DCs can also restrain excessive asthmatic responses and thus contribute to the resolution of allergic airway inflammation and the maintenance of pulmonary tolerance. Notably, the transfer of tolerogenic DCs in vivo suppresses Th2 allergic responses and protects or even reverses established allergic airway inflammation. Thus, the identification of novel DC subsets that possess immunoregulatory properties and can efficiently control aberrant asthmatic responses is critical for the re-establishment of tolerance and the amelioration of the asthmatic disease phenotype

Μελέτη του ρόλου της κυτταροκίνης ακτιβίνης Α σε ανοσοαπαντήσεις τύπου ΙΙ με χρήση in vivo πειραματικών μοντέλων

Συζήτηση: Η ακτιβίνη Α είναι μία κυτταροκίνη που συμμετέχει κυρίως σε θεμελιώδη βιολογικά φαινόμενα όπως η ίνωση, η ανάπτυξη, η αναπαραγωγή και οι μεσολαβούμενες από μονοκύτταρα φλεγμονώδεις αποκρίσεις [48]. Στην παρούσα μελέτη, τα πειραματικά μας ευρήματα υποδεικνύουν ότι η ακτιβίνη Α είναι μία κυτταροκίνη με ανοσοκατασταλτική δράση για τις αντιγονοειδικές αποκρίσεις που μεσολαβούνται από Th κύτταρα. Ειδικότερα, δείξαμε για πρώτη φορά ότι η ακτιβίνη Α επάγει τη δημιουργία αντιγονοειδικών T ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων τα οποία καταστέλλουν τις αποκρίσεις των Th2 δραστικών κυττάρων in vitro και in vivo και προσφέρουν προστασία από την επαγόμενη από Th2 δραστικά κύτταρα αλλεργική φλεγμονή των αεραγωγών. Επιπροσθέτως, δείξαμε ότι η επαγόμενη από την ακτιβίνη Α ανοσολογική ρύθμιση επηρεάζει και τις αποκρίσεις των Th1 δραστικών κυττάρων, υποδηλώνοντας μία γενικευμένη ανοσοκατασταλτική δράση της κυτταροκίνης αυτής. Αρχικά, τα ευρήματά μας έδειξαν ότι η παρεμπόδιση της δράσης της ενδογενούς ακτιβίνης Α κατά τη φάση επανέκθεσης στο αλλεργιογόνο, που αποτελεί και την πιο σημαντική κλινικά φάση, είχε ως αποτέλεσμα τη χειροτέρευση του ασθματικού φαινοτύπου. Αυτό φάνηκε από την αύξηση της υπεραντίδρασης των αεραγωγών, του ολικού αριθμού των διηθούντων κυττάρων και κυρίως των ηωσινόφιλων στο BAL, την αυξημένη έκκριση των τύπου ΙΙ κυτταροκινών και χημειοκινών στους μεσοθωράκιους λεμφαδένες και τον πνεύμονα και τις αυξημένες συγκεντρώσεις των ειδικών για την OVA, αντισωμάτων IgG1 και IgE. Συμπερασματικά, η παρεμπόδιση της δράσης της ακτιβίνης Α οδήγησε σε επιδείνωση όλων των βασικών χαρακτηριστικών της αλλεργικής φλεγμονής των αεραγωγών στα ποντίκια. Συνεπώς, η ενδογενής ακτιβίνη Α έχει προστατευτική δράση ενάντια στις μεσολαβούμενες από Th2 δραστικά κύτταρα αλλεργικές αποκρίσεις στον πνεύμονα. Σε συμφωνία με τα παραπάνω αποτελέσματα, παρατηρήσαμε ότι όταν συγκαλλιεργήσαμε Th2 κύτταρα που απομονώσαμε από τους λεμφαδένες ποντικιών στα οποία είχαμε χορηγήσει anti-activin-A με CD4+KJ1-26+ T κύτταρα-μάρτυρες αυξήθηκε σημαντικά ο αντιγονοειδικός πολλαπλασιασμός των τελευταίων, υποδηλώνοντας μειωμένη ρύθμιση των αποκρίσεων των T κυττάρων απουσία της ενδογενούς ακτιβίνης Α. Τα παραπάνω συμπεράσματά μας υποστηρίζονται και από την συνολική αύξηση που παρατηρήσαμε στα επίπεδα των τύπου ΙΙ κυτταροκινών ύστερα από παρεμπόδιση της δράσης της ακτιβίνης Α. Ταυτόχρονα, παρατηρήσαμε αύξηση και στα επίπεδα της IL-10 στα υπερκείμενα των καλλιεργειών. Η αύξηση αυτή θα μπορούσε να οφείλεται είτε στη γενικευμένη αύξηση των αντιγονοειδικών αποκρίσεων των Th2 δραστικών κυττάρων στα πλαίσια των οποίων η IL-10 μπορεί να λειτουργήσει ως τύπου ΙΙ κυτταροκίνη είτε σε ενεργοποίηση των μηχανισμών δράσης των επαγόμενων Τ ρυθμιστικών κυττάρων που εκκρίνουν IL-10 (Tr1 cells) προκειμένου να ρυθμίσουν την φλεγμονή. Πραγματοποιώντας in vivo πειράματα μεταφοράς κυττάρων σε ποντίκια, μελετήσαμε αποκλειστικά τον ρόλο της ακτιβίνης Α σε CD4+ T κύτταρα και παρατηρήσαμε ότι η χορήγηση ακτιβίνης Α είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία αντιγονοειδικών T ρυθμιστικών κυττάρων που είναι ικανά να καταστείλουν τις αποκρίσεις άλλων δραστικών Th2 κυττάρων in vivo καθώς και να προστατεύσουν από το αλλεργικό άσθμα. Δεν μπορούμε όμως, να εξαιρέσουμε την πιθανότητα της δράσης της ακτιβίνης Α και σε άλλους υποπληθυσμούς κυττάρων που παίζουν σημαντικό ρόλο κατά την επαγωγή αλλεργικού άσθματος όπως είναι τα επιθηλιακά κύτταρα του πνεύμονα, τα λεΐα μυϊκά κύτταρα και τα σητευτικά κύτταρα. Σε αντίθεση με τα δικά μας αποτελέσματα, μία άλλη μελέτη [66] έδειξε ότι η παρεμπόδιση της δράσης της ακτιβίνης Α με χρήση μονοκλωνικού αντισώματος, είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση των επιπέδων των αντιγονοειδικών αντισωμάτων IgE στον ορό των αλλεργικών ποντικιών. Οι διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ των 2 μελετών μπορεί να οφείλονται στη χρήση διαφορετικών πειραματικών πρωτοκόλλων επαγωγής αλλεργικού άσθματος καθώς και στο γεγονός ότι η άλλη ερευνητική ομάδα παρεμπόδισε τη δράση της ακτιβίνης Α και κατά τη φάση ευαισθητοποίησης και κατά τη φάση επανέκθεσης στο αλλεργιογόνο στον πνεύμονα. Επιπλέον, οι διαφορές αυτές θα μπορούσαν να οφείλονται και στην χρήση διαφορετικών αντισωμάτων τα οποία μπορεί να μπλοκάρουν διαφορετικούς επιτόπους του μορίου της ακτιβίνης Α..

Severe Asthmatic Responses: The Impact of TSLP

Asthma is a chronic inflammatory disease that affects the lower respiratory system and includes several categories of patients with varying features or phenotypes. Patients with severe asthma (SA) represent a group of asthmatics that are poorly responsive to medium-to-high doses of inhaled corticosteroids and additional controllers, thus leading in some cases to life-threatening disease exacerbations. To elaborate on SA heterogeneity, the concept of asthma endotypes has been developed, with the latter being characterized as T2-high or low, depending on the type of inflammation implicated in disease pathogenesis. As SA patients exhibit curtailed responses to standard-of-care treatment, biologic therapies are prescribed as adjunctive treatments. To date, several biologics that target specific downstream effector molecules involved in disease pathophysiology have displayed superior efficacy only in patients with T2-high, eosinophilic inflammation, suggesting that upstream mediators of the inflammatory cascade could constitute an attractive therapeutic approach for difficult-to-treat asthma. One such appealing therapeutic target is thymic stromal lymphopoietin (TSLP), an epithelial-derived cytokine with critical functions in allergic diseases, including asthma. Numerous studies in both humans and mice have provided major insights pertinent to the role of TSLP in the initiation and propagation of asthmatic responses. Undoubtedly, the magnitude of TSLP in asthma pathogenesis is highlighted by the fact that the FDA recently approved tezepelumab (Tezspire), a human monoclonal antibody that targets TSLP, for SA treatment. Nevertheless, further research focusing on the biology and mode of function of TSLP in SA will considerably advance disease management

Targeting NLRP3 Inflammasome Activation in Severe Asthma

Severe asthma (SA) is a chronic lung disease characterized by recurring symptoms of reversible airflow obstruction, airway hyper-responsiveness (AHR), and inflammation that is resistant to currently employed treatments. The nucleotide-binding oligomerization domain-like Receptor Family Pyrin Domain Containing 3 (NLRP3) inflammasome is an intracellular sensor that detects microbial motifs and endogenous danger signals and represents a key component of innate immune responses in the airways. Assembly of the NLRP3 inflammasome leads to caspase 1-dependent release of the pro-inflammatory cytokines IL-1β and IL-18 as well as pyroptosis. Accumulating evidence proposes that NLRP3 activation is critically involved in asthma pathogenesis. In fact, although NLRP3 facilitates the clearance of pathogens in the airways, persistent NLRP3 activation by inhaled irritants and/or innocuous environmental allergens can lead to overt pulmonary inflammation and exacerbation of asthma manifestations. Notably, administration of NLRP3 inhibitors in asthma models restrains AHR and pulmonary inflammation. Here, we provide an overview of the pathophysiology of SA, present molecular mechanisms underlying aberrant inflammatory responses in the airways, summarize recent studies pertinent to the biology and functions of NLRP3, and discuss the role of NLRP3 in the pathogenesis of asthma. Finally, we contemplate the potential of targeting NLRP3 as a novel therapeutic approach for the management of SA