Mechanism of regulatory B cells during relapse and remission in multiple sclerosis and neuromyelitis optica spectrum disorder patients

Abstract

항원 특이적이지 않은 bystander 활성화는 B 세포가 IL-10을 생성하여 부적절한 면역반응을 억제하게 하므로 면역반응 조절 에서 B세포의 역할은 context-depedent 하다. 하지만, 다발성 경화증과 시신경척수염을 포함한 자가면역질환에서 B 세포의 면역 조절에 기여하는 역할은 아직 정확하게 밝혀지지 않았다. 다발성 경화증과 시신경척수염은 중추신경계의 자가면역-탈수 초 질환이며 재발-완화 과정을 반복한다. 다발성경화증의 대표 적인 면역억제제 중 하나인 알렘투주맙 (Lemtrada, Genzyme, MA. USA)은 CD52에 결합하는 humanized monoclonal IgG1 antibody이다. 알렘투주맙은 CD52를 발현하는 세포들을 선택적 으로 표적하여 표적세포를 depletion 시켜 질병활성도를 낮추고 오래 지속되게 한다. 하지만, 명확한 mechanism of action은 아 직 밝혀지지 않았으며, repopulation된 B세포의 distribution, 특 히 조절 B세포에 관한 연구들은 드물다. 마찬가지로, B cell depletion therapy (BCDT)는 anti-CD20 monoclonal antibody 이며 병원성 B세포를 제거하여 시신경척수염 환자들에게서 효 능을 보이지만, 조절 B세포에 미치는 영향에 대해서는 연구가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 B 세포 subsets, 조절 B 세포의 기능과 이러한 세포들에 면역억제제가 미치는 효과를 중추신경계 탈수초 질환 환자들에게서 평가하고자 했다. 재발 상태의 다발성 경화증 환자의 말초에서 CD24hiCD38hi B 세포의 수적 결핍이 알렘투주맙 치료 후 증가함을 관찰하였다. 조절 B세포의 수적 결핍은 시신경 척수염 환자에게서도 관찰 되었으며 특히 bystander 활성화에 의한 IL-10 생성에 세포-본질적인 결손 (cell-intrinsic deficit)을 관찰하였다. 시신경척수염 환자의 CD24hiCD38hi B세포는 CD4+ T 세포의 IFN-γ, IL-17, IL-21 생산을 억제하지 못하였으며 Tfh 세포 expansion 억제와 조절 T세포의 증가를 유도하지 못했다. 따라서, 앞선 수적 결핍과 B 세포-intrinsic 한 결점이 CD24hiCD38hi B세포의 기능적 결함을 책임지고 있다는 것을 증명하였다. 단면연구와 3년의 종적 연구에서 BCDT 치료가 조절 B세포의 수적 결핍을 회복시켰으며, BCDT 치료 후 repopulate 된 CD24hiCD38hi B 세포는 IL-10 생성 기능이 회복되었고 CD4+ T 세포의 IFN-γ 및 IL-17 생성을 억제하였다. 본 연구에서는 중추신경계 자가면역 질환에서 감소 되어있는 CD24hiCD38hi B 세포가 면역억제제 치료를 받은 후 회복됨을 확인하였다. 또한, CD24hiCD38hi B 세포의 수적 결핍과 손상된 조절 기능은 시신경척수염 병태생리에 기여하며 이러한 impairment는 BCDT 치료 후 회복됨을 보여주었다.

The role of B cells in immune response regulation is context-dependent, where bystander B cell activation leads to IL-10 production, suppressing inappropriate immune responses. However, the role of B cells in immune regulation in autoimmune diseases, including multiple sclerosis (MS) and neuromyelitis optica spectrum disorder (NMOSD), is incompletely understood. MS and NMOSD are autoimmune demyelinating diseases of the central nervous system (CNS), typically following a relapsing and remitting course. Alemtuzumab provides a long-lasting suppression of disease activity in MS. In contrast to its documented efficacy, alemtuzumab’s mechanism of action is not fully understood and information about the composition of repopulating B cell pool is scarce. B cell depletion therapy (BCDT) has shown clinical efficacy in NMOSD by eliminating pathogenic B cells; however, its effect on regulatory B cells (Bregs) remains elusive. Our aim was to evaluate the B cell subsets, Breg cell function, and the effect of immunosuppressive therapy on these cells in patients with central nervous system demyelinating disorders. Here we pinpoint deficiency of CD24hiCD38hi B cells during relapse in MS and subsequent expansion following alemtuzumab infusion. We also highlight the possible clinical implication of CD24hiCD38hi B cells in MS. A deficient Breg cell number was also observed in NMOSD patients and cell-intrinsic deficit in IL-10 production, specifically in response to B cell bystander activation, was observed. Moreover, we showed that such impairments are responsible for functional defect in CD24hiCD38hi B cells. CD24hiCD38hi B cells from patients with NMOSD did not inhibit CD4+ T cell production of IFN-γ, IL-17, and IL-21 and failed to inhibit follicular helper T cell expansion and induce regulatory T cells. Using cross-sectional and three-year longitudinal studies, we showed that BCDT treatment restored the numerical deficiency of Bregs. Moreover, the post-BCDT repopulated CD24hiCD38hi B cells restored IL-10 production and suppressed IFN-γ and IL-17 production by CD4+ T cells. Oure results suggest that deficiency of CD24hiCD38hi B cells in relapsing patients are restored following immunosuppressive therapy. Moreover, we show that both numerical deficiency of CD24hiCD38hi B cells and their impaired regulatory function contribute to the NMOSD pathophysiology and that such impairment is restored following BCDT.