The role of mitochondria in autoimmune plasmablasts generation in lupus

Abstract

Lupus is an autoimmune disease characterized by autoantibody production against nuclear antigens. Recent studies have revealed that extrafollicular (EF) B cells, which can differentiate into plasmablasts, play an important role in lupus. We investigated the role of mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS), glutamine metabolism, and CXCR4 expression in autoreactive plasmablasts generation. For in vivo experiments, mice were stimulated with CpG-oligodeoxyribonucleotides (ODN) for 10 days to induce the differentiation of autoreactive plasmablasts. Immune cell subtypes and their mitochondrial mass and activity were measured by flow cytometry using spleen, blood, and bone marrow samples. The generation of autoreactive plasmablasts was evaluated by measuring serum anti-dsDNA antibodies and anti-dsDNA antibody-secreting cells. For the in vitro experiments, mouse splenocytes and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from patients with lupus were stimulated with ODN for three days, and the generation of EF B cells was examined by flow cytometry. An OXPHOS inhibitor (IM156), glutamine metabolism inhibitor (CB-839), and CXCR4 inhibitor (AMD3100) were used. In vivo ODN injection increased the proportion of B cell differentiation into plasmablasts with higher mitochondrial activity and CXCR4 expression. The ODN injection induced anti-dsDNA antibody-specific plasmablasts as well as increased the levels of anti-dsDNA antibodies. In vitro ODN treatment induced EF B cells from mouse splenocytes and human PBMCs, which are dependent on mitochondrial metabolism. A combination strategy with IM156 and CB-839 or AMD3100 synergistically suppressed autoreactive plasmablasts. This study demonstrated that mitochondrial metabolism, glutamine metabolism, and CXCR4-CXCL12 axis have a central role in the development of autoreactive plasmablasts, while the combination of IM156 and CB-839 or AMD3100 suppressed autoreactive plasmablasts by inhibiting mitochondrial OXPHOS, glutamine metabolism, and CXCR4-CXCL12 axis. The combination strategy could be a promising candidate for the treatment of autoimmune diseases characterized by aberrant B cell mitochondrial metabolism and CXCR4 expression.

루푸스는 핵항원에 대한 자가항체 생성을 특징으로 하는 자가면역질환이다. 최근 연구에 따르면 형질모세포로 분화할 수 있는 여포외(EF) B 세포가 루푸스에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 우리는 자가반응성 형질모세포 생성에서 미토콘드리아 산화 인산화(OXPHOS), 글루타민 대사 및 CXCR4 발현의 역할을 조사하였다. 생체 내 실험을 위해 쥐에 CpG-oligodeoxyribonucleotides (ODN)을 10일 동안 투여하여 자가반응성 형질모세포의 분화를 유도하였다. B cell의 분화 정도와 미토콘드리아 질량 및 활성 측정은 쥐의 비장, 혈액 및 골수의 세포를 이용하여 유세포 분석으로 분석되었다. 자가반응성 형질모세포의 생성에 대한 평가는 혈청 항-dsDNA 항체와 항-dsDNA 항체 분비 세포를 측정하였다. 시험관내 실험을 위해 루푸스 환자의 말초혈액단, 미토콘드리아, 글루타민, CXCR4, 형질모세포, 루푸스핵세포(PBMC)와 쥐의 비장세포를 3일 동안 ODN으로 자극한 후 유세포 분석법으로 EF B 세포의 생성을 확인하였다. OXPHOS 억제제(IM156), 글루타민 대사 억제제(CB-839), CXCR4 억제제(AMD3100)를 사용하였다. 생체 내 ODN 주입은 더 높은 미토콘드리아 활성 및 CXCR4 발현을 갖는 형질모세포로의 B 세포 분화 비율을 증가시켰다. ODN 투여는 항-dsDNA 항체 특이적 형질모세포를 유도했을 뿐만 아니라 항-dsDNA 항체의 수준도 증가시켰다. 시험관 내 ODN 처리는 쥐 비장세포와 인간 PBMC에서 EF B 세포의 생성을 유도하고 미토콘드리아 대사를 증가시켰다. IM156과 CB-839 또는 AMD3100의 조합 전략은 자가반응성 형질모세포를 시너지적으로 억제하였다. 이 연구는 미토콘드리아 대사, 글루타민 대사 및 CXCR4-CXCL12 축이 자가반응성 형질모세포의 발달에 중심적인 역할을 하고, IM156과 CB-839 또는 AMD3100의 조합이 미토콘드리아 OXPHOS, 글루타민 대사 및 CXCR4를 억제하여 자가반응성 형질모세포를 억제한다는 것을 입증하였다. 조합 전략은 비정상적인 B 세포 미토콘드리아 대사 및 CXCR4 발현을 특징으로 하는 자가면역 질환 치료를 위한 유망한 후보가 될 수 있다.