The role of MIF and HTRA1 in multiple sclerosis

Baggrund: MS er den mest almindelige kroniske inflammatoriske lidelse i CNS karakteriseret ved læsioner med inflammation, oligodendrocyt død og efterfølgende demyelinisering og neurodegeneration. I de sidste årtier har der været en omfattende forskningsindsats for opnå en bedre forståelse af patologien i MS og for at identificere nye lovende biomarkører for en tidligere RRMSdiagnose og identificering af overgangen til SPMS, men meget mangler stadig at blive afklaret. Macrophage migration inhibitory factor (MIF) er involveret i adskillige funktioner inden for både det innate og det adaptive immunsystem, men er også involveret i neuronal overlevelse og flere glia celle funktioner. MIF er også blevet impliceret i flere neurologiske sygdomme, herunder Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom og MS. Vi har for nylig rapporteret, at MIF binder til og hæmmer den enzymatiske aktivitet af den trypsinlignende serinprotease, High temperature requirement serine protease A1 (HTRA1). HTRA1 nedbryder ECM'er, mikrotubuli og receptorer og ligander af TGFβ, Notch og Wnt signalvejene og regulerer derved adskillige cellulære funktioner. HTRA1 er impliceret i flere aldersrelaterede-, autoimmune- og neurologiske sygdomme, men er ikke blevet undersøgt i MS før.

 Formål og metoder: Vi ønskede at afklare MIF's og HTRA1's rolle i patogenesen af MS ved at bestemme proteinniveauerne i CSF hos MS-patienter fra allerede tilgængelige patientkohorter. MIFog HTRA1 CSF-niveauer blev målt ved hjælp af sandwich-ELISA'er i CSF fra ny diagnosticeret behandlingsnaive CIS samt RRMS- og SPMS-patienter, både ubehandlede og efter DMT. Vi undersøgte også ekspressions mønsteret af proteinerne i humant væv og verificerede resultaterne i nye OligoInternode-database. MIF's rolle i de- og remyelinisering blev undersøgt under anvendelse af 0,3 % CPZ-forgiftning i 6 uger efterfulgt af 2 dage eller 2 ugers remyelinisering. Ændringer i MIFs ekspressions mønster og niveauer blev undersøgt ved hjælp af ELISA og immune farvning efterfulgt af manuel og automatiseret celletælling og kvantificering på en ImageExpress Pico. En mulig rolle for MIF i de- og remyeliniseringsrelaterede processer blev undersøgt ved hjælp af astrocytter, mikroglia og OPC'er isoleret fra blandede glia celle kulturer såvel som kortikale neuronale kulturer. For at efterligne inflammatoriske demyeliniserende tilstande blev cellerne behandlet med IFNy. Cellemetabolisme blev undersøgt ved hjælp af MTT-konvertering, celledeling ved hjælp af Ki67- immune farvning og migration ved hjælp af TrackMate enkelt celle sporing. Neurit vækst og kultur kompleksitet blev undersøgt baseret på kvantificeringen af β-III-tubulin immune farvning i kortikale neuroner.

Resultater: HTRA1 CSF-niveauer var øget hos både RRMS- og SPMS-patienter sammenlignet med HC'er og korrelerede med handicap. Behandling med DMT reducerede signifikant HTRA1 CSFniveauer i begge MS-undertyper. MIF var i stedet signifikant lavere hos både ny diagnosticerede behandlingsnaive CIS- og RRMS-patienter, mens de var forhøjet hos patienter med SPMS sammenlignet med HC'er. Behandling med dimethylfumarat påvirkede ikke MIF-niveauer signifikant i CSF af RRMS, mens mitoxantronbehandling i SPMS viste en tendens til at reducere MIF CSFniveauer. Ved hjælp af ROC-analyser fandt vi ud af, at HTRA1 kunne være en lovende diagnostisk biomarkør for RRMS, mens MIF kan have potentiale som en prognostisk biomarkør for SPMSkonvertering. HTRA1 blev overvejende udtrykt i astrocytter, men blev også fundet i neuroner i humant hjernevæv. MIF-protein blev udtrykt i store kortikale neuroner, astrocytter, pericytter og oligo5 oligodendrocytter, men ikke i mikroglia.
MIF ekspression i muse hjernevæv lignede det vi så i humant væv, med højt udtryk i neuroner og nogle få glia celler. CPZ-induceret demyelinisering reducerede signifikant MIF CNS-niveauer sandsynligvis på grund af reduceret udtryk i neuroner. Denne reduktion i MIF CNS-niveauer forblev under remyelinisering og kan uligvis reducere astrocyt- og mikroglia proliferation, samt astrocyt migration. I corpus callosum var MIF signifikant opreguleret i OPC'er under akut remyelinering, og denne lokale opregulering kan drive proliferation og migration of OPCer. MIF i sig selv påvirkede ikke neuronale funktioner. 

Diskussion og konklusion: HTRA1 er en lovende CSF-biomarkør for MS, der korrelerer med sygdoms- og handicapprogression. Øget HTRA1 hos RRMS-patienter kan afspejle infiltration af aktiverede makrofager, mens øgede niveauer hos SPMS-patienter delvist kan være forårsaget af CNSresidente processer såsom astrogliose, oxidativt stress og neurodegeneration. MIF CSF-niveauer var lavere hos CIS- og RRMS-patienter sammenlignet med HC'er og steg med sygdomsprogression. Der blev ikke fundet nogen sammenhæng med sygdomsaktivitet i RRMS- eller RRMS-konverteringen hos CIS-patienterne, hvilket tyder på, at nedsatte MIF CNS-niveauer afspejler en underliggende patologi. Dette er støttet af at MIF også var reduceret under både de- og remyelinisering i mus. Reducerede MIF-niveauer kan nedsætte neuronal overlevelse og den initiering CNS-respons på vævsskade. Øget MIF hos SPMS-patienter kan opstå på grund af neuronal aldring, som en kompensationsmekanisme eller på grund af neurodegeneration. Dette kan drive sygdomsprogression gennem MIF-signalering i mikroglia og astrocytter. Lokal stigning i MIF i OPC'er kan drive adskillige remyeliniserende funktioner.