Heterogenität der myeloiden Zellen bei Multipler Sklerose mittels Einzelzell-Massenzytometrie

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system. To date, there are no established biomarkers beyond magnetic resonance imaging that can predict either disease activity and severity in patients nor confirmed mechanisms for the first-line MS treatments. Likewise, there is no cure or effective treatment at late stages of the disease. Recent studies in mouse models of demyelination and neuroinflammation have pointed towards important roles of myeloid cells in the development of the disease. Despite this, the roles and impact of this cell population on human MS pathogenesis and disease progression remain obscure. Here we have used single-cell mass cytometry to study the phenotypes of myeloid cells from peripheral blood of early MS patients and from myeloid cells isolated from post-mortem brains of progressive MS (PMS) patients. We performed the characterization of PBMCs from drug naïve early MS patients as compared with healthy donors using two antibody panels comprising a total of 64 antibodies. Our results show increased abundance of several subsets of CD4+ and CD8+ T cells and only mild changes in the myeloid compartment. For the study on myeloid cells from late PMS we designed three antibody panels targeting a total of 74 markers which we used to compare between isolated myeloid cells from active lesions and normal-appearing white matter. In this case the results show high heterogeneity of myeloid phenotypes in the brains of PMS patients and an increase in expression of markers associated with phagocytic activity and activation in lesion-associated populations. Such inflammatory signature could not be detected in major depressive disorder, a common co-morbidity in patients with MS.

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch entzündliche und demyelinisierende Erkrankung des Zentralnervensystems. Bisher gibt es keine etablierten Biomarker außerhalb der Kernspintomographie, die entweder die Krankheitsaktivität und den Schweregrad bei Patienten vorhersagen können, noch bestätigte Mechanismen für die Erstlinien-MS- Therapie. Ebenso gibt es für die späten Stadien der Krankheit keine Heilung oder wirksame Behandlung. Jüngste Studien an Mausmodellen zur Demyelinisierung und Neuroinflammation haben gezeigt, dass myeloide Zellen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Krankheit spielen. Trotzdem bleiben die Rolle und der Einfluss von Monozyten auf die Pathogenese und das Fortschreiten der MS beim Menschen unklar. Hier haben wir die Einzelzell-Massenzytometrie verwendet, um die Phänotypen von myeloischen Zellen aus peripherem Blut von frühen MS-Patienten und von myeloiden Zellen zu untersuchen, die aus post-mortem-Gehirnen von progressiven MS-Patienten (PMS) isoliert wurden. Wir führten die Charakterisierung von PBMCs von arzneimittel-naiven frühen MS- Patienten im Vergleich zu gesunden Spendern unter Verwendung von zwei Antikörper- Panels durch, die insgesamt 64 Antikörper umfassten. Unsere Ergebnisse zeigen eine erhöhte Häufigkeit mehrerer Untergruppen von CD4+ und CD8+ T Zellen und nur geringfügige Veränderungen im myeloischen Kompartiment. Für die Studie an myeloischen Zellen aus spätprogressiver MS haben wir drei Antikörper-Panels entworfen, die auf insgesamt 74 Marker abzielen, die wir zum Vergleich zwischen isolierten myeloiden Zellen aus aktiven Läsionen und normal erscheinender weißer Substanz verwendeten. In diesem Fall zeigen die Ergebnisse eine hohe Heterogenität der myeloischen Phänotypen im Gehirn von PMS- Patienten und eine Erhöhung der Expression von Markern, die mit der phagozytischen Aktivität und Aktivierung in läsionsassoziierten Populationen assoziiert sind. Eine solche entzündliche Signatur konnte bei schweren depressiven Störung, einer häufigen Komorbidität bei Patienten mit MS, nicht nachgewiesen werden.