A chronic, low-grade inflammatory state known as “inflammaging” is associated with age-related dysfunction of the immune system, and their interaction plays an important role in innate immune responses in late-onset Alzheimer’s disease (LOAD). Infiltrating monocyte-derived macrophages (Mo-MФs), together with microglia, are involved in the brain immune response to LOAD pathology by surrounding amyloid beta (Aβ) plaques in a triggering receptor expressed on myeloid cells 2 (TREM2)-dependent manner. Apolipoprotein E (APOE) acts as a binding partner for both TREM2 and Aβ, while TREM2 serves as a protective receptor for the clearance of potentially toxic Aβ. Whether and to what extent TREM2 and APOE synthesis can be modulated in infiltrating Mo-MФs with age-related alterations in patient-specific autologous serum (AS) is unknown, highlighting the need for a human, personalized cell model. To investigate aged innate immune-mediated TREM2 and APOE synthesis as well as Aβ1-42 uptake at the patient level, we designed a personalized Mo-MФ differentiation assay in vitro by assessing the influence of age-associated circulating factors present in patients’ own AS. Peripheral blood monocytes from LOAD patients and matched control (CO) subjects were cultured in media supplemented with fetal calf serum (FCS) or AS containing M-CSF for 5 days and further differentiated into M1 (LPS)-, M2 (IL-10, IL-4, TGF-β)- or M0 (vehicle)-macrophages for short- (1 or 2 days) and long-term (10 days). Lastly, the putative modulatory role of retinoic acid (RA), a neuroprotective hormone-like small molecule, on TREM2 synthesis was evaluated. We show a time-dependent increase in TREM2 and APOE synthesis in LOAD-derived cells, particularly in M0- and M2-macrophages. In both groups, we demonstrate a differential modulation of APOE synthesis in AS compared to FCS. Interestingly, we were able to identify sex differences in Mo-MФs but only in LOAD-derived cells; female- compared to male-LOAD patients had higher levels of TREM2 and lower levels of APOE. In contrast to previous findings, we found no RA treatment effect on TREM2 synthesis. Finally, we report a significant decrease in Aβ1-42 uptake in long-term compared to short-term Mo-MФs in both groups, especially in APOEε4 (+) carriers. Our patient-specific cell-based model approach may serve as a useful tool for future research toward the development of personalized diagnostic and therapeutic strategies.
Ein chronischer, schwach ausgeprägter Entzündungszustand, der als „Inflammaging“ bezeichnet wird, ist mit einer altersbedingten Dysfunktion des Immunsystems verbunden und ihre Interaktion spielt eine wichtige Rolle bei angeborenen Immunantworten in der Alzheimer-Krankheit im Spätstadium (LOAD). Infiltrierende von Monozyten abgeleitete Makrophagen (Mo-MФs) sind neben Mikroglia an der Immunreaktion des Gehirns an der LOAD-Pathologie beteiligt, indem sie Amyloid-beta (Aβ)-Plaques in einer von TREM2- (triggering receptor expressed on myeloid cells 2) abhängigen Weise umgeben. Apolipoprotein E (APOE) fungiert als Bindungspartner sowohl für TREM2 als auch für Aβ, während TREM2 als Schutzrezeptor für die Beseitigung von potenziell toxischem Aβ dient. Ob und inwieweit die TREM2- und APOE-Synthese in infiltrierenden Mo-MФs mit altersbedingten Veränderungen in patientenspezifischem autologem Serum (AS) moduliert werden kann, ist unbekannt, was die Notwendigkeit eines humanen, personalisierten Zellmodells unterstreicht. Um die altersbedingte, durch das angeborene Immunsystem vermittelte TREM2- und APOE-Synthese sowie die Aβ1-42- Aufnahme auf Patientenebene zu untersuchen, haben wir ein personalisiertes Mo-MФ-Differenzierungszellmodell in vitro etabliert, indem wir die altersassoziierten zirkulierenden Faktoren in patientenspezifischer AS bewertet haben. Periphere Blutmonozyten von LOAD-Patienten und passenden Kontrollen (CO) wurden 5 Tage lang in einem Medium kultiviert, das M-CSF enthielt und entweder mit fetalem Kälberserum (FCS) oder AS versetzt war und anschließend kurzzeitig (1 oder 2 Tage) und langfristig (10 Tage) in M1 (LPS)-, M2 (IL-10, IL-4, TGF-β)- oder M0 (Vehikel)-Makrophagen differenziert. Schließlich wurde die mutmaßliche modulieren-de Rolle von Retinsäure (RA), einem neuroprotektiven hormonähnlichen kleinen Molekül, auf die TREM2-Synthese untersucht. Wir zeigen einen zeitabhängigen Anstieg der TREM2- und APOE-Synthese in Zellen von LOAD-Patienten, insbesondere in M0- und M2-Makrophagen. In beiden Gruppen zeigen wir eine unterschiedliche Modulation der APOE-Synthese bei AS im Vergleich zu FCS. Interessanterweise konnten wir geschlechtsspezifische Unterschiede in Mo-MФs nur in den Zellen von LOAD-Patienten feststellen; weibliche Patienten weisen in Vergleich zu männlichen Patienten höhere TREM2 und niedrigere APOE-Spiegel auf. Im Gegensatz zu früheren Befunden konnten wir keine Auswirkungen der RA-Behandlung auf die TREM2-Synthese feststellen. Schließlich berichten wir über eine signifikante Abnahme der Aβ1-42 Aufnahme bei Langzeit- im Vergleich zu Kurzzeit-Mo-MФs in beiden Gruppen, insbesondere bei APOEε4 (+) Probanden. Unser Modell, das auf einem patientenspezifischen Zellansatz beruht, könnte als nützliches Instrument für die künftige Forschung zur Entwicklung personalisierter diagnostischer und therapeutischer Strategien dienen.
