Introduction: Cellular metabolism modulates effector functions in T cells by providing energy and building blocks. Currently, the metabolic phenotype of human naive and memory CD4+ T cells and how metabolism affects inflamm-aging are not well understood. Materials and methods: Naive and memory CD4+ T cells were isolated from young and aged donors (25.0 ± 3.4 years and 57.8 ± 5.7 years). Purity of cells was assessed by flow cytometry. Ex vivo naive and memory CD4+ T cells were analyzed in regard to metabolic differences using SeahorseTM Technology to determine proton efflux rate (PER) and oxygen consumption rate (OCR). Proliferation of memory CD4+ T cells was determined by flow cytometry after cell staining with CSFE, and by the expression of Ki-67. Intracellular cytokine expression and cytokine secretion were measured by flow cytometry and multiplex ELISA. Results: Memory CD4+ T cells demonstrated a higher basal glycolysis, compensatory glycolysis, as well as basal OCR and spare respiratory capacity than naive CD4+ T cells did. Memory CD4+ T cells from aged donors had lower basal glycolysis and compensatory glycolysis than young donors did, but a higher ratio of basal mitoOCR/glycoPER. Aging had no apparent effect on the cell division proliferation determined by CSFE and Ki-67 in memory CD4+ T cells. Although we did not observe any differences in intracellular cytokine expression, we determined a significantly higher amount of secreted IL-6, IL-9, IP-10, and MCAF in the supernatants of memory CD4+ T cells taken from aged donors than we did using those from young donors. Summary/conclusions: Here, we demonstrate a higher basal glycolysis, basal OCR, mitochondrial and glycolytic capacity of human ex vivo memory CD4+ T cells than that found in naive T cells. A decrease of basal glycolysis and compensatory glycolysis in memory CD4+ T cells of aged persons which results in an enhanced expression of proinflammatory cytokines and chemokines can be assumed to culminate in T cell dysfunction leading to the development of inflamm-aging.
Einführung: Der zelluläre Stoffwechsel moduliert die Effektorfunktionen von humanen T-Zellen, indem er Energie und Bausteine für diese Prozesse liefert. Derzeit ist der metabolische Phänotyp von humanen naiven CD4+ T-Zellen und CD4+ T-Gedächtnis-Zellen des peripheren Blutes und die Auswirkungen des zugrundeliegenden Immunmetabolismus auf „Inflamm-aging“ nicht ausreichend untersucht und verstanden. Materialen und Methoden: Naive CD4+ T-Zellen und CD4+ T-Gedächtnis-Zellen wurden aus dem peripheren Blut von jungen und alten Spendern isoliert (25.0 ± 3.4 Jahre und 57.8 ± 5.7 Jahre). Die Reinheit der Zellpopulationen wurde mittels Durchflusszytometrie bestätigt. Um sowohl Glykolyse als auch die mitochondriale Atmung der Zellen zu untersuchen, wurden die Protonen-Efflux-Rate (PER) und die Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) von ex vivo naive CD4+ T-Zellen und CD4+ T-Gedächtnis-Zellen mittels SeahorseTM-Technologie analysiert. Die mitogen-stimulierte Proliferation von CD4+ T-Gedächtnis-Zellen wurde anhand der CSFE-und Ki-67-Färbung durchflusszytometrisch bestimmt. Die mitogen-stimulierte intrazelluläre Zytokinexpression und Zytokinsekretion wurden mittels Durchflusszytometrie und Multiplex-Elisa gemessen. Ergebnisse: CD4+ T-Gedächtnis-Zellen wiesen eine höhere basale Glykolyse, kompensatorische Glykolyse sowie basale OCR und freie Atemkapazität auf als naive CD4+ T-Zellen. CD4+ T-Zellen von älteren Spendern hatten eine niedrigere basale Glykolyse und kompensatorische Glykolyse als junge Spender, jedoch ein höheres Verhältnis von mitoOCR/GlycoPER. Die Proliferationsrate von CD4+ T-Gedächtnis-Zellen wies keine signifikanten altersabhängigen Unterschiede der beiden Spendergruppen auf. Obwohl keine Unterschiede in der intrazellulären Zytokinexpression festgestellt werden konnte, wiesen die Überstände von mitogen-stimulierten CD4+ T-Gedächtnis-Zellen von alten Spendern eine signifikant höhere Menge an sezerniertem IL-6, IL-9, IP-10 und MCAF auf als die Überstände von mitogen-stimulierten CD4+ T-Gedächtnis-Zellen junger Spender. Zusammenfassung/Schlussfolgerungen: Hier zeigen wir eine höhere basale Glykolyse, eine basale OCR, eine mitochondriale und glykolytische Kapazität menschlicher ex-vivo Gedächtnis-CD4 + -T-Zellen als naive T-Zellen. Eine Abnahme der basalen Glykolyse, kompensatorische Glykolyse im Gedächtnis CD4+ T-Zellen älterer Menschen, die zu einer verstärkten Expression proinflammatorischer Cytokine und Chemokine führt, kann vermutlich zu einer T-Zell-Dysfunktion führen, die zur Entstehung von altersbedingter chronischer Entzündung führt.
