The immunomodulatory effects of human mesenchymal stem cells on peripheral blood mononuclear cells in ALS patients

Abstract

Abstract In a previous study, we reported that intrathecal injection of mesenchymal stem cells (MSCs) slowed disease progression in G93A mutant superoxide dismutase1 transgenic mice. In this study, we found that intrathecal MSC administration vastly increased the infiltration of peripheral immune cells into the spinal cord of Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) mice (G93A mutant superoxide dismutase1 transgenic). Thus, we investigated the immunomodulatory effect of MSCs on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) in ALS patients, focusing on regulatory T lymphocytes ( T reg ; CD4 + /CD25 high /FoxP3 + ) and the mRNA expression of several cytokines (IFN?γ, TNF?α, IL?17, IL?4, IL?10, IL?13, and TGF?β). Peripheral blood samples were obtained from nine healthy controls (HC) and sixteen patients who were diagnosed with definite or probable ALS. Isolated PBMCs from the blood samples of all subjects were co?cultured with MSCs for 24 or 72?h. Based on a fluorescence?activated cell sorting analysis, we found that co?culture with MSCs increased the T reg /total T?lymphocyte ratio in the PBMCs from both groups according to the co?culture duration. Co?culture of PBMCs with MSCs for 24?h led to elevated mRNA levels of IFN?γ and IL?10 in the PBMCs from both groups. However, after co?culturing for 72?h, although the IFN?γ mRNA level had returned to the basal level in co?cultured HC PBMCs, the IFN?γ mRNA level in co?cultured ALS PBMCs remained elevated. Additionally, the levels of IL?4 and TGF?β were markedly elevated, along with Gata3 mRNA, a Th2 transcription factor mRNA, in both HC and ALS PBMCs co?cultured for 72?h. The elevated expression of these cytokines in the co?culture supernatant was confirmed via ELISA. Furthermore, we found that the increased mRNA level of indoleamine 2,3?dioxygenase (IDO) in the co?cultured MSCs was correlated with the increase in T reg induction. These findings of T reg induction and increased anti?inflammatory cytokine expression in co?cultured ALS PBMCs provide indirect evidence that MSCs may play a role in the immunomodulation of inflammatory responses when MSC therapy is targeted to ALS patients. We propose the following mechanism for the effect of mesenchymal stem cells (MSCs) administered intrathecally in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): MSCs increase infiltration of peripheral immune cells into CNS and skew the infiltrated immune cells toward regulatory T lymphocytes ( T reg ) and Th2 lymphocytes. T reg and Th2 secret anti?inflammatory cytokines such as IL?4, IL?10, and TGF?β. A series of immunomodulatory mechanism provides a new strategy for ALS treatment. 이전 연구에서 이론적이게, 중간엽 줄기 세포 (MSCs)의 경막내 주사가 G93A 변종 과산화물 dismutase1 유전자 도입 쥐에서 질병 진행을 속력을 늦추었다고 우리는 보고했다. 이 연구에서, 초내 MSC 관리가 광대하게 근위축성 측삭 경화증 (Al) 마우스 (G93A 돌연변이에 의한 과산화물 dismutase1 트란스제닉)의 척수로의 말초 면역 세포의 침투를 증가시켰다는 것을 우리는 알았다. 그러므로, 레그레이터리 T 림프구 (T 레지; CD4 + /CD25 높은 /FoxP3 +)와 여러 시토카인 (IFN?γ, TNF?α, IL?17, IL?4, IL?10, IL?13, 및 TGF?β)의 마르나 표현에 초점을 맞추면서, 우리는 Al 환자에서 말초 혈액 단핵구 세포 (PBMCs)에 음스크스의 면역 중재 효과를 연구했다. 주변적 혈액 샘플은 9번 건강 조절 (HC)와 명확하거나 가능한 Al으로 진단된 16명의 환자로부터 획득되었다. 모든 대상의 혈액 샘플로부터의 고립된 피브맥스는 24 또는 72를 위해 음스크스로 co?cultured 인가? h. fluorescence?activated 세포 분리 분석을 기반으로, 음스크스를 가진 co?culture가 co?culture 지속시간에 따라 양쪽 그룹으로부터 피브맥스에서 T 레지 /total T?lymphocyte 비율을 증가시켰다는 것을 우리는 알았다. 24를 위한 음스크스를 가진 피브맥스의 Co?culture? h가 IFN?&gamma의 상승된 마르나 레벨로 이어졌다; 그리고 양쪽 그룹으로부터의 피브맥스의 IL?10. 그러나, 72를 위한 co?culturing 뒤에? h, IFN?&gamma지만; 마르나 레벨은 co?cultured HC 피브맥스, IFN?&gamma의 기저 수준으로 돌아갔었다; co?cultured Al 피브맥스의 마르나 레벨은 상승된 채로 남아 있었다. 덧붙여, IL?4와 TGF?&beta의 레벨; 72를 위해 양쪽 HC와 Al 피브맥스 co?cultured에서,와 함께 Gata3 마르나, Th2 전사 인자 마르나, 현저하게 올려졌다? h. co?culture 상청액에서 이러한 시토카인의 상승된 표현식은 ELISA를 통해 확인되었다. 게다가, co?cultured 음스크스의 인돌레아민 2,3?dioxygenase (IDO)의 상승된 마르나 레벨이 T 레지 유도의 증가와 서로 관련되었다는 것을 우리는 알았다. T 레지 유도와 co?cultured Al 피브맥스의 상승된 anti?inflammatory 사이토킨 표현식의 이러한 결정은 음스크스가 MSC 치료가 Al 환자를 목표로 삼는 염증성 응답의 면역 제어에서 역할을 할 수 있는 간접 증거를 제공한다. 우리는 (MSCs) 근위축성 측삭 경화증 (Al)로 초내로 투여된 중간엽 줄기 세포의 효과를 위한 다음과 같은 메커니즘을 제안한다 : 음스크스는 CNS 안으로 말초 면역 세포의 침투를 증가시키고, 레그레이터리 T 림프구 (T 레지)과 Th2 림프구를 향하여 침투된 면역 세포를 비스듬하게 한다. T 레지와 IL?4, IL?10, 및 TGF?β와 같은 Th2 비밀 anti?inflammatory 시토카인. 일련의 면역중재 메커니즘은 Al 처리에게 새로운 전략을 제공한다.