Impact of chronic inflammatory responses on the biology of monocytes/macrophages

Abstract

Behçet´s disease is a relapsing, multisystemic and inflammatory condition characterized by systemic vasculitis of small and large vessels. The recurrence of oral and genital ulcers as well as uveitis are hallmarks of this disease, being the involvement of gastrointestinal and nervous systems associated with worst cases of this condition. This disease has been associated with the silk-road, where it shows higher prevalence, especially in Turkey. Although the prevalence in Portugal is not high, the morbidity and mortality rates make this disease an important issue. The etiology and pathophysiology are still unclear but the current hypothesis states that individuals with genetic predisposition (mainly linked to HLA-B51 and SNPs in other genes, including IL-10) develop a systemic inflammatory type of response upon contact with some bacteria or viruses. This systemic inflammation, although with unknown origin, has been associated with an hyperactivation of monocytes/macrophages with release of proinflammatory cytokines, elevated Th1 and Th17 local levels and neutrophilia. Neutrophils show higher chemotaxis, adhesion molecules and ROS levels, which is thought to lead to the vessel damage. Although many studies have addressed the contribution of different cells to Behçet’s disease, monocytes remain poorly studied. Monocytes are a heterogeneous population, being recently subdivided into classical, intermediate and non-classical subsets based on the differential expression of CD14 and CD16. These three subsets have been associated with different functions in health, and shown to be disturbed in inflammatory disorders, such as systemic lupus erythematosus. In this study, we performed a phenotypic and functional monocyte characterization of 22 individuals from a cohort of 50 Behçet’s disease patients from Hospital de Braga, and age- and gender-matched controls. While the relative percentage of the different monocyte subsets was similar in the two groups, in patients we observed an increase in the expression of CD86 and CD206 in intermediate and non classical monocytes, respectively. We have also observed an increase in the levels of superoxide anion and a decrease in the mitochondrial mass, being the last observed in the three subsets of monocytes. Interestingly, all these differences were lost upon ex-vivo differentiation to macrophages. Our results show that the biology of monocytes from Behçet’s patients is conditioned by the chronic inflammatory environment, suggesting a role of these cells in the pathophysiology of Behçet’s disease.

A doença de Behçet é uma condição inflamatória, multi-sistémica com episódios de surto-remissão, caracterizada por uma vasculite sistémica. Os sintomas que caracterizam a doença passam por ulceração recorrente a nível oral e genital, bem como uveíte, sendo que o sistema gastrointestinal e nervoso central também podem ser afetados em casos mais severos da doença. Esta doença tem sido associada à rota da seda devido a uma maior prevalência nessa área, especialmente na Turquia. Apesar desta condição não ser muito prevalente em Portugal, a morbidade e mortalidade associadas tornam esta doença um assunto de interesse elevado. A sua etiopatologia não é clara, no entanto é aceite que indivíduos com predisposição genética (ligada principalmente a HLA-B51 e a polimorfismos em outros genes como IL-10) desenvolvem uma resposta inflamatória sistémica exacerbada após contacto com algumas bactérias ou vírus. Esta resposta inflamatória, apesar de ter origem desconhecida, parece estar associada a uma híper-ativação de monócitos/macrófagos com libertação de citocinas pro inflamatórias, elevados níveis de células Th1 e Th17 locais, assim como neutrofilia. Os neutrófilos apresentam elevada quimiotaxia, adesão ao endotélio e produção de espécies reativas de oxigénio, levando a dano no endotélio. Muitos estudos têm sido realizados com o objetivo de avaliar o estado de populações celulares na doença de Behçet, no entanto os monócitos continuam pouco estudados. Os monócitos são uma população bastante heterogénea, tendo sido recentemente subdividida em clássicos, intermediários e não clássicos, de acordo com a sua expressão de CD14 e CD16. Estas três subpopulações dos monócitos estão também associadas a diferentes funções em indivíduos saudáveis, tendo sido demonstradas alterações nestas células a nível de doenças inflamatórias, como é o caso de Lúpus. No estudo realizado, foram recrutados 22 doentes de Behçet a partir de um cohort de 50 indivíduos, sendo também incluídos controlos saudáveis com idade e sexo coincidente com o grupo de doentes. Foi realizada uma análise fenotípica e funcional de monócitos e não foram encontradas diferenças relativamente à percentagem relativa de casa subtipo de monócitos, tendo sido encontrada uma sobreexpressão de CD86 e CD206 nos monócitos intermediários e não clássicos, respetivamente. Adicionalmente, também observamos um aumento nos níveis de superóxido e uma diminuição da massa mitocondrial dos monócitos dos doentes, sendo o ultimo parâmetro observado em todos os subtipos de monócitos. Os mesmos parâmetros foram avaliados em macrófagos derivados de monócitos, no entanto não foram encontradas diferenças significativas. Os resultados deste trabalho dão indicações que a biologia dos monócitos se encontra condicionada pelo ambiente inflamatório sistémico, sugerindo que estas células possam ter um papel importante na patofisiologia da doença.