Multiple sclerosis (MS) lesions that do not resolve in the months after they form harbour ongoing demyelination and axon degeneration, and are identifiable in vivo by their paramagnetic rims on MRI scans1–3. Here, to define mechanisms underlying this disabling, progressive neurodegenerative state4–6 and foster development of new therapeutic agents, we used MRI-informed single-nucleus RNA sequencing to profile the edge of demyelinated white matter lesions at various stages of inflammation. We uncovered notable glial and immune cell diversity, especially at the chronically inflamed lesion edge. We define ‘microglia inflamed in MS’ (MIMS) and ‘astrocytes inflamed in MS’, glial phenotypes that demonstrate neurodegenerative programming. The MIMS transcriptional profile overlaps with that of microglia in other neurodegenerative diseases, suggesting that primary and secondary neurodegeneration share common mechanisms and could benefit from similar therapeutic approaches. We identify complement component 1q (C1q) as a critical mediator of MIMS activation, validated immunohistochemically in MS tissue, genetically by microglia-specific C1q ablation in mice with experimental autoimmune encephalomyelitis, and therapeutically by treating chronic experimental autoimmune encephalomyelitis with C1q blockade. C1q inhibition is a potential therapeutic avenue to address chronic white matter inflammation, which could be monitored by longitudinal assessment of its dynamic biomarker, paramagnetic rim lesions, using advanced MRI methods. Single-nucleus transcriptomics defines a diverse set of immune and glial cells at the chronically inflamed leading edge of demyelinated white matter lesions in patients with multiple sclerosis.

Importance

 Persons with immune dysfunction have a higher risk for severe COVID-19 outcomes. However, these patients were largely excluded from SARS-CoV-2 vaccine clinical trials, creating a large evidence gap. 

Objective

 To identify the incidence rate and incidence rate ratio (IRR) for COVID-19 breakthrough infection after SARS-CoV-2 vaccination among persons with or without immune dysfunction. 

Design, Setting, and Participants

 This retrospective cohort study analyzed data from the National COVID Cohort Collaborative (N3C), a partnership that developed a secure, centralized electronic medical record–based repository of COVID-19 clinical data from academic medical centers across the US. Persons who received at least 1 dose of a SARS-CoV-2 vaccine between December 10, 2020, and September 16, 2021, were included in the sample. 

Main Outcomes and Measures

 Vaccination, COVID-19 diagnosis, immune dysfunction diagnoses (ie, HIV infection, multiple sclerosis, rheumatoid arthritis, solid organ transplant, and bone marrow transplantation), other comorbid conditions, and demographic data were accessed through the N3C Data Enclave. Breakthrough infection was defined as a COVID-19 infection that was contracted on or after the 14th day of vaccination, and the risk after full or partial vaccination was assessed for patients with or without immune dysfunction using Poisson regression with robust SEs. Poisson regression models were controlled for a study period (before or after [pre– or post–Delta variant] June 20, 2021), full vaccination status, COVID-19 infection before vaccination, demographic characteristics, geographic location, and comorbidity burden. 

Results

 A total of 664 722 patients in the N3C sample were included. These patients had a median (IQR) age of 51 (34-66) years and were predominantly women (n = 378 307 [56.9%]). Overall, the incidence rate for COVID-19 breakthrough infection was 5.0 per 1000 person-months among fully vaccinated persons but was higher after the Delta variant became the dominant SARS-CoV-2 strain (incidence rate before vs after June 20, 2021, 2.2 [95% CI, 2.2-2.2] vs 7.3 [95% CI, 7.3-7.4] per 1000 person-months). Compared with partial vaccination, full vaccination was associated with a 28% reduced risk for breakthrough infection (adjusted IRR [AIRR], 0.72; 95% CI, 0.68-0.76). People with a breakthrough infection after full vaccination were more likely to be older and women. People with HIV infection (AIRR, 1.33; 95% CI, 1.18-1.49), rheumatoid arthritis (AIRR, 1.20; 95% CI, 1.09-1.32), and solid organ transplant (AIRR, 2.16; 95% CI, 1.96-2.38) had a higher rate of breakthrough infection. 

Conclusions and Relevance

 This cohort study found that full vaccination was associated with reduced risk of COVID-19 breakthrough infection, regardless of the immune status of patients. Despite full vaccination, persons with immune dysfunction had substantially higher risk for COVID-19 breakthrough infection than those without such a condition. For persons with immune dysfunction, continued use of nonpharmaceutical interventions (eg, mask wearing) and alternative vaccine strategies (eg, additional doses or immunogenicity testing) are recommended even after full vaccination.

Background There is a paucity of studies examining quality of life (QoL) in people with myelin oligodendrocyte glycoprotein antibody-associated disease (MOGAD). Methods A cross-sectional, online, self-administered survey was distributed. Data elements included demographic and clinical characteristics, and QoL in Neurological Disorders (Neuro-QoL) short form questionnaires. Neuro-QoL domain scores were compared to reference populations, yielding standardized T-scores. Symptom severity was categorized as mild, moderate, or severe, using standard Neuro-QoL cut points. Results A total of 259 participants completed the survey. Neuro-QoL domain impairment was present in a significant proportion of respondents (anxiety: 58.1%, depression: 30.7%, stigma 29.8%, cognition: 58.5%, social function: 57.7%). T-scores were significantly worse than the reference population for anxiety (p<0.001), stigma (p=0.005), cognitive function (p<0.001) and social interactions (p<0.001). There was no clear association between QoL domains and demographics, disease-modifying therapy class, or type of clinical presentation. A relapsing vs monophasic disease course was associated with worse anxiety, stigma, cognition, and social interactions (p<0.05). Conclusion People with MOGAD may exhibit impairment in multiple domains of QoL. Practicing clinicians should be aware of this burden in MOGAD. Further research is needed to better understand factors associated with QoL impairment in MOGAD.

Importance Multiple studies suggest that comorbidity worsens clinically relevant outcomes in multiple sclerosis (MS), including the severity of disability at diagnosis and rate of disability worsening after diagnosis. However, less is known regarding the association of comorbidity with measures of disease activity, such as relapse rate and magnetic resonance imaging lesion accrual, which are relevant to clinicians and clinical trialists. Objective To evaluate the association of comorbidities with disease activity in clinical trials of disease-modifying therapies (DMTs) in populations with MS. Design, Setting, and Participants A 2-stage meta-analytic approach was used in this cohort study of individual participant data from phase 3 clinical trials of MS DMTs that had 2 years of follow-up and were conducted from November 2001 to March 2018. Data were analyzed from February 2023 to June 2024. Exposure Comorbidity burden and individual comorbidities present at trial enrollment, including hypertension; hyperlipidemia; functional cardiovascular disease, ischemic heart, cerebrovascular, and peripheral vascular disease; diabetes; autoimmune thyroid and miscellaneous autoimmune conditions; migraine; lung and skin conditions; depression; anxiety; and other psychiatric disorders. Main Outcomes and Measures The main outcome was evidence of disease activity (EDA) over 2 years of follow-up, defined as confirmed relapse activity, disability worsening, or any new lesions on magnetic resonance imaging. Results A total of 16 794 participants with MS were included from 17 clinical trials (67.2% female). Over the 2-year follow-up, 61.0% (95% CI, 56.2%-66.3%; I 2 = 97.9%) of the pooled trials had EDA. After adjusting for multiple factors, the presence of 3 or more comorbidities was associated with an increased hazard of EDA (adjusted hazard ratio [AHR], 1.14; 95% CI, 1.02-1.28) compared with no comorbidity. Presence of 2 or more cardiometabolic conditions was also associated with an increased hazard of EDA (AHR, 1.21; 95% CI, 1.08-1.37) compared with no cardiometabolic comorbidity. Presence of 1 psychiatric disorder was associated with an increased hazard of EDA (AHR, 1.07; 95% CI, 1.02-1.14). Conclusions and Relevance In this study, a higher burden of comorbidity was associated with worse clinical outcomes in people with MS, although comorbidity could potentially be a partial mediator of other negative prognostic factors. Our findings suggest a substantial adverse association of the comorbidities investigated with MS disease activity and that prevention and management of comorbidities should be a pressing concern in clinical practice.

Background: Retrograde trans-synaptic degeneration (TSD) following retro-chiasmal pathology, typically retro-geniculate in multiple sclerosis (MS), may manifest as homonymous hemi-macular atrophy (HHMA) of the ganglion cell/inner plexiform layer (GCIPL). Objective: To determine the frequency, association with clinical outcomes, and retinal and radiological features of HHMA in people with MS (PwMS). Methods: In this cross-sectional study, healthy controls (HC) and PwMS underwent retinal optical coherence tomography scanning. For quantitative identification of HHMA, a normalized asymmetry ratio was used, and its normative cutoffs were established from the HC. HHMA PwMS were propensity score matched 1:2 to non-HHMA PwMS. Mixed-effects linear regression models were used in analyses. Results: Based on normative data from 238 HC (466 eyes), 79 out of 942 PwMS exhibited HHMA (8.4%; 143 eyes). Compared to non-HHMA eyes from matched PwMS (158 PwMS; 308 eyes), HHMA eyes had lower average GCIPL (diff: −5.7 μm (95% CI −7.6 to −3.8); p < 0.001) but also inner nuclear layer (diff: −0.9 μm (95% CI −1.6 to −0.1); p = 0.02), and outer nuclear layer (diff: −1.9 μm (95% CI −3.4 to −0.4); p = 0.02) thicknesses; in further analyses, these differences were exclusive to the homonymous side of HHMA. HHMA participants also exhibited higher expanded disability status scale scores (diff: 0.5 (95% CI 0.1 to 0.9); p = 0.02), worse 100% and 2.5% visual acuity scores (diff: −3.2 (95% CI −4.1 to −1.0); p = 0.002, −5.4 (95% CI −7.5 to −3.5); p < 0.001), and higher frequency of microcystoid macular changes (10.1% vs. 3.2%; p = 0.03) compared to non-HHMA participants. Conclusions: HHMA, possibly as a marker of TSD, may signify higher disability in MS.

We assembled and analyzed genetic data of 47,351 multiple sclerosis (MS) subjects and 68,284 control subjects and establish a reference map of the genetic architecture of MS that includes 200 autosomal susceptibility variants outside the major histocompatibility complex (MHC), one chromosome X variant, and 32 independent associations within the extended MHC. We used an ensemble of methods to prioritize up to 551 potentially associated MS susceptibility genes, that implicate multiple innate and adaptive pathways distributed across the cellular components of the immune system. Using expression profiles from purified human microglia, we do find enrichment for MS genes in these brain-resident immune cells. Thus, while MS is most likely initially triggered by perturbation of peripheral immune responses the functional responses of microglia and other brain cells are also altered and may have a role in targeting an autoimmune process to the central nervous system.

Motivation: Conventional MRI struggles to capture heterogeneous histopathological subtypes within multiple sclerosis (MS) lesions, mainly due to a lack of microstructural specificity. Goal(s): (i) To unveil distinct subtypes of microstructural alteration MS lesions using advanced multi-contrast microstructural MRI; (ii) increase sensitivity to individual microstructure. Approach: K-means clustering was applied to multi-contrast microstructural MRI quantities, including parameters from diffusometry (&mu;FA [axonal integrity marker], MD), susceptometry (QSM, &#x1D712;dia [demyelination marker] &#x1D712;para [marker for iron-laden microglia]), and relaxometry (R2*, R2, T1). Results: Five MRI-driven lesion subtypes, each with unique microstructural property combinations, revealed potential histopathological features of MS lesions and showed enhanced sensitivities to clinical outcomes. Impact: We used a novel imaging multi-biomarker for in-vivo MS pathology to assess lesion types for potential treatment monitoring in MS. Some MS subtypes with microstructure alterations, potentially related to disease histopathology, showed improved clinical sensitivity over conventional imaging markers.

Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory demyelinating disorder of the CNS. Bile acids are cholesterol metabolites that can signal through receptors on cells throughout the body, including the CNS and immune system. Whether bile acid metabolism is abnormal in MS is unknown. Using global and targeted metabolomic profiling, we identified lower levels of circulating bile acid metabolites in multiple cohorts of adult and pediatric MS patients compared to controls. In white matter lesions from MS brain tissue, we noted the presence of bile acid receptors on immune and glial cells. To mechanistically examine the implications of lower levels of bile acids in MS, we studied the in vitro effects of an endogenous bile acid - tauroursodeoxycholic acid (TUDCA) on astrocyte and microglial polarization. TUDCA prevented neurotoxic (A1) polarization of astrocytes and pro-inflammatory polarization of microglia in a dose-dependent manner. TUDCA supplementation in experimental autoimmune encephalomyelitis reduced severity of disease, based on behavioral and pathological measures. We demonstrate that bile acid metabolism is altered in MS; bile acid supplementation prevents polarization of astrocytes and microglia to neurotoxic phenotypes and ameliorates neuropathology in an animal model of MS. These findings identify dysregulated bile acid metabolism as a potential therapeutic target in MS.

Multiple sclerosis is a common, complex neurological disease, where almost 20% of risk heritability can be attributed to common genetic variants, including >230 identified by genome-wide association studies (Patsopoulos et al., 2017). Multiple strands of evidence suggest that the majority of the remaining heritability is also due to the additive effects of individual variants, rather than epistatic interactions between these variants, or mutations exclusive to individual families. Here, we show in 68,379 cases and controls that as much as 5% of this heritability is explained by low-frequency variation in gene coding sequence. We identify four novel genes driving MS risk independently of common variant signals, which highlight a key role for regulatory T cell homeostasis and regulation, IFNγ biology and NFκB signaling in MS pathogenesis. As low-frequency variants do not show substantial linkage disequilibrium with other variants, and as coding variants are more interpretable and experimentally tractable than non-coding variation, our discoveries constitute a rich resource for dissecting the pathobiology of MS.