Granulocytes and monocytes/macrophages of the myeloid lineage are the chief cellular agents of innate immunity. Here, we have examined the inflammatory response in mice with conditional knockouts of the hypoxia responsive transcription factor HIF-1alpha, its negative regulator VHL, and a known downstream target, VEGF. We find that activation of HIF-1alpha is essential for myeloid cell infiltration and activation in vivo through a mechanism independent of VEGF. Loss of VHL leads to a large increase in acute inflammatory responses. Our results show that HIF-1alpha is essential for the regulation of glycolytic capacity in myeloid cells: when HIF-1alpha is absent, the cellular ATP pool is drastically reduced. The metabolic defect results in profound impairment of myeloid cell aggregation, motility, invasiveness, and bacterial killing. This role for HIF-1alpha demonstrates its direct regulation of survival and function in the inflammatory microenvironment.

To define the cell populations that drive joint inflammation in rheumatoid arthritis (RA), we applied single-cell RNA sequencing (scRNA-seq), mass cytometry, bulk RNA sequencing (RNA-seq) and flow cytometry to T cells, B cells, monocytes, and fibroblasts from 51 samples of synovial tissue from patients with RA or osteoarthritis (OA). Utilizing an integrated strategy based on canonical correlation analysis of 5,265 scRNA-seq profiles, we identified 18 unique cell populations. Combining mass cytometry and transcriptomics revealed cell states expanded in RA synovia: THY1(CD90)+HLA-DRAhi sublining fibroblasts, IL1B+ pro-inflammatory monocytes, ITGAX+TBX21+ autoimmune-associated B cells and PDCD1+ peripheral helper T (TPH) cells and follicular helper T (TFH) cells. We defined distinct subsets of CD8+ T cells characterized by GZMK+, GZMB+, and GNLY+ phenotypes. We mapped inflammatory mediators to their source cell populations; for example, we attributed IL6 expression to THY1+HLA-DRAhi fibroblasts and IL1B production to pro-inflammatory monocytes. These populations are potentially key mediators of RA pathogenesis. Defining cell types and their activation status in rheumatoid arthritis (RA) is critical to understanding this disease. Raychaudhuri and colleagues leverage several single-cell -omics approaches to define the cellular processes and pathways in the human RA joint.

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades are involved in inflammation and tissue destruction in rheumatoid arthritis (RA). In particular, c-Jun N-terminal kinase (JNK) is highly activated in RA fibroblast-like synoviocytes and synovium. However, defining the precise function of this kinase has been difficult because a selective JNK inhibitor has not been available. We now report the use of a novel selective JNK inhibitor and JNK knockout mice to determine the function of JNK in synoviocyte biology and inflammatory arthritis. The novel JNK inhibitor SP600125 (anthra[1,9-cd]pyrazol-6(2H)-one) completely blocked IL-1–induced accumulation of phospho-Jun and induction of c-Jun transcription in synoviocytes. Furthermore, AP-1 binding and collagenase mRNA accumulation were completely suppressed by SP600125. In contrast, complete inhibition of p38 had no effect, and ERK inhibition had only a modest effect. The essential role of JNK was confirmed in cultured synoviocytes from JNK1 knockout mice and JNK2 knockout mice, each of which had a partial defect in IL-1–induced AP-1 activation and collagenase-3 expression. Administration of SP600125 modestly decreased the rat paw swelling in rat adjuvant-induced arthritis. More striking was the near-complete inhibition of radiographic damage that was associated with decreased AP-1 activity and collagenase-3 gene expression. Therefore, JNK is a critical MAPK pathway for IL-1–induced collagenase gene expression in synoviocytes and in joint arthritis, indicating that JNK is an important therapeutic target for RA.

Previous studies of the cytokine profile of rheumatoid arthritis (RA) have been primarily limited to the assessment of the levels of these mediators in synovial fluid (SF) or synovial tissues (ST) by biologic or immunologic assays. We have studied cytokine gene expression in RA by in situ hybridization of SF cells, enzymatically dispersed ST cells, and frozen sections of ST. RA ST cells (n = 7) were studied and a high percentage of cells hybridized to the following anti-sense probes: IL-6 = 19 +/- 3.3%; IL-1 beta = 9.9 +/- 1.7%; TNF-alpha = 5.8 +/- 1.4%; granulocyte-macrophage-CSF = 2.2 +/- 0.8%; transforming growth factor-beta 1 = 1.3 +/- 0.2% (p less than 0.05 for each compared to sense probes). Similar results were found using osteoarthritis ST cells, although the percentage of cells expressing the IL-6 gene (7.1 +/- 2.5%) was significantly less in osteoarthritis compared to RA. RA ST cells did not significantly bind the IFN-gamma probe (0.2 +/- 0.1% positive), although they were capable of expressing the IFN-gamma gene if stimulated with PHA. The OKM1+ population of ST cells (i.e., macrophage lineage cells) was greatly enriched for IL-1 beta and TNF-alpha, whereas the OKM1- population (lymphocytes, fibroblasts, and type B synoviocytes) was enriched for IL-6. The vast majority of cells expressing the IL-6 gene were non-T cells. Furthermore, hybridization to RA ST frozen sections localized IL-6 mRNA to the synovial lining layer, which is comprised of type A and type B synoviocytes. In contrast to the high level of cytokine gene expression observed in ST, SF cells did not hybridize significantly to any of the cytokine probes. If stimulated with LPS or PHA, SF cells expressed IL-1 beta or IFN-gamma genes, respectively.

Background Familial cold autoinflammatory syndrome (FCAS) is an autosomal dominant disorder characterised by recurrent episodes of rash, arthralgia, and fever after cold exposure. The genetic basis of this disease has been elucidated. Cryopyrin, the protein that is altered in FCAS, is one of the adaptor proteins that activate caspase 1, resulting in release of interleukin 1. Methods An experimental cold challenge protocol was developed to study the acute inflammatory mechanisms occurring after a general cold exposure in FCAS patients and to investigate the effects of pretreatment with an antagonist of interleukin 1 receptor (IL-1Ra). ELISA, real-time PCR, and immunohistochemistry were used to measure cytokine responses. Findings After cold challenge, untreated patients with FCAS developed rash, fever, and arthralgias within 1–4 h. Significant increases in serum concentrations of interleukin 6 and white-blood-cell counts were seen 4–8 h after cold challenge. Serum concentrations of interleukin 1 and cytokine mRNA in peripheral-blood leucocytes were not raised, but amounts of interleukin 1 protein and mRNA were high in affected skin. IL-1Ra administered before cold challenge blocked symptoms and increases in white-blood-cell counts and serum interleukin 6. Interpretation The ability of IL-1Ra to prevent the clinical features and haematological and biochemical changes in patients with FCAS indicates a central role for interleukin 1β in this disorder. Involvement of cryopyrin in activation of caspase 1 and NF-κB signalling suggests that it might have a role in many chronic inflammatory diseases. Relevance to practice These findings support a new therapy for a disorder with no previously known acceptable treatment. They also offer insights into the role of interleukin 1β in more common inflammatory diseases.

The factors that regulate the perpetuation and invasiveness of rheumatoid synovitis have been the subject of considerable inquiry, and the possibility that nonimmunologic defects can contribute to the disease has not been rigorously addressed. Using a mismatch detection system, we report that synovial tissue from the joints of severe chronic rheumatoid arthritis patients contain mutant p53 transcripts, which were not found in skin samples from the same patients or in joints of patients with osteoarthritis. Mutant p53 transcripts also were identified in synoviocytes cultured from rheumatoid joints. The predicted amino acid substitutions in p53 were identical or similar to those commonly observed in a variety of tumors and might influence growth and survival of rheumatoid synoviocytes. Thus, mutations in p53 and subsequent selection of the mutant cells may occur in the joints of patients as a consequence of inflammation and contribute to the pathogenesis of the disease.

CD4+ T cell clones were derived from mice immunized to keyhole limpet hemocyanin to characterize the cytokine profiles of newly isolated clones. Surprisingly, several of the clones had an unrestricted profile, producing IL-2, IL-3, IL-4, IFN-gamma, and TNF after either Con A or Ag stimulation. The coproduction of IL-2 and IL-4 was confirmed at the mRNA level. Subclones were derived which contained RNA transcripts for, as well as secreted, both IL-2 and IL-4 thus confirming the clonality of the original T cell clones. CD4+ T cell clones that expressed an unrestricted cytokine profile upon Con A stimulation were also isolated from mice immunized to other Ag (hen egg lysozyme, OVA, or type II collagen). These data indicate that CD4+ T cell clones newly isolated from immunized mice do not necessarily segregate into the Th1 and Th2 subsets. We propose this new murine CD4+ cell subset with an unrestricted pattern of cytokine production be called Th0.

IL-5 and granulocyte macrophage-colony-stimulating factor (GM-CSF) are important regulators of eosinophil survival, proliferation, and effector function. To determine whether IL-5 and/or GM-CSF are generated by eosinophils at sites of allergic inflammation, we have used in situ hybridization with 35S-labeled RNA probes to study the expression of IL-5 and GM-CSF mRNA in bronchoalveolar lavage (BAL) eosinophils derived from asthmatics (n = 5) before and after endobronchial allergen challenge. Endobronchial allergen challenge induced a significant airway eosinophilia (pre-allergen challenge 0.6 +/- 0.5% eosinophilia vs post-allergen challenge 48.2 +/- 25.6% eosinophilia). Post-allergen challenge eosinophils expressed IL-5 and GM-CSF mRNA, but did not express IL-1 beta or IL-2 mRNA. To determine whether the IL-5 mRNA-positive cells coexpressed GM-CSF mRNA, double mRNA labeling experiments with a digoxigenin-11-UTP nonradioactive labeled IL-5 RNA probe and a GM-CSF 35S-labeled RNA probe were performed. These studies demonstrated that individual eosinophils expressed one of four cytokine mRNA profiles (IL-5+, GM-CSF+, 34 +/- 13%; IL-5+, GM-CSF-, 34 +/- 5%; IL-5-, GM-CSF+, 11 +/- 9%; IL-5-, GM-CSF-, 21 +/- 25%). The expression of IL-5 and GM-CSF by eosinophils at sites of allergic inflammation in asthmatics may provide an important autocrine pathway, maintaining the viability and effector function of the recruited eosinophils.

Abstract Objective A phase II randomized controlled trial of recombinant human relaxin suggested that a dosage of 25 μg/kg/day was safe and clinically effective in improving skin disease and reducing functional disability in scleroderma (systemic sclerosis; SSc). We undertook a large randomized, double‐blind, placebo‐controlled clinical trial to compare placebo with 10 μg/kg/day and 25 μg/kg/day recombinant human relaxin, given for 24 weeks in patients with stable, diffuse, moderate‐to‐severe SSc. Methods Men and women ages 18–70 years with diffuse cutaneous SSc (dcSSc) were administered recombinant human relaxin (10 μg/kg/day or 25 μg/kg/day) or placebo for 24 weeks as a continuous subcutaneous infusion. There was a followup safety visit at week 28. Results The primary outcome measure, the modified Rodnan skin thickness score, was similar among the 3 groups at baseline and at weeks 4, 12, and 24. Secondary outcomes such as functional disability were similar in all 3 groups, while the forced vital capacity decreased significantly in the relaxin groups. The discontinuation of both doses of relaxin at week 24 led to statistically significant declines in creatinine clearance and serious renal adverse events (defined as doubling of serum creatinine, renal crisis, or grade 3 or 4 essential hypertension) in 7 patients who had received relaxin therapy but in none who had received placebo. Conclusion Recombinant relaxin was not significantly better than placebo in improving the total skin score or pulmonary function or in reducing functional disability in patients with dcSSc. In addition, relaxin was associated with serious renal adverse events, the majority of which occurred after stopping the infusion. If relaxin is used therapeutically for any conditions other than scleroderma, close monitoring of blood pressure and renal function must be performed.

Abstract Rheumatoid arthritis is a prototypical autoimmune disease that causes joint inflammation and destruction 1 . There is currently no cure for rheumatoid arthritis, and the effectiveness of treatments varies across patients, suggesting an undefined pathogenic diversity 1,2 . Here, to deconstruct the cell states and pathways that characterize this pathogenic heterogeneity, we profiled the full spectrum of cells in inflamed synovium from patients with rheumatoid arthritis. We used multi-modal single-cell RNA-sequencing and surface protein data coupled with histology of synovial tissue from 79 donors to build single-cell atlas of rheumatoid arthritis synovial tissue that includes more than 314,000 cells. We stratified tissues into six groups, referred to as cell-type abundance phenotypes (CTAPs), each characterized by selectively enriched cell states. These CTAPs demonstrate the diversity of synovial inflammation in rheumatoid arthritis, ranging from samples enriched for T and B cells to those largely lacking lymphocytes. Disease-relevant cell states, cytokines, risk genes, histology and serology metrics are associated with particular CTAPs. CTAPs are dynamic and can predict treatment response, highlighting the clinical utility of classifying rheumatoid arthritis synovial phenotypes. This comprehensive atlas and molecular, tissue-based stratification of rheumatoid arthritis synovial tissue reveal new insights into rheumatoid arthritis pathology and heterogeneity that could inform novel targeted treatments.