Background Converging animal findings suggest that higher peripheral levels of inflammation are associated with activation of central inflammatory mechanisms that result in hippocampal neurodegeneration and related impairment of memory function. We have recently shown, consistent with animal findings, an inverse association between peripheral levels of interleukin-6 (IL-6), a relatively stable marker of systemic inflammation, and memory function in mid-life adults. In the current study, we extend this work to test whether systemic inflammation is associated with reduced grey matter volume of the hippocampus. Methods For this purpose, we used a computational structural neuroimaging method (optimized voxel-based morphometry) to evaluate the relationship between plasma IL-6 levels and hippocampal grey matter volume in a sample of 76 relatively healthy community volunteers ages 30–54. Results Peripheral levels of IL-6 covaried inversely with hippocampal grey matter volume, and this relationship persisted after accounting for several possible confounders, including age, gender, race, years of education, percent body fat, blood pressure, smoking, physical activity, hours of sleep, alcohol use, and total grey matter volume. Conclusions To our knowledge, this is the first report of a relationship between a peripheral marker of IL-6 and hippocampal grey matter volume, raising the possibility that low-grade systemic inflammation could plausibly presage subclinical cognitive decline in part via structural neural pathways. Converging animal findings suggest that higher peripheral levels of inflammation are associated with activation of central inflammatory mechanisms that result in hippocampal neurodegeneration and related impairment of memory function. We have recently shown, consistent with animal findings, an inverse association between peripheral levels of interleukin-6 (IL-6), a relatively stable marker of systemic inflammation, and memory function in mid-life adults. In the current study, we extend this work to test whether systemic inflammation is associated with reduced grey matter volume of the hippocampus. For this purpose, we used a computational structural neuroimaging method (optimized voxel-based morphometry) to evaluate the relationship between plasma IL-6 levels and hippocampal grey matter volume in a sample of 76 relatively healthy community volunteers ages 30–54. Peripheral levels of IL-6 covaried inversely with hippocampal grey matter volume, and this relationship persisted after accounting for several possible confounders, including age, gender, race, years of education, percent body fat, blood pressure, smoking, physical activity, hours of sleep, alcohol use, and total grey matter volume. To our knowledge, this is the first report of a relationship between a peripheral marker of IL-6 and hippocampal grey matter volume, raising the possibility that low-grade systemic inflammation could plausibly presage subclinical cognitive decline in part via structural neural pathways.

Childhood socioeconomic disadvantage is associated with increased risk for chronic inflammation and cardiometabolic disease at midlife.As it is presently unknown whether inflammation mediates the relationship between childhood socioeconomic status (SES) and adulthood cardiometabolic risk, we investigated associations between retrospectively reported childhood SES, circulating levels of inflammatory markers, and a latent construct of cardiometabolic risk in midlife adults.Participants were 1,359 healthy adults aged 30-54 (Adult Health and Behavior Iⅈ 52% women, 17% Black) who retrospectively reported childhood SES (parental education, occupational grade). Measures included plasma interleukin (IL)-6, C-reactive protein (CRP), and cardiometabolic risk factors. Structural equation modeling was conducted, with cardiometabolic risk modeled as a second-order latent variable with adiposity, blood lipids, glucose control, and blood pressure as first-order components.Lower childhood SES was associated with greater risk for cardiometabolic disease at midlife (β = -0.08, CI[-0.04, -0.01], p = .01) in models adjusted for demographics, but this association was attenuated in models that adjusted for adulthood SES and health behaviors. In fully-adjusted models, the relationship between lower childhood SES and adult cardiometabolic risk was partially explained by higher circulating levels of CRP (β = -0.05, CI[-0.02, -0.01], p = .001), but not by IL-6. In an exploratory model, lower adulthood SES was also found to independently contribute to the association between childhood SES and adult cardiometabolic risk (β = -0.02, CI[-0.01, -0.001], p = .02).The current study provides initial evidence that systemic inflammation may contribute to childhood socioeconomic disparities in cardiometabolic risk in midlife. Future work would benefit from prospective investigation of these relationships.

GDF15 (growth differentiation factor 15) is a marker of cellular energetic stress linked to physical-mental illness, aging, and mortality. However, questions remain about its dynamic properties and measurability in human biofluids other than blood. Here, we examine the natural dynamics and psychobiological regulation of plasma and saliva GDF15 in four human studies representing 4,749 samples from 188 individuals. We show that GDF15 protein is detectable in saliva (8% of plasma concentration), likely produced by salivary glands secretory duct cells. Using a brief laboratory socio-evaluative stressor paradigm, we find that psychosocial stress increases plasma (+3.5-5.9%) and saliva GDF15 (+43%) with distinct kinetics, within minutes. Moreover, saliva GDF15 exhibits a robust awakening response, declining by ~40-89% within 30-45 minutes from its peak level at the time of waking up. Clinically, individuals with genetic mitochondrial OxPhos diseases show elevated baseline plasma and saliva GDF15, and post-stress GDF15 levels in both biofluids correlate with multi-system disease severity, exercise intolerance, and the subjective experience of fatigue. Taken together, our data establish that saliva GDF15 is dynamic, sensitive to psychological states, a clinically relevant endocrine marker of mitochondrial diseases. These findings also point to a shared psychobiological pathway integrating metabolic and mental stress.

Abstract Objective Psychosocial stress is transduced into disease risk through energy-dependent release of hormones that affect target organs, tissues, and cells. The magnitude of the physiological stress responses reflects both systemic levels of these hormones and the sensitivity of target tissues to their effects. Thus, differential expression of receptors across organs likely contributes to stress transduction. Here we provide a quantitative whole-body map of glucocorticoid and adrenergic receptor expression. Methods We systematically examined gene expression levels for the glucocorticoid receptor (GR), α- and β-adrenergic receptors (AR-α1B, AR-α2B AR-β2, and AR-β3), across 55 different organs using the Human Protein Atlas dataset. We also leveraged the Human Proteome Map and MitoCarta3.0 data to examine receptor protein levels and, given the energy-dependence of the stress response, the link between stress hormone receptor density and mitochondrial pathways. Finally, we tested the functional interplay between GR activation and AR expression in living human cells. Results The GR was expressed ubiquitously across all investigated organ systems. Immune tissues and cells expressed the highest GR RNA and protein levels. In contrast, AR subtypes showed lower and more localized expression patterns. Co-regulation was found between GR and AR-α1B, as well as between AR-α1B and AR-α2B. In human fibroblasts, activating the GR selectively increased AR-β2 (3.6-fold) and AR-α1B (2.2-fold) expression, confirming their interaction. Consistent with the energetic cost of stress responses, GR and AR expression were positively associated with the expression of key mitochondrial pathways. Conclusion Our results provide a cartography of GR and AR expression across the human body. Tissue-specific stress hormone receptor expression patterns could make specific organ systems more responsive to the sustained, energetically expensive, neuroendocrine signaling pathways triggered by chronic psychosocial stress.

Abstract Patients with oxidative phosphorylation (OxPhos) defects causing mitochondrial diseases appear particularly vulnerable to infections. Although OxPhos defects modulate cytokine production in vitro and in animal models, little is known about how circulating leukocytes of patients with inherited mitochondrial DNA (mtDNA) defects respond to acute immune challenges. In a small cohort of healthy controls (n=21) and patients (n=12) with either the m.3243A>G mutation or single, large-scale mtDNA deletions, we examined: i) cytokine responses (IL-6, TNF-α, IL-1β) in response to acute lipopolysaccharide (LPS) exposure, and ii) sensitivity to the immunosuppressive effects of glucocorticoid signaling (dexamethasone) on cytokine production. In dose-response experiments to determine the half-maximal effective LPS concentration (EC 50 ), relative to controls, leukocytes from patients with mtDNA deletions showed 74 - 79% lower responses for IL-6 and IL-1β (p IL-6 =0.031, p IL-1β =0.009). Moreover, IL-6 response to LPS in presence of GC was also blunted in cells from patients with mtDNA deletions (p IL-6 =0.006), but not in leukocytes from patients with the m.3243A>G mutation. Overall, these ex vivo data provide preliminary evidence that some systemic OxPhos defects may compromise immune cytokine responses and glucocorticoid sensitivity. Further work in larger cohorts is needed to define the nature of immune dysregulation in patients with mitochondrial disease, and their potential implications for disease phenotypes.

Intrinsic biological mechanisms transduce psychological stress into physiological adaptation, but the role of mitochondria and mitochondrial DNA (mtDNA) in this process has not been defined in humans. Here, we show that similar to physical injury, psychological stress triggers elevation in circulating cell-free mtDNA (ccf-mtDNA). Healthy midlife adults exposed on two separate occasions to a brief psychological challenge exhibit a 2-3-fold increase in ccf-mtDNA, with no change in nuclear DNA levels, establishing the magnitude and specificity to ccf-mtDNA. In cell-based studies, we show that glucocorticoid signaling - a consequence of psychological stress in humans - is sufficient to induce mtDNA extrusion in a time frame consistent with human psychophysiology. Collectively, these findings provide the first evidence that psychological stress induces ccf-mtDNA and implicate glucocorticoid signaling as a trigger for ccf-mtDNA release. Further work is needed to examine the functional significance of psychological stress-induced ccf-mtDNA as a mitokine in humans.