In these new reports, three different research groups independently find that various T cell populations are crucial mediators of obesity-induced metabolic dysfunction. They also show that pharmacological approaches that target these T cells are beneficial, thus opening the door to possible new therapeutic approaches to treating obesity-related diseases such as diabetes ( pages 846–847 , 914–920 and 930–939 ). Obesity and its associated metabolic syndromes represent a growing global challenge, yet mechanistic understanding of this pathology and current therapeutics are unsatisfactory. We discovered that CD4+ T lymphocytes, resident in visceral adipose tissue (VAT), control insulin resistance in mice with diet-induced obesity (DIO). Analyses of human tissue suggest that a similar process may also occur in humans. DIO VAT-associated T cells show severely biased T cell receptor Vα repertoires, suggesting antigen-specific expansion. CD4+ T lymphocyte control of glucose homeostasis is compromised in DIO progression, when VAT accumulates pathogenic interferon-γ (IFN-γ)-secreting T helper type 1 (TH1) cells, overwhelming static numbers of TH2 (CD4+GATA-binding protein-3 (GATA-3)+) and regulatory forkhead box P3 (Foxp3)+ T cells. CD4+ (but not CD8+) T cell transfer into lymphocyte-free Rag1-null DIO mice reversed weight gain and insulin resistance, predominantly through TH2 cells. In obese WT and ob/ob (leptin-deficient) mice, brief treatment with CD3-specific antibody or its F(ab′)2 fragment, reduces the predominance of TH1 cells over Foxp3+ cells, reversing insulin resistance for months, despite continuation of a high-fat diet. Our data suggest that the progression of obesity-associated metabolic abnormalities is under the pathophysiological control of CD4+ T cells. The eventual failure of this control, with expanding adiposity and pathogenic VAT T cells, can successfully be reversed by immunotherapy.

Edgar Engleman and his colleagues show that B cell production of pathogenic IgG antibodies is involved in obesity-induced insulin resistance. They also show that B cell depletion in obese mice ameliorates metabolic disease, and that obese, insulin-resistant humans have a unique profile of IgG autoantibodies. These results suggest a possible new therapeutic target to treat insulin resistance. Chronic inflammation characterized by T cell and macrophage infiltration of visceral adipose tissue (VAT) is a hallmark of obesity-associated insulin resistance and glucose intolerance. Here we show a fundamental pathogenic role for B cells in the development of these metabolic abnormalities. B cells accumulate in VAT in diet-induced obese (DIO) mice, and DIO mice lacking B cells are protected from disease despite weight gain. B cell effects on glucose metabolism are mechanistically linked to the activation of proinflammatory macrophages and T cells and to the production of pathogenic IgG antibodies. Treatment with a B cell–depleting CD20 antibody attenuates disease, whereas transfer of IgG from DIO mice rapidly induces insulin resistance and glucose intolerance. Moreover, insulin resistance in obese humans is associated with a unique profile of IgG autoantibodies. These results establish the importance of B cells and adaptive immunity in insulin resistance and suggest new diagnostic and therapeutic modalities for managing the disease.

Abstract Obesity is associated with numerous inflammatory conditions including atherosclerosis, autoimmune disease and cancer. Although the precise mechanisms are unknown, obesity‐associated rises in TNF‐α, IL‐6 and TGF‐β are believed to contribute. Here we demonstrate that obesity selectively promotes an expansion of the Th17 T‐cell sublineage, a subset with prominent pro‐inflammatory roles. T‐cells from diet‐induced obese mice expand Th17 cell pools and produce progressively more IL‐17 than lean littermates in an IL‐6‐dependent process. The increased Th17 bias was associated with more pronounced autoimmune disease as confirmed in two disease models, EAE and trinitrobenzene sulfonic acid colitis. In both, diet‐induced obese mice developed more severe early disease and histopathology with increased IL‐17 + T‐cell pools in target tissues. The well‐described association of obesity with inflammatory and autoimmune disease is mechanistically linked to a Th17 bias.

Abstract Microgravity is associated with immunological dysfunction, though the mechanisms are poorly understood. Here, using single-cell analysis of human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) exposed to short term (25 hours) simulated microgravity, we characterize altered genes and pathways at basal and stimulated states with a Toll-like Receptor-7/8 agonist. We validate single-cell analysis by RNA sequencing and super-resolution microscopy, and against data from the Inspiration-4 (I4) mission, JAXA (Cell-Free Epigenome) mission, Twins study, and spleens from mice on the International Space Station. Overall, microgravity alters specific pathways for optimal immunity, including the cytoskeleton, interferon signaling, pyroptosis, temperature-shock, innate inflammation (e.g., Coronavirus pathogenesis pathway and IL-6 signaling), nuclear receptors, and sirtuin signaling. Microgravity directs monocyte inflammatory parameters, and impairs T cell and NK cell functionality. Using machine learning, we identify numerous compounds linking microgravity to immune cell transcription, and demonstrate that the flavonol, quercetin, can reverse most abnormal pathways. These results define immune cell alterations in microgravity, and provide opportunities for countermeasures to maintain normal immunity in space.

A dysregulated adaptive immune system is a key feature of aging, and is associated with age-related chronic diseases and mortality. Most notably, aging is linked to a loss in the diversity of the T cell repertoire and expansion of activated inflammatory age-related T cell subsets, though the main drivers of these processes are largely unknown. Here, we find that T cell aging is directly influenced by B cells. Using multiple models of B cell manipulation and single-cell omics, we find B cells to be a major cell type that is largely responsible for the age-related reduction of naive T cells, their associated differentiation towards pathogenic immunosenescent T cell subsets, and for the clonal restriction of their T cell receptor (TCR). Accordingly, we find that these pathogenic shifts can be therapeutically targeted via CD20 monoclonal antibody treatment. Mechanistically, we uncover a new role for insulin receptor signaling in influencing age-related B cell pathogenicity that in turn induces T cell dysfunction and a decline in healthspan parameters. These results establish B cells as a pivotal force contributing to age-associated adaptive immune dysfunction and healthspan outcomes, and suggest new modalities to manage aging and related multi-morbidity.

Abstract The “gut-brain axis” is emerging as an important target in Alzheimer’s disease (AD). However, immunological mechanisms underlying this axis remain poorly understood. Using single-cell RNA sequencing of the colon immune compartment in the 5XFAD amyloid-β (Aβ) mouse model, we uncovered AD-associated changes in ribosomal activity, oxidative stress, and BCR/plasma cell activity. Strikingly, levels of colon CXCR4 + antibody secreting cells (ASCs) were significantly reduced. This corresponded with accumulating CXCR4 + B cells and gut-specific IgA + cells in the brain and dura mater, respectively. Consistently, a chemokine ligand for CXCR4, CXCL12, was expressed at higher levels in 5XFAD glial cells and in in silico analyzed human brain studies, supporting altered neuroimmune trafficking. An inulin prebiotic fiber diet attenuated AD markers including Aβ plaques and overall frailty. These changes corresponded to an expansion of gut IgA + cells and rescued peripheral T regs levels. Our study points to a key glia-gut axis and potential targets against AD. Study Highlights AD is associated with altered immune parameters in the gut of 5XFAD mice. 5 XFAD colon has reduced ASCs, including CXCR4 + cells with a migratory gene signature. 5XFAD brain gliosis includes increased CXCL12 expression. CXCR4 + B cells and gut-specific IgA + ASCs accumulate in the 5XFAD brain and/or dura mater. Inulin diet attenuates AD disease parameters while boosting IgA + cell and T reg levels.