Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease characterized by pathologic T cell-B cell interactions and autoantibody production. Defining the T cell populations that drive B cell responses in SLE may enable design of therapies that specifically target pathologic cell subsets. Here, we evaluated the phenotypes of CD4+ T cells in the circulation of 52 SLE patients drawn from multiple cohorts and identified a highly expanded PD-1hiCXCR5-CD4+ T cell population. Cytometric, transcriptomic, and functional assays demonstrated that PD-1hiCXCR5-CD4+ T cells from SLE patients are T peripheral helper (Tph) cells, a CXCR5- T cell population that stimulates B cell responses via IL-21. The frequency of Tph cells, but not T follicular helper (Tfh) cells, correlated with both clinical disease activity and the frequency of CD11c+ B cells in SLE patients. PD-1hiCD4+ T cells were found within lupus nephritis kidneys and correlated with B cell numbers in the kidney. Both IL-21 neutralization and CRISPR-mediated deletion of MAF abrogated the ability of Tph cells to induce memory B cell differentiation into plasmablasts in vitro. These findings identify Tph cells as a highly expanded T cell population in SLE and suggest a key role for Tph cells in stimulating pathologic B cell responses.

Abstract Objective To investigate the immune cell profiling and their longitudinal changes in systemic lupus erythematosus (SLE). Methods We employed mass cytometry with three different 38-39 marker panels (Immunophenotyping, T cell/monocyte, and B cell) in cryopreserved peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from nine patients with early SLE, 15 patients with established SLE, and 14 non-inflammatory controls. We used machine learning-driven clustering, FlowSOM (Flow Self-Organizing Maps) and dimensional reduction with tSNE (t-distributed Stochastic Neighbor Embedding) to identify unique cell populations in early and established SLE. For the nine early SLE patients, longitudinal mass cytometry analysis was applied to PBMCs at three time points (at enrollment, six months post-enrollment, and one year post-enrollment). Serum samples were also assayed for 65 cytokines by Luminex multiplex assay, and associations between cell types and cytokines/chemokines assessed. Results T peripheral helper cells (Tph cells), T follicular helper cells (Tfh cells) and several Ki67 + proliferating subsets (ICOS + Ki67 + CD8 T cells, Ki67 + regulatory T cells, CD19 int Ki67 hi plasmablasts, and Ki67 hi PU.1 hi monocytes) were increased in early SLE. Longitudinal mass cytometry and multiplex serum cytokine assays of samples from early SLE patients revealed that Tfh cells and CXCL10 decreased at one year post-enrollment. CXCL13 correlated positively with several of the expanded cell populations in early SLE. Conclusions Two major helper T cell subsets and unique Ki67 + proliferating immune cell subsets were expanded in the early phase of SLE, and the immunologic features characteristic of early SLE evolved over time.

Lupus nephritis (LN) is a frequent manifestation of systemic lupus erythematosus, and fewer than half of patients achieve complete renal response with standard immunosuppressants. Identifying non-invasive, blood-based pathologic immune alterations associated with renal injury could aid therapeutic decisions. Here, we used mass cytometry immunophenotyping of peripheral blood mononuclear cells in 145 patients with biopsy-proven LN and 40 healthy controls to evaluate the heterogeneity of immune activation in patients with LN and to identify correlates of renal parameters and treatment response. Unbiased analysis identified 3 immunologically distinct groups of patients with LN that were associated with different patterns of histopathology, renal cell infiltrates, urine proteomic profiles, and treatment response at one year. Patients with enriched circulating granzyme B+ T cells at baseline showed more severe disease and increased numbers of activated CD8 T cells in the kidney, yet they had the highest likelihood of treatment response. A second group characterized primarily by a high type I interferon signature had a lower likelihood of response to therapy, while a third group appeared immunologically inactive by immunophenotyping at enrollment but with chronic renal injuries. Main immune profiles could be distilled down to 5 simple cytometric parameters that recapitulate several of the associations, highlighting the potential for blood immune profiling to translate to clinically useful non-invasive metrics to assess immune-mediated disease in LN.

Abstract Skeletal stem and progenitor cells are critical for bone homeostasis and healing, but their identity and diversity in humans are not well understood. In this study, we compared stromal populations in matched tissues from the femoral head and neck of 21 human participants using spectral flow cytometry of freshly isolated cells. High-level analysis indicated significant differences in marker distribution between periosteum, articular cartilage, endosteum and bone marrow stromal populations, and identified populations that were highly enriched or unique to specific tissues. Periosteum-enriched markers included CD90 and CD34. Articular cartilage, which has very poor regenerative potential, showed enrichment of multiple markers, including the PDPN+CD73+CD164+ population previously reported to represent human skeletal stem cells. We further characterized periosteal populations by combining CD90 with other strongly expressed markers. CD90+CD34+ cells sorted directly from periosteum showed significant colony-forming unit fibroblasts (CFU-F) enrichment, rapid expansion, and consistent multi-lineage differentiation of clonal populations. In situ, CD90+CD34+ cells include a perivascular population in the outer layer of the periosteum and non-perivascular cells closer to the bone surface. In conclusion, our study indicates considerable diversity in the stromal cell populations in different tissue compartments within the adult human skeleton, and suggests that periosteal stem cells reside within the CD90+CD34+ population.

Rheumatoid arthritis (RA) is a systemic autoimmune disease with currently no universally highly effective prevention strategies. Identifying pathogenic immune phenotypes in 'At-Risk' populations prior to clinical disease onset is crucial to establishing effective prevention strategies. Here, we applied mass cytometry to deeply characterize the immunophenotypes in blood from At-Risk individuals identified through the presence of serum antibodies to citrullinated protein antigens (ACPA) and/or first-degree relative (FDR) status (n=52), as compared to established RA (n=67), and healthy controls (n=48). We identified significant cell expansions in At-Risk individuals compared with controls, including CCR2+CD4+ T cells, T peripheral helper (Tph) cells, type 1 T helper cells, and CXCR5+CD8+ T cells. We also found that CD15+ classical monocytes were specifically expanded in ACPA-negative FDRs, and an activated PAX5 low naïve B cell population was expanded in ACPA-positive FDRs. Further, we developed an "RA immunophenotype score" classification method based on the degree of enrichment of cell states relevant to established RA patients. This score significantly distinguished At-Risk individuals from controls. In all, we systematically identified activated lymphocyte phenotypes in At-Risk individuals, along with immunophenotypic differences among both ACPA+ and ACPA-FDR At-Risk subpopulations. Our classification model provides a promising approach for understanding RA pathogenesis with the goal to further improve prevention strategies and identify novel therapeutic targets.

Abstract Cell surface marker expression is one of the criteria for defining human mesenchymal stem or stromal cells (MSC) in vitro. However, it is unclear if expression of markers including CD73 and CD90 reflects the in vivo origin of cultured cells. We evaluated expression of 15 putative MSC markers in primary cultured cells from periosteum and cartilage to determine whether expression of these markers reflects either the differentiation state of cultured cells or the self-renewal of in vivo populations. Cultured cells had universal and consistent expression of various putative stem cell markers including > 95% expression CD73, CD90 and PDPN in both periosteal and cartilage cultures. Altering the culture surface with extracellular matrix coatings had minimal effect on cell surface marker expression. Osteogenic differentiation led to loss of CD106 and CD146 expression, however CD73 and CD90 were retained in > 90% of cells. We sorted freshly isolated periosteal populations capable of CFU-F formation on the basis of CD90 expression in combination with CD34, CD73 and CD26. All primary cultures universally expressed CD73 and CD90 and lacked CD34, irrespective of the expression of these markers ex vivo indicating phenotypic convergence in vitro. We conclude that markers including CD73 and CD90 are acquired in vitro in most ‘mesenchymal’ cells capable of expansion. Overall, we demonstrate that in vitro expression of many cell surface markers in plastic-adherent cultures is unrelated to their expression prior to culture. Graphical Abstract

Abstract The periosteum is the major source of cells involved in fracture healing. We sought to characterize progenitor cells and their contribution to bone fracture healing. The periosteum is highly enriched for progenitor cells, including Sca1+ cells, CFU-F and label-retaining cells compared to the endosteum and bone marrow. Using lineage tracing, we demonstrate that αSMA identifies long-term, slow-cycling, self-renewing osteochondroprogenitors in the adult periosteum that are functionally important for bone formation during fracture healing. In addition, Col2.3CreER-labeled osteoblast cells contribute around 10% of osteoblasts, but no chondrocytes in fracture calluses. Most periosteal osteochondroprogenitors following fracture, can be targeted by αSMACreER. Previously identified skeletal stem cell populations were common in periosteum, but contained high proportions of mature osteoblasts. We have demonstrated that the periosteum is highly enriched for skeletal progenitor cells and there is heterogeneity in the populations of cells that contribute to mature lineages during periosteal fracture healing.

Motivation: UTE MR has demonstrated its potential for evaluating pulmonary lesions, which could be employed for assessing pulmonary metastasis from hepatoblastoma. Goal(s): To investigate the diagnostic performance of UTE MR for detecting pulmonary nodules and thus diagnosing pulmonary metastasis in pediatric hepatoblastoma patients. Approach: Lung UTE was assessed for its capability to detect nodules and for its diagnostic performance for pulmonary metastasis. Results: UTE has a moderate diagnostic sensitivity for metastasis, while its specificity is high. When it comes to single pulmonary nodules, UTE has a moderate detection rate with a relatively high false positive detection rate. Impact: UTE has a moderate diagnostic sensitivity for pulmonary metastasis, while its specificity is high. To make MR imaging a reliable one-stop assessment tool, higher resolution UTE imaging technology will be needed in the future.