Abstract Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a model of human multiple sclerosis induced by autoreactive Th cells that mediate tissue inflammation and demyelination in the CNS. Initially, IFN-γ-producing Th1 cells and, more recently, IL-17-producing Th17 cells with specificity for myelin Ags have been implicated in EAE induction, but whether Th17 cells are encephalitogenic has been controversial. Moreover, a new effector T cell subset, Th9 cells, has been identified; however, the ability of this T cell subset to induce EAE has not been investigated. Here, we have developed protocols to generate myelin oligodendrocyte glycoprotein-specific Th17, Th1, Th2, and Th9 cells in vitro, so that we could directly compare and characterize the encephalitogenic activity of each of these subsets upon adoptive transfer. We show that myelin oligodendrocyte glycoprotein-specific Th1, Th17, and Th9 cells but not Th2 cells induce EAE upon adoptive transfer. Importantly, each T cell subset induced disease with a different pathological phenotype. These data demonstrate that different effector T cell subsets with specificity for myelin Ags can induce CNS autoimmunity and that the pathological heterogeneity in multiple sclerosis lesions might in part be due to multiple distinct myelin-reactive effector T cells.

Abstract Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and other organ-specific autoimmune diseases are induced by autoantigen-specific Th1 cells. In contrast, transfer of autoantigen-reactive Th2 cells that produce IL-4 and IL-10 can prevent and/or reverse EAE. The relative roles of these two Th2 cytokines in the regulation of EAE has not been evaluated. Utilizing IL-4 and IL-10 knockout mice deficient for these cytokines and IL-10 and IL-4 transgenic mice overexpressing these cytokines, we demonstrate that IL-10-deficient mice (IL-10−/−) are more susceptible and develop a more severe EAE when compared with IL-4-deficient mice (IL-4−/−) or wild-type mice. T cells from IL-10−/− mice exhibit a stronger Ag-specific proliferation, produce more proinflammatory cytokines (IFN-γ and TNF-α) when stimulated with an encephalitogenic peptide, and induce very severe EAE upon transfer into wild-type mice. In contrast, while IL-4 transgenic mice develop similar disease compared with their nontransgenic littermates, mice transgenic for IL-10 are completely resistant to the development of EAE. Taken together, our data suggest that IL-10 plays a more critical role in the regulation of EAE by regulating autopathogenic Th1 responses.

T helper type 17 (TH17) cells are highly proinflammatory effector T cells that are characterized by the production of high amounts of IL-17A, IL-17F, IL-21, and IL-22. Furthermore, TH17 cells have been associated with a number of autoimmune diseases. However, it is not clear whether TH17 cells can also serve as effective helper cells. Here we show that TH17 cells can function as B-cell helpers in that they not only induce a strong proliferative response of B cells in vitro but also trigger antibody production with class switch recombination in vivo. Transfer of TH17 cells into WT or T-cell receptor α–deficient mice, which lack endogenous T cells, induces a pronounced antibody response with preferential isotype class switching to IgG1, IgG2a, IgG2b, and IgG3, as well as the formation of germinal centers. Conversely, blockade of IL-17 signaling results in a significant reduction in both number and size of germinal centers. Whereas IL-21 is known to help B cells, IL-17 on its own drives B cells to undergo preferential isotype class switching to IgG2a and IgG3 subtypes. These observations provide insights into the unappreciated role of TH17 cells and their signature cytokines in mediating B-cell differentiation and class switch recombination.

The development of T helper (T H )17 and regulatory T (T reg ) cells is reciprocally regulated by cytokines. Transforming growth factor (TGF)-β alone induces FoxP3 + T reg cells, but together with IL-6 or IL-21 induces T H 17 cells. Here we demonstrate that IL-9 is a key molecule that affects differentiation of T H 17 cells and T reg function. IL-9 predominantly produced by T H 17 cells, synergizes with TGF-β1 to differentiate naïve CD4 + T cells into T H 17 cells, while IL-9 secretion by T H 17 cells is regulated by IL-23. Interestingly, IL-9 enhances the suppressive functions of FoxP3 + CD4 + T reg cells in vitro, and absence of IL-9 signaling weakens the suppressive activity of nT regs in vivo, leading to an increase in effector cells and worsening of experimental autoimmune encephalomyelitis. The mechanism of IL-9 effects on T H 17 and T regs is through activation of STAT3 and STAT5 signaling. Our findings highlight a role of IL-9 as a regulator of pathogenic versus protective mechanisms of immune responses.