The authors examine how brain inflammation affects the development of epilepsy. They show that genetic or antibody-mediated blockade of leukocyte-vascular interactions reduces epileptogenesis in mice ( pages 1309–1310 ). The mechanisms involved in the pathogenesis of epilepsy, a chronic neurological disorder that affects approximately one percent of the world population, are not well understood1,2,3. Using a mouse model of epilepsy, we show that seizures induce elevated expression of vascular cell adhesion molecules and enhanced leukocyte rolling and arrest in brain vessels mediated by the leukocyte mucin P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1, encoded by Selplg) and leukocyte integrins α4β1 and αLβ2. Inhibition of leukocyte-vascular interactions, either with blocking antibodies or by genetically interfering with PSGL-1 function in mice, markedly reduced seizures. Treatment with blocking antibodies after acute seizures prevented the development of epilepsy. Neutrophil depletion also inhibited acute seizure induction and chronic spontaneous recurrent seizures. Blood-brain barrier (BBB) leakage, which is known to enhance neuronal excitability, was induced by acute seizure activity but was prevented by blockade of leukocyte-vascular adhesion, suggesting a pathogenetic link between leukocyte-vascular interactions, BBB damage and seizure generation. Consistent with the potential leukocyte involvement in epilepsy in humans, leukocytes were more abundant in brains of individuals with epilepsy than in controls. Our results suggest leukocyte-endothelial interaction as a potential target for the prevention and treatment of epilepsy.

Abstract Mesenchymal stem cells (MSCs) represent a promising therapeutic approach for neurological autoimmune diseases; previous studies have shown that treatment with bone marrow-derived MSCs induces immune modulation and reduces disease severity in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of multiple sclerosis. Here we show that intravenous administration of adipose-derived MSCs (ASCs) before disease onset significantly reduces the severity of EAE by immune modulation and decreases spinal cord inflammation and demyelination. ASCs preferentially home into lymphoid organs but also migrates inside the central nervous system (CNS). Most importantly, administration of ASCs in chronic established EAE significantly ameliorates the disease course and reduces both demyelination and axonal loss, and induces a Th2-type cytokine shift in T cells. Interestingly, a relevant subset of ASCs expresses activated α4 integrins and adheres to inflamed brain venules in intravital microscopy experiments. Bioluminescence imaging shows that α4 integrins control ASC accumulation in inflamed CNS. Importantly, we found that ASC cultures produce basic fibroblast growth factor, brain-derived growth factor, and platelet-derived growth factor-AB. Moreover, ASC infiltration within demyelinated areas is accompanied by increased number of endogenous oligodendrocyte progenitors. In conclusion, we show that ASCs have clear therapeutic potential by a bimodal mechanism, by suppressing the autoimmune response in early phases of disease as well as by inducing local neuroregeneration by endogenous progenitors in animals with established disease. Overall, our data suggest that ASCs represent a valuable tool for stem cell–based therapy in chronic inflammatory diseases of the CNS.

The Krebs cycle-derived metabolite itaconate is highly upregulated in inflammatory macrophages and exerts immunomodulatory effects through cysteine modifications on target proteins. The NLRP3 inflammasome, which cleaves IL-1β, IL-18, and gasdermin D, must be tightly regulated to avoid excessive inflammation. Here we provide evidence that itaconate modifies NLRP3 and inhibits inflammasome activation. Itaconate and its derivative, 4-octyl itaconate (4-OI), inhibited NLRP3 inflammasome activation, but not AIM2 or NLRC4. Conversely, NLRP3 activation was increased in itaconate-depleted Irg1−/− macrophages. 4-OI inhibited the interaction between NLRP3 and NEK7, a key step in the activation process, and "dicarboxypropylated" C548 on NLRP3. Furthermore, 4-OI inhibited NLRP3-dependent IL-1β release from PBMCs isolated from cryopyrin-associated periodic syndrome (CAPS) patients, and reduced inflammation in an in vivo model of urate-induced peritonitis. Our results identify itaconate as an endogenous metabolic regulator of the NLRP3 inflammasome and describe a process that may be exploited therapeutically to alleviate inflammation in NLRP3-driven disorders.

A variety of innate immune responses and functions are dependent on time of day, and many inflammatory conditions are associated with dysfunctional molecular clocks within immune cells. However, the functional importance of these innate immune clocks has yet to be fully characterized. NRF2 plays a critical role in the innate immune system, limiting inflammation via reactive oxygen species (ROS) suppression and direct repression of the proinflammatory cytokines, IL-1β and IL-6. Here we reveal that the core molecular clock protein, BMAL1, controls the mRNA expression of Nrf2 via direct E-box binding to its promoter to regulate its activity. Deletion of Bmal1 decreased the response of NRF2 to LPS challenge, resulting in a blunted antioxidant response and reduced synthesis of glutathione. ROS accumulation was increased in Bmal1-/- macrophages, facilitating accumulation of the hypoxic response protein, HIF-1α. Increased ROS and HIF-1α levels, as well as decreased activity of NRF2 in cells lacking BMAL1, resulted in increased production of the proinflammatory cytokine, IL-1β. The excessive prooxidant and proinflammatory phenotype of Bmal1-/- macrophages was rescued by genetic and pharmacological activation of NRF2, or through addition of antioxidants. Our findings uncover a clear role for the molecular clock in regulating NRF2 in innate immune cells to control the inflammatory response. These findings provide insights into the pathology of inflammatory conditions, in which the molecular clock, oxidative stress, and IL-1β are known to play a role.

Pyruvate kinase (PK) catalyzes the conversion of phosphoenolpyruvate to pyruvate during glycolysis. The PK isoform PKM2 has additional roles in regulation of gene transcription and protein phosphorylation. PKM2 has been shown to control macrophage metabolic remodeling in inflammation, but its role in T cell biology is poorly understood. Here, we report PKM2 upregulation, phosphorylation, and nuclear accumulation in murine and human CD4

Abstract Background Immune cell metabolism governs the outcome of immune responses and contributes to the development of autoimmunity by controlling lymphocyte pathogenic potential. In this study, we evaluated the metabolic profile of myelin-specific murine encephalitogenic T cells, to identify novel therapeutic targets for autoimmune neuroinflammation. Methods We performed metabolomics analysis on actively-proliferating encephalitogenic T cells to study their overall metabolic profile in comparison to resting T cells. Metabolomics, phosphoproteomics, in vitro functional assays, and in vivo studies in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a mouse model of multiple sclerosis (MS), were then implemented to evaluate the effect of metabolic targeting on autoreactive T cell pathogenicity. Finally, we confirmed the translational potential of our targeting approach in human pro-inflammatory T helper cell subsets and in T cells from MS patients. Results We found that autoreactive encephalitogenic T cells display an altered coenzyme A (CoA) synthesis pathway, compared to resting T cells. CoA fueling with the CoA precursor pantethine (PTTH) affected essential immune-related processes of myelin-specific T cells, such as cell proliferation, cytokine production, and cell adhesion, both in vitro and in vivo. Accordingly, pre-clinical treatment with PTTH before disease onset inhibited the development of EAE by limiting T cell pro-inflammatory potential in vivo. Importantly, PTTH also significantly ameliorated the disease course when administered after disease onset in a therapeutic setting. Finally, PTTH reduced pro-inflammatory cytokine production by human T helper 1 (Th1) and Th17 cells and by T cells from MS patients, confirming its translational potential. Conclusion Our data demonstrate that CoA fueling with PTTH in pro-inflammatory and autoreactive T cells may represent a novel therapeutic approach for the treatment of autoimmune neuroinflammation.