Antimetabolite Drugs Exhibit Distinctive Immunomodulatory Mechanisms and Effects on the Intestinal Microbiota in Experimental Autoimmune Uveitis

Abstract

Purpose

The purpose of this study was to investigate the effect of antimetabolite drugs on T-cell responses and intestinal microbial composition in autoimmune uveitis.

Methods

Experimental autoimmune uveitis (EAU) was induced in C57BL/6J mice treated with 0.00625 mg/mL methotrexate (MTX) or 0.625 mg/mL mycophenolate mofetil (MMF) in drinking water for 4 weeks prior to immunization and 2 weeks thereafter. The effector T cell (Teff) and regulatory T cell (Treg) populations were identified using flow cytometry. The 16S rRNA gene sequencing was applied for gut microbiome characterization. DESeq2 analysis was used to discriminate relative abundances of taxa and PLS-DA to integrate cytometric and microbiome data between groups.

Results

Both MTX and MMF abrogated uveitis in EAU without clinical signs of toxicity as compared to water-fed controls. MTX reduced Teff and Treg expansion in peripheral tissues and eyes. MTX decreased alpha diversity, increased Akkermansia, and reduced Lachnoclostridium abundances. Conversely, MMF enhanced Tregs in the mesenteric lymph node and the eyes. In parallel, MMF increased the gut alpha diversity, including an increased abundance of Lachnospiraceae NK4A136 group and a decreased abundance of Lachnospiraceae UCG-001. A significant congruent correlation among intestinal microbial changes, T-cell responses, and clinical scores was observed for both antimetabolites.

Conclusions

Although MTX and MMF both abrogated uveitis in EAU, they showed different effects on T-cell subsets and the intestinal bacterial composition. This work indicates unique immunomodulation by each drug and is the first to demonstrate potential microbiota-related mechanisms.

Resumen

Objetivo

Investigar el efecto de los fármacos antimetabolitos sobre las respuestas de células T y la composición microbiana intestinal en la uveítis autoinmune.

Métodos

Se indujo uveítis autoinmune experimental (UAE) en ratones C57BL/6J tratados con 0.00625 mg/ml de metotrexato (MTX) o 0.625 mg/ml de micofenolato mofetilo (MFM) en agua de bebida durante 4 semanas antes de la inmunización y 2 semanas después. Las poblaciones de células T efectoras (Tef) y reguladoras (Treg) se identificaron por citometría de flujo. La caracterización del microbioma intestinal se realizó mediante secuenciación del gen 16S ARNr. El análisis discriminante de abundancias relativas en los taxones se llevó a cabo por DESeq2 y se usó un análisis PLS-DA para integrar los datos microbianos y citométricos entre grupos.

Resultados

MTX y MFM inhibieron la UAE sin signos clínicos de toxicidad comparado con los controles. MTX disminuyó la expansión de Tef y Treg en los tejidos periféricos y oculares. MTX redujo la alfa diversidad, incrementando la abundancia de Akkermansia, y reduciendo la de Lachnoclostridium. En cambio, MFM aumentó los Tregs en el ganglio mesentérico y en los ojos. Paralelamente, MFM aumentó la alfa diversidad, incluyendo un aumento de la abundancia del grupo Lachnospiraceae NK4A136 y un descenso de la de Lachnospiraceae UCG-001. Se observó una correlación congruente significativa, para ambos fármacos, entre los cambios en el microbioma, las respuestas de células T y los grados clínicos de uveítis.

Conclusiones

Aunque ambos, MTX y MFM, suprimieron la UAE, mostraron efectos diferentes sobre los subtipos de células T y sobre la composición del microbioma. Este estudio indica un efecto inmunomodulador único para cada fármaco y es el primero en demostrar potenciales mecanismos relacionados con el microbioma.