Therapeutic use of pantethine in experimental autoimmune encephalomyelitis

La pantetina, un tiolo a basso peso molecolare, rappresenta la forma stabile disulfidica della panteteina, il substrato metabolico che costituisce la parte attiva del coenzima A. Grazie alla capacità di abbassare l’indice lipidico senza effetti collaterali documentati, per decenni la pantetina è stata somministrata a pazienti con disfunzioni metaboliche. Studi recenti hanno dimostrato che la somministrazione di pantetina inibisce l’insorgenza della sindrome infiammatoria cerebrale in un modello animale di malaria, determinando la down-regolazione delle principali risposte cellulari pro-infiammatorie. Inoltre, il trattamento con pantetina è in grado di migliorare il decorso clinico in altri modelli animali di malattie neurologiche, tra le quali la malattia di Parkinson. Considerato che l’immunometabolismo è una disciplina che rappresenta una nuova frontiera nell’immunologia, lo scopo di questo studio è quello di studiare l’effetto metabolico associato alla somministrazione di pantetina sulla patogenesi dell’encefalomielite sperimentale autoimmune (EAE), il modello animale della sclerosi multipla (MS) umana. I nostri esperimenti in vivo hanno dimostrato che il trattamento con pantetina è in grado di interferire con l’evoluzione della forma recidivante - remittente dell’EAE (RR-EAE), ritardando l’esordio della malattia e riducendo la severità del quadro clinico. Inoltre, la somministrazione del farmaco a seguito del manifestarsi dei primi sintomi di malattia, ha determinato un indicativo miglioramento del decorso e della severità della RR-EAE. Come dimostrato da analisi neuropatologiche, questi rilevanti dati clinici sono associati ad una diminuzione degli infiltrati infiammatori e del grado di demielinizzazione a livello del midollo spinale di topi trattati con pantetina. Utilizzando un nuovo sistema di imaging in vivo (IVIS 200; Caliper Life Science), è stato inoltre dimostrato che gli animali trattati con pantetina presentano un ridotto leakage della barriera emato-encefalica (BEE) durante la fase pre-clinica della RR-EAE. Un ulteriore dato molto importante è la significativa riduzione della capacità proliferativa antigene-specifica delle cellule T isolate dai linfonodi drenanti di animali trattati con pantetina, se paragonato alle cellule isolate da animali non-trattati. I linfociti ottenuti da topi trattati hanno presentato anche una diminuzione nella produzione di citochine pro-infiammatorie durante il picco iniziale di malattia. Inoltre, i studi condotti in vitro suggeriscono che il pre-trattamento con pantetina ha un effetto bloccante sull’adesione integrino-dependente delle cellule T encefalitogeniche. La pantetina ha inoltre un effetto inibitorio anche sull’adesione in vivo delle cellule T attivate, effetto dimostrato tramite l’utilizzo di microscopia intravitale in un modello di infiammazione dei vasi cerebrali. Analisi eseguite tramite ImageStream System hanno evidenziato come l’inibizione sulla capacità adesiva delle cellule T PLP-specifiche non possa essere spiegata tramite cambiamenti di espressione integrinica o della capacità delle integrine di formare cluster indotti tramite attivazione chemochinica. Dato che la funzionalità delle integrine non dipende solo dalla loro avidità per i ligandi, ma anche dalla loro localizzazione all’interno di rafts lipidici ricchi di colesterolo presenti sulla superficie cellulare, si è analizzata l’influenza del trattamento con pantetina sulla conformazione dei rafts lipidici sulle cellule T attivate. Sorprendentemente, gli esperimenti condotti hanno evidenziato che il pre-trattamento con pantetina è in grado di ridurre notevolmente la formazione di rafts lipidici e la loro clusterizzazione sulle cellule T, nonostante le integrine fossero ancora organizzate in grandi caps polarizzati come sulle cellule T non trattate. Per analizzare più a fondo l’effetto globale della pantetina sulle cellule T attivate, si sono effettuati studi di metabolomica, i quali hanno evidenziato un effetto metabolico molto significativo della pantetina sulle cellule T trattate. In particolare, il trattamento con pantetina ha un effetto molto marcato su cellule T memory, se paragonate a cellule T naïve, modulando almeno 45 diversi pathways metabolici e causando un forte aumento della quantità di coenzima A disponibile, il quale va principalmente ad aumentare l’efficienza del ciclo di Krebs. Questi dati sembrerebbero indicare una capacità da parte della pantetina di regolare molto finemente il metabolismo delle cellule T patogeniche responsabili del danno al sistema nervoso centrale osservato nella MS. In conclusione i nostri risultati dimostrano che la pantetina ha un effetto immuno-modulatorio sull’EAE attraverso la riduzione dell’attivazione e dell’adesività delle cellule T patogeniche ed il mantenimento dell’integrità’ della BEE. Considerando il basso costo del farmaco, la sua sicura somministrazione in assenza di effetti collaterali e i nostri nuovi risultati, questo tiol a basso peso molecolare potrebbe rappresentare un approccio terapeutico efficace nel trattamento della MS.

Pantethine is a low molecular weight thiol and represents the stable disulfate form of pantetheine, the metabolic substrate constituting the active part of coenzyme A (CoA). For decades, pantethine has been administrated to patients with metabolic disorders for its lipid lowering activity, without any side effect reported. Recent data showed that pantethine prevents the occurrence of cerebral malaria, with the down-regulation of key cellular responses to the inflammatory cerebral syndrome. Immunometabolism represents a new frontier in immunology and the aim of this study was to investigate the effect of metabolic intervention with pantethine on experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal model of human multiple sclerosis (MS). Our in vivo experiments demonstrated that pantethine treatment prevents the development of chronic and relapsing-remitting EAE by delaying the disease onset and reducing the clinical score. Furthermore, pantethine treatment started after disease onset significantly ameliorated disease course and severity. The surprising clinical results were accompanied by a decrease in inflammatory infiltrates and in demyelination in pantethine treated-mice, proved by our neuropathological studies. Moreover, using IVIS 200 system we found that pantethine treated-mice had a reduced BBB leakage during the pre-clinical phase of relapsing-remitting EAE. Importantly, T-cells isolated from draining lymph nodes of mice treated with pantethine showed a significant reduction in antigen-specific proliferation and pro-inflammatory cytokines production at disease peak when compared with untreated-mice. Furthermore, our data from in vitro experiments demonstrated that pantethine pre-treatment of encephalitogenic T-cells blocked T-cell adhesion on purified integrin ligands. In addition, pantethine inhibited activated T-cell adhesion in vivo using an intravital microscopy model performed in inflamed brain venules. Importantly, pantethine had no effect on chemokine-induced naïve T-cell adhesion, proving that pantethine treatment has a selective effect only on activated T-cells. On the other hand, ImageStream analysis show that the important inhibition of proteolipid-specific T-cells adhesion could not be explain by changes on integrin expression or on their ability to form clusters upon chemokine-induce activation. Integrin functionality does not depend only on their avidity for their ligands but also on its localization into cholesterol-rich membrane rafts on cell surface. Thus, we next investigated the role of pantethine treatment on lipid rafts conformation on activated T-cells. Surprisingly, our in vitro experiments demonstrated that pantethine pre-treatment strongly reduced lipid rafts formation and raft clusters on encephalitogenic T-cells, although integrins were still present in big polarized caps. These results suggest that pantethine dissolve lipid rafts on activated T-cell, possibly interfering with the signal transduction necessary to support integrin-dependent firm adhesion. To further understand pantethine effect on in T-cell functions, we performed metabolomics analysis on pantethine-treated activated T-cells. Our data suggested a global metabolic effect of pantethine on T-cells. Overall, pantethine treatment significantly and differently affected the metabolism of memory T lymphocytes with respect to naïve T lymphocytes, leading to the modulation of at least 45 metabolic pathways with a huge availability of CoA that greatly enhances the Krebs cycle efficiency. These final consideration made us believe that pantethine could be able to perform a fine metabolic tuning of the pathogenic T-cells involved in demyelinating diseases, as MS. In conclusion, our results demonstrate that pantethine has an immuno-modulatory effect on EAE by reducing T-cell activation and adhesiveness, and maintaining BBB integrity. As pantethine has a low-cost and has successfully administered in different context to man in the absence of side effects, our results suggest that this low molecular weight thiol may represent a valuable new therapeutic approach in MS.