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Sterlin D, Larsen M, Fadlallah J, Parizot C, Vignes M, Autaa G, Dorgham K, Juste C, Lepage P, Aboab J, Vicart S, Maillart E, Gout O, Lubetzki C, Deschamps R, Papeix C, Gorochov G. Perturbed Microbiota/Immune Homeostasis in Multiple Sclerosis. NEUROLOGY-NEUROIMMUNOLOGY & NEUROINFLAMMATION 2021; 8:8/4/e997. [PMID: 33975914 PMCID: PMC8114833 DOI: 10.1212/nxi.0000000000000997] [Citation(s) in RCA: 13] [Impact Index Per Article: 4.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/07/2020] [Accepted: 03/09/2021] [Indexed: 12/21/2022]
Abstract
Objective Based on animal models and human studies, there is now strong suspicion that host/microbiota mutualism in the context of gut microbial dysbiosis could influence immunity and multiple sclerosis (MS) evolution. Our goal was to seek evidence of deregulated microbiota-induced systemic immune responses in patients with MS. Methods We investigated gut and systemic commensal-specific antibody responses in healthy controls (n = 32), patients with relapsing-remitting MS (n = 30), and individuals with clinically isolated syndromes (CISs) (n = 15). Gut microbiota composition and diversity were compared between controls and patients by analysis of 16S ribosomal ribonucleic acid (rRNA) sequencing. Autologous microbiota and cultivable bacterial strains were used in bacterial flow cytometry assays to quantify autologous serum IgG and secretory IgA responses to microbiota. IgG-bound bacteria were sorted by flow cytometry and identified using 16S rRNA sequencing. Results We show that commensal-specific gut IgA responses are drastically reduced in patients with severe MS, disease severity being correlated with the IgA-coated fecal microbiota fraction (r = −0.647, p < 0.0001). At the same time, IgA-unbound bacteria elicit qualitatively broad and quantitatively increased serum IgG responses in patients with MS and CIS compared with controls (4.1% and 2.5% vs 1.9%, respectively, p < 0.001). Conclusions Gut and systemic microbiota/immune homeostasis are perturbed in MS. Our results argue that defective IgA responses in MS are linked to a breakdown of systemic tolerance to gut microbiota leading to an enhanced triggering of systemic IgG immunity against gut commensals occurring early in MS.
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Affiliation(s)
- Delphine Sterlin
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Martin Larsen
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Jehane Fadlallah
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Christophe Parizot
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Marina Vignes
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Gaëlle Autaa
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Karim Dorgham
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Catherine Juste
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Patricia Lepage
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Jennifer Aboab
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Savine Vicart
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Elisabeth Maillart
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Olivier Gout
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Catherine Lubetzki
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Romain Deschamps
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Caroline Papeix
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
| | - Guy Gorochov
- From the Sorbonne Université (D.S., M.L., J.F., C.P., M.V., G.A., K.D., G.G.), Inserm, Centre d'Immunologie et des Maladies Infectieuses (CIMI-Paris), AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, France; Université Paris-Saclay (C.J., P.L.), INRAE, AgroParisTech, Micalis Institute, Jouy-en-Josas, France; Hôpital Ophtalmologique Adolphe de Rothschild (J.A., O.G., R.D.), Département de Neurologie, Paris, France; and Sorbonne Université (S.V., E.M., C.L., C.P.), Département de Neurologie, AP-HP Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France.
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