Methotrexate Restores Regulatory T Cell Function Through Demethylation of the FoxP3 Upstream Enhancer in Patients With Rheumatoid Arthritis

Abstract

Objective We have previously shown, in a cohort of untreated rheumatoid arthritis (RA) patients, that the suppressive function of Treg cells is defective. However, other studies in cohorts of patients with established RA have shown that Treg cell function is normal. We hypothesized that treatment may restore Treg cell function and lead to reduced disease activity. The aim of this study was to investigate whether treatment with methotrexate (MTX) can result in epigenetic changes that lead to restoration of the Treg cell suppressive function in RA. Methods Peripheral blood samples from RA patients were assessed using 3H‐thymidine incorporation to measure Treg cell suppression of T cell proliferation, and by enzyme‐linked immunosorbent assay to determine Treg cell suppression of interferon‐γ production. CTLA‐4 and FoxP3 expression was measured by flow cytometry and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) in Treg cells from healthy individuals and RA patients. CD4+ T cells isolated from healthy individuals were cultured with interleukin‐2 (IL‐2), IL‐6, and tumor necrosis factor α in the presence or absence of MTX, and FoxP3 expression was determined using qPCR and flow cytometry. Methylation of the FOXP3 upstream enhancer was analyzed by bisulfite sequencing PCR. Results Defective Treg cell function was observed only in RA patients who had not been treated with MTX, whereas Treg cells from MTX‐exposed RA patients had restored suppressive function. This restored suppression was associated with increased expression of FoxP3 and CTLA‐4 in Treg cells. Bisulfite sequencing PCR of Treg cells cultured in MTX revealed a significant reduction in methylation of the FOXP3 upstream enhancer. Conclusion This study identifies a novel mechanism of action of MTX, in which treatment of RA patients with MTX restores defective Treg cell function through demethylation of the FOXP3 locus, leading to a subsequent increase in FoxP3 and CTLA‐4 expression.

New Guidelines for the Management of Rheumatoid Arthritis (Eular, 2013): The Place of Glucocorticoids

“…Как уже отмечалось, ГК могут потенцировать «ан-тивоспалительный» эффект МТ за счет усиления накопле-ния полиглютамированных метаболитов МТ в клетках [56], а эффективное подавление воспаления на фоне лече-ния МТ является одним из важных факторов, снижающих риск развития стероид-резистентности [110,111]. Имеют-ся данные о синергическом действии МТ [112] и ГК [113] в отношении нормализации функции и уровня Т-регуля-торных (CD25-FOXP3+) клеток, играющих фундаменталь-ную роль в иммунопатогенезе РА, особенно на ранней ста-дии болезни [114].…”

Methotrexate in Rheumatoid Arthritis – 2015: New Facts and Ideas

“…Совсем недавно были получены новые данные, сви-детельствующие о влиянии МТ на эпигенетические дефек-ты функции Трег [23,24]. Напомним, что эпигенетическая регуляция генов, в первую очередь метилирование ДНК, играет существенную роль в контроле их функции [25].…”

“…При этом на фоне лечения МТ отмечается усиление экспрессии FoxP3 и CTLA-4, что приводит к нор-мализации супрессивной функции Трег. Механизм, лежа-щий в основе этого уникального эпигенетического эффек-та МТ, связан со снижением экспрессии гена ДНК метил-трансферазы, приводящим к существенному уменьшению метилирования ДНК [24].…”

The clinical and pathogenetic value of Foxp3+ T regulatory cells in rheumatoid arthritis

“…Совсем недавно были получены новые данные, свидетельствующие о влиянии МТ на эпигенетические дефекты функции Т рег [30,101]. Напомним, что эпигене-тическая регуляция генов, в первую очередь метилирова-ние ДНК, играет существенную роль в контроле их функ-ции [23]; было продемонстрировано, что метилирование ДНК участвует в экспрессии транскрипционного регуля-тора Т рег -FoxP3 [23].…”

“…На фоне лечения МТ отмечается усиление экспрессии FoxP3 и CTLA-4, что способствует нормализации супрессивной функции Т рег . Механизм, лежащий в основе этого уни-кального эпигенетического эффекта МТ, связан со сни-жением экспрессии гена ДНК метилтрансферазы, при-водящим к существенному уменьшению метилирования ДНК [101].…”