Adipokines and cell metabolism in early rheumatoid arthritis

Abstract

This thesis aimed to investigate the role of adipokines as adiponectin, leptin, and resistin, as well as cell metabolism in rheumatoid arthritis (RA). We assessed whether these adipokines are associated with inflammation and disease activity, as well as chemokines in early RA. In addition, we determined the role of these adipokines as predictors of treatment response in participants with early RA. Furthermore, we tested whether these adipokines have a causal effect on RA risk. Finally, we aimed to identify metabolites characterising the metabolic fingerprint of RA fibroblast-like synoviocytes (FLS) and to elucidate the metabolic and bioenergetic alterations in RA FLS. In Paper I we measured adiponectin, leptin, and resistin, as well as chemokines in plasma from participants with early RA, showing that only adiponectin associated with inflammation markers and chemokines. In Paper II we used publicly available data from genome-wide association studies to perform a Mendelian randomisation analysis, finding that adiponectin, leptin, and resistin do not have a causal effect on the risk to develop RA. In Paper III we measured the levels of the three adipokines in plasma of participants of the NORD-STAR study followed-up for up to 48 weeks; neither of the adipokines could predict response to treatment regardless of treatment arm. Finally, in Paper IV we performed a metabolomics analysis of RA vs non-inflamed (NI) FLS followed by cellular assays, showing a distinct metabolic fingerprint in RA FLS characterised by acylcarnitine enrichment. Further assays noted that acylcarnitine accumulation is unlikely to be the result of differential carnitine-related protein expression or carnitine and fatty acid uptake, while Seahorse assays showed that RA FLS have energetic impairment. In conclusion, our findings indicate that, although adiponectin, leptin, and resistin levels are associated with inflammation markers and chemokines in people with early RA, they are not causally associated with the risk to develop RA and are not good biomarkers of response to anti-rheumatic treatment in early RA. This thesis also shows that acylcarnitine accumulation is a characteristic of RA FLS metabolic fingerprint and is likely associated with bioenergetic impairment in these cells.

Αυτή η διατριβή είχε ως στόχο να διερευνήσει τον ρόλο των αδιποκινών, όπως η αδιπονεκτίνη, η λεπτίνη και η ρεζιστίνη, καθώς και τον κυτταρικό μεταβολισμό στη ρευματοειδή αρθρίτιδα (ΡΑ). Αξιολογήσαμε κατά πόσο αυτές οι αδιποκίνες σχετίζονται με τη φλεγμονή και τη δραστηριότητα της νόσου, καθώς και με τις χημειοκίνες στη πρώιμη ΡΑ. Επιπλέον, προσδιορίσαμε τον ρόλο αυτών των αδιποκινών ως προγνωστικούς δείκτες απόκρισης στη θεραπεία σε συμμετέχοντες με πρώιμη ΡΑ. Επίσης, εξετάσαμε εάν αυτές οι αδιποκίνες έχουν αιτιώδη επίδραση στον κίνδυνο εμφάνισης ΡΑ. Τέλος, επιδιώξαμε να αναγνωρίσουμε μεταβολίτες που χαρακτηρίζουν το μεταβολικό αποτύπωμα των συνοβιακών ινοβλαστών (FLS) στη ΡΑ και να διευκρινίσουμε τις μεταβολικές και βιοενεργειακές μεταβολές σε αυτά τα κύτταρα. Στο Άρθρο Ι, μετρήσαμε την αδιπονεκτίνη, τη λεπτίνη, τη ρεζιστίνη, καθώς και τις χημειοκίνες στο πλάσμα συμμετεχόντων με πρώιμη ΡΑ, δείχνοντας ότι μόνο η αδιπονεκτίνη σχετίζεται με δείκτες φλεγμονής και χημειοκίνες. Στο Άρθρο ΙΙ, χρησιμοποιήσαμε δεδομένα από μελέτες συσχέτισης σε όλο το γονιδίωμα (GWAS) για να πραγματοποιήσουμε ανάλυση Μεντελιανής τυχαιοποίησης, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι η αδιπονεκτίνη, η λεπτίνη και η ρεζιστίνη δεν έχουν αιτιώδη επίδραση στον κίνδυνο εμφάνισης ΡΑ. Στο Άρθρο ΙΙΙ, μετρήσαμε τα επίπεδα των τριών αδιποκινών στο πλάσμα των συμμετεχόντων της μελέτης NORD-STAR, οι οποίοι παρακολουθήθηκαν για έως και 48 εβδομάδες, και διαπιστώσαμε ότι καμία από τις αδιποκίνες δεν μπορούσε να προβλέψει την απόκριση στη θεραπεία, ανεξάρτητα από τη θεραπευτική αγωγή. Τέλος, στο Άρθρο IV, πραγματοποιήσαμε μεταβολομική ανάλυση των FLS από ΡΑ έναντι μη φλεγμονωδών (ΝΙ) FLS, ακολουθούμενη από κυτταρικά πειράματα, αποκαλύπτοντας ένα διακριτό μεταβολικό αποτύπωμα στα FLS της ΡΑ, που χαρακτηρίζεται από εμπλουτισμό σε ακυλοκαρνιτίνες. Περαιτέρω δοκιμές έδειξαν ότι η συσσώρευση ακυλοκαρνιτινών δεν φαίνεται να οφείλεται σε διαφοροποιημένη έκφραση πρωτεϊνών σχετικών με την καρνιτίνη ή στην πρόσληψη καρνιτίνης και λιπαρών οξέων, ενώ οι δοκιμές Seahorse κατέδειξαν ότι τα FLS της ΡΑ εμφανίζουν ενεργειακή δυσλειτουργία. Συμπερασματικά, τα ευρήματά μας δείχνουν ότι, αν και τα επίπεδα της αδιπονεκτίνης, της λεπτίνης και της ρεζιστίνης σχετίζονται με δείκτες φλεγμονής και χημειοκίνες σε άτομα με πρώιμη ΡΑ, δεν σχετίζονται αιτιωδώς με τον κίνδυνο εμφάνισης της νόσου και δεν αποτελούν αξιόπιστους βιοδείκτες απόκρισης στη θεραπεία κατά της ΡΑ σε πρώιμο στάδιο. Επιπλέον, η διατριβή αυτή καταδεικνύει ότι η συσσώρευση ακυλοκαρνιτινών αποτελεί χαρακτηριστικό του μεταβολικού αποτυπώματος των FLS της ΡΑ και πιθανώς συνδέεται με βιοενεργειακή δυσλειτουργία σε αυτά τα κύτταρα.