MicroRNAs expression in serum exosomes from Multiple Sclerosis (MS) patients and the role of exosomes derived from MS patients and Mesenchymal Stem Cells to modulate the inflammatory profile of microglia

In the last few years, there has been a growing attention on exosomes (EXOs) as biomarkers and therapeutic mediators in several human diseases. The potential role of EXOs in Multiple Sclerosis (MS) pathogenesis has already been suggested. An increase of EXOs has been reported in serum and cerebro-spinal fluid (CSF) of MS patients compared to controls. In particular, the potential use of EXOs-associated miRNAs as reliable biomarkers for MS could positively affect the development of highly sensitive diagnostic strategies for rapid, non-invasive monitoring of the pathologic condition of MS patients. So, we focused on the expression of a specific set of miRNAs (miR-223, miR-146a, miR-21, and miR-155) involved in MS immune-related processes and macrophage polarization and plasticity in serum EXOs from healthy donors (HD) and MS patients. Our results showed an upregulation of the studied miRNAs in MS not- active phase compared to both healthy donors and MS active phase that may indicate their contribution to the pathogenesis of the disease. This observed phenomenon could be due to the coexistence of pro- and anti- inflammatory processes in not-active patients that are seeking to counteract the harmful activity of pathogenic cells, promoting suppression of active inflammation, and maintaining stable (Relapsing-Remitting MS) RRMS course. However, their role in MS has yet to be fully clarified. Then, to deepen the hypothetical pathophysiologic functions of serum exosomes in MS, we studied the effects of these vesicles on Central Nervous System (CNS) cells like microglia. So, we decided to evaluate the effect of serum exosomes isolated from MS patients in active or not-active disease phase on human microglia cell line. Contrary to expectations, in this study we found no role of serum EXOs from MS patients in triggering or increasing microglia pro-inflammatory polarization in vitro, likely suggesting no relationship between circulating exosomes and neuroinflammation in MS disease. Lastly, we hypothesized that EXOs isolated from human amniotic mesenchymal stromal cells (hAMSCs-EXOs) could provide a better course of treatment for MS by investigating whether hAMSCs-EXOs treatment would reduce inflammation in human microglia cells. Despite the therapeutic potential of EXOs derived from MSCs has been already demonstrated, we did not observe a clear anti-inflammatory effect of EXOs derived from hAMSCs on human microglia cells in all three performed protocols.

Negli ultimi anni vi è stata una crescente attenzione sugli esosomi (EXO) come biomarcatori e mediatori terapeutici in diverse patologie umane. Il potenziale ruolo degli EXO nella patogenesi della Sclerosi Multipla (SM) è stato già discusso. È stato dimostrato un aumento degli EXO nel siero e liquor di pazienti SM rispetto a donatori sani. In particolare, il potenziale utilizzo dei microRNA (miRNA) associati agli EXO come affidabili biomarcatori di SM potrebbe positivamente influenzare lo sviluppo di strategie diagnostiche altamente sensibili per un monitoraggio rapido e non invasivo delle condizioni patologiche dei pazienti. Dunque, ci siamo focalizzati sullo studio dell’espressione di uno specifico set di miRNA (miR-223, miR-146a, miR-21, and miR- 155) coinvolti in processi immunitari della SM e nella polarizzazione e plasticità dei macrofagi, negli EXO sierici di donatori sani e pazienti SM. I nostri risultati hanno mostrato una overespressione dei miRNA analizzati negli esosomi di pazienti in fase non attiva di malattia rispetto a quelli dei pazienti in fase attiva e donatori sani che potrebbe indicare il loro contributo nella patogenesi della SM. Questo fenomeno osservato potrebbe essere dovuto alla coesistenza di processi pro- ed anti-infiammatori nei pazienti in fase non attiva che cercano di contrastare l’azione dannosa delle cellule patogenetiche e mantenere stabile il decorso della SM recidivante-remittente. Però, il loro ruolo nella SM non è stato ancora completamente chiarito. Successivamente, per approfondire l’ipotetica funzione pato-fisiologica degli EXO sierici nella SM, abbiamo studiato gli effetti di queste vescicole su cellule del sistema nervoso centrale (SNC) come la microglia. Abbiamo valutato l’effetto degli esosomi sierici isolati da pazienti SM in fase attiva e non di malattia su una linea cellulare di microglia umana. Contrariamente a quanto atteso, in questo studio, non abbiamo trovato un ruolo degli esosomi sierici di pazienti SM nell’innescare o aumentare la polarizzazione pro-infiammatoria in vitro, suggerendo presumibilmente nessuna relazione tra esosomi circolanti e neuroinfiammazione in SM. Infine, abbiamo ipotizzato che gli EXO isolati dal medium di cellule staminali mesenchimali amniotiche umane (hAMSCs-EXO) possano fornire un percorso di trattamento migliore per la SM riducendo l’infiammazione nelle cellule microgliali umane. Nonostante il potenziale terapeutico degli esosomi derivanti da MSC è stato già dimostrato, non abbiamo osservato un chiaro effetto anti-infiammatorio degli esosomi derivanti da hAMSCs sulla microglia umana nei tre protocolli testati.