Exploring the role of IL-32 in premature age-related cardiovascular diseases in HIV-infected individuals

Abstract

Résumé Malgré l’introduction de la thérapie antirétrovirale combinée (cART), l’infection par le VIH continue à accélérer les comorbidités non infectieuses telles que les maladies cardiovasculaires (MCV). Cependant, seule une sous-population de patients infectés par le VIH et traités est sujette à ces complications. Par conséquent, il est important de comprendre la pathogenèse de ces maladies cardiovasculaires précoces afin d'identifier les marqueurs prédictifs pouvant être utilisés pour le diagnostic précoce et les stratégies de prévention. Dans cette étude, nous investiguerons l’utilisation potentielle de la cytokine inflammatoire IL-32 comme biomarqueur des maladies cardiovasculaires. L'IL-32 humaine est une cytokine polyfonctionnelle clé. Des études antérieures ont attribué à cette nouvelle cytokine des fonctions intracellulaires antivirales contre le VIH-1 mais aussi des propriétés immunosuppressives dues à l'induction d'interférons de type I et de type III et à la création d’un environnement favorable à la réplication du VIH-1, respectivement. L'IL-32 est impliquée dans plusieurs pathologies infectieuses et non infectieuses avec une expression accrue dans diverses maladies auto-immunes inflammatoires, certains cancers, maladies pulmonaires, ainsi que dans le cas d’infections virales. Elle peut induire d'autres cytokines inflammatoires telles que l'IL-6, l'IL-8 et le TNF-α. Elle est exprimée à la fois dans les cellules immunitaires et non immunitaires. Actuellement, aucun récepteur membranaire cellulaire d’IL-32 n'a été identifié. L'expression de l'IL-32 peut être induite par les mitogènes, les bactéries et les virus. Un seul gène code pour l’IL-32 et un épissage alternatif conduit à plusieurs isoformes d'ARN messager: pro-inflammatoire (α & γ), anti-inflammatoire (β & θ) et régulatoire (δ). Il est intéressant de noter qu’IL-32δ est connue pour sa capacité à se lier à IL-32β et inhiber ses fonctions anti-inflammatoires. La contribution de ces isoformes aux maladies inflammatoires et infectieuses est mal comprise. Nous avons préalablement démontré qu’IL-32 est augmentée dans l’infection au VIH-1 et corrèle avec l’inflammation persistante et la progression des maladies. L’inflammation chronique associée aux MCV représente un des phénotypes de vieillissement prématuré associés au VIH, justifiant ainsi notre intérêt pour l’étude de l'IL-32 dans la progression des MCV. Nos résultats montrent une augmentation significative des niveaux d’IL-32 dans le plasma des patients VIH+ (traités avec cART) par rapport aux contrôles non infectés. Nous avons également montré pour la première fois une modulation dans l’expression différentielle d’IL-32 basée sur l’âge et le sexe chez les personnes infectées par le VIH. Les femmes infectées présentent des niveaux d’IL-32 plasmatique supérieurs aux hommes. Cependant, les femmes dont l’âge est inférieur à 50 ans ont des niveaux nettement plus élevés par rapport à celles de plus de 50 ans alors que l’inverse a été observé chez les hommes. Au niveau transcriptionnel, toutes les isoformes d’IL-32 sont exprimées à des niveaux plus élevés chez les individus VIH+ par rapport aux contrôles non infectés. En mesurant les isoformes d’IL-32 des patients traités pour lesquels nous disposons d’imagerie cardiaque, nous avons montré que le ratio entre certains isoformes d’IL-32, particulièrement les isoformes D et beta (ratio D/β), corrèle positivement et de manière significative avec le volume total de plaque d’athérome. Étant donné le rôle de l’IL-32β dans l’induction de la cytokine anti-inflammatoire IL-10, nos données suggèrent un rôle protecteur d’IL-32β contre les maladies cardiovasculaires mais un rôle délétère de l’IL-32D. Nos données montrent que l'infection par le VIH augmente sélectivement l'IL-32D, tôt après l'infection. Enfin, le résultat de cette étude montre pour la première fois que le ratio des isoformes IL-32D/β pourrait être utilisé comme un biomarqueur de la formation des plaques coronariennes et des maladies cardiovasculaires chez les sujets VIH+ traités par cART.

Mots-clés: VIH-1, Interleukine-32, MCV

Abstract Despite the introduction of combined antiretroviral therapy (cART), HIV infection continues to accelerate non-infectious comorbidities such as premature-age associated cardiovascular disease (CVD). However, only a subpopulation of HIV-infected and treated patients is prone to these complications. Therefore, it is important to understand the pathogenesis of these accelerated disorders and to identify predictive markers of premature CVD that can be used for early diagnosis and prevention strategies. In the current study, we investigated the potential use of the pro-inflammatory cytokine IL-32 as a biomarker for CVD. Human IL-32 is a key polyfunctional cytokine. Previous studies have attributed both intracellular anti-viral functions against HIV-1 but also immunosuppressive properties to this novel cytokine due to the induction of type I and type III interferons and through the creation of an environment conducive to HIV-1 replication, respectively. IL-32 is involved in several infectious and non-infectious pathologies with increased expression in various inflammatory autoimmune diseases, certain cancers, pulmonary diseases, and viral infections. It can induce other inflammatory cytokines such as IL-6, IL-8 and TNF-α. It is expressed in both immune and non-immune cells. However, IL-32 cell surface receptors have yet to be identified. IL-32 expression can be induced by mitogens, bacteria and viruses. IL-32 is encoded by a single gene that produce several isoforms by multiple splicing. These isoforms were recently described to exhibit distinct immune-regulatory potential: pro-inflammatory (α & γ), anti-inflammatory (β & θ), and regulatory (δ). Of note, IL-32δ is known to bind IL-32β and inhibits its anti-inflammatory functions. The contribution of these isoforms to infectious and inflammatory disease is poorly understood. Our group has previously shown that IL-32 is upregulated during HIV-1 infection and that it correlates with persistent inflammation and disease progression. Given that chronic inflammation is associated with CVD, a condition with increased prevalence in the HIV-infected population, we sought to characterize the role IL-32 in CVD progression. Our results showed significantly high levels of total IL-32 (pool of all isoforms) in the plasma of HIV+ (cART-treated) individuals compared to non-infected controls. We were the first to show that there is a differential expression of IL-32 levels depending on sex and age in HIV infected individuals. Infected women were found to have higher levels of IL-32 in their plasma, when compared to men. Furthermore, women under the age of 50 had significantly higher levels of IL-32 compared to women over 50, whereas the opposite was observed in men (although age-associated difference in this group did not reach statistical significance). At the transcriptional level, all IL-32 isoforms were highly expressed in HIV+ individuals compared to non-infected controls. By comparing IL-32 isoforms from treated subjects with cardiovascular imaging, we show that the ratio between certain IL-32 isoforms, particularly the D and beta isoforms (D/β ratio), positively and significantly correlates with the total atherosclerotic plaque volume of the coronary artery. Given the role of IL-32β in the induction of the anti-inflammatory cytokine IL-10, our data suggests a protective role for IL-32β against CVD but a deleterious role for IL-32D. Furthermore, our data showed that HIV infection selectively upregulates IL-32D early post-infection. Overall, the results of this study are the first to show that the ratio IL-32D/β can be used as a predictive biomarker for coronary artery plaque formation and CVD in HIV+ ART-treated subjects.

Keywords: HIV-1, Interleukin-32, CVD