Novi slučaj nedostatka alfa lanca alfa/beta receptora homozigotnog interferona (IFNAR1) s hemofagocitnom limfohistiocitozom

(Vidi Mogensenov urednički komentar na stranicama 140–3.)

Predstavljamo slučaj potpunog nedostatka alfa lanca interferon-alfa/beta receptora (IFNAR1) kod djeteta sa fatalnom sistemskom hiperinflamacijom, očigledno izazvanom živom atenuiranom virusnom vakcinacijom. Takva patološka hiperinflamacija, koja ispunjava kriterije za hemofagocitnu limfohistiocitozu, je fenotip u nastajanju koji prati urođene greške tipa I imuniteta na interferon.

Hemofagocitna limfohistiocitoza (HIVEL/T-LGL) je rijetka bolest imunološkog sistema koja je usko povezana s imunitetom. Pojava HIVEL/T-LGL povezana je sa poremećajem imunog sistema, koji je uglavnom uzrokovan abnormalnom proliferacijom i aktivacijom T ćelija. Ova abnormalna proliferacija i aktivacija će uzrokovati da T ćelije napadaju normalne ćelije u tijelu, čime se narušava funkcija imunog sistema, pokazujući time važnost imuniteta za nas. U svakodnevnom životu trebamo obratiti pažnju i na poboljšanje imuniteta. Cistanche može poboljšati imunitet. Polisaharidi u mesu mogu regulisati imuni odgovor ljudskog imunog sistema, poboljšati stresnu sposobnost imunoloških ćelija i pojačati efekat sterilizacije imunih ćelija.

Kliknite cistanche tubulosa kupiti

Ključne riječi.

IFNAR1; interferon tipa I; HLH; urođena greška imuniteta.

Interferoni tipa I (uključujući IFN- i 13 IFN-podtipova) signaliziraju preko jednog sveprisutno eksprimiranog receptora sastavljenog od podjedinica niskog i visokog afiniteta, IFNAR1 i IFNAR2. Čini se da su IFN-i tipa I kritični za antivirusni imunitet sisara, na osnovu opsežnih studija na miševima s nedostatkom Ifnar1-a, ali njihova precizna uloga kod ljudi do sada je bila neizvjesna [1].

Naše otkriće potpunog nedostatka humanog IFNAR2 kod djeteta sa smrtonosnom virusnom bolešću koja je posljedica cijepljenja protiv zaušnjaka i rubeole (MMR) na živom atenuatu implicira esencijalnu antivirusnu funkciju [2]. Ipak, bilo je zapanjujuće da proband nije pokazao otvorenu osjetljivost na virus prije izlaganja MMR-u. Ovaj fenotip bolesti provociran izazovom sistemskom živom atenuiranom virusnom vakcinacijom uočen je kod 2 pacijenta sa nedostatkom IFNAR1, oba su slično zdravi do vakcinacije [3].

Međutim, nedavna identifikacija varijanti IFNAR1 kod 2 pacijenta s teškim akutnim respiratornim sindromom koronavirus 2 (SARS-CoV-2) naglašava dodatnu važnost IFN-a tipa I u imunitetu na prirodno stečene viruse [4].

U ovoj studiji istražili smo prethodno dobro 15-mjesečnog dječaka koji je razvio tešku bolest nakon MMR vakcinacije, koja uključuje progresivnu i na kraju fatalnu hiperinflamaciju koja zadovoljava dijagnostičke kriterije za hemofagocitnu limfohistiocitozu (HLH; vidi sažetak slučaja, Slika 1A, Dodatna tabela E1). Analiza seruma (dopunska tabela E2) i cerebrospinalne tekućine (dodatna tabela E3) nije dala dokaze o replikaciji virusa vakcinalnog soja, niti je identificirana alternativna infektivna etiologija, osim reaktivacije niskog nivoa Epstein-Barr virusa (EBV). Detaljna imunološka fenotipizacija pokazala je monocitozu i limfocitozu T-ćelija, sa malim brojem B ćelija i cDC1 (dodatna slika E1, dodatna tabela E4).

Despite aggressive antiviral, immunomodulatory therapy, and intravenous immunoglobulins (IVIG), he developed encephalopathy with abnormal neuroimaging and succumbed suddenly approximately 6  months after presentation (Supplementary Figure E2–E4). Rapid diagnostic whole exome sequencing revealed a novel homozygous nonsense variant (c.922C>T) u IFNAR1, uvođenjem preranog stop kodona u treći ekstracelularni domen proteina IFNAR1 (p.Gln308Ter, Slika 1B).

Ova varijanta nije bila u bazi podataka GnomAD i predviđala se da će biti štetna in silico alatima (dodatna tabela E5). Nije otkriven nikakav proteinski proizvod pri ispitivanju primarnih dermalnih fibroblastnih lizata sa N-terminalnim (Slika 1C) ili C-terminalnim IFNAR1 antitijelom (dopunska slika E5), što ukazuje na potpuni nedostatak IFNAR1. Ispitivanje sveobuhvatnog panela gena povezanih sa urođenim greškama imuniteta unutar podataka o egzomu pacijenta nije otkrilo dodatne kandidate za varijante koje izazivaju bolest.

Nakon vezivanja liganda, ternarni kompleks IFNAR1-IFNIFNAR2 pokreće intracelularnu signalnu kaskadu u kojoj je recipročna transfosforilacija kinaza povezanih s receptorom JAK1 i TYK2 praćena fosforilacijom pretvarača signala i aktivatora STAT1 i STAT2 transkripta. Većina transkripcionog odgovora na IFN- može se pripisati heterotrimeru formiranom od fosforilisanih STAT1 i STAT2 zajedno sa IRF9.

Ovaj kompleks, poznat kao faktor 3 gena stimulisanog interferonom (ISGF3), translocira se u jezgro gdje stupa u interakciju s elementima odgovora osjetljivim na interferon (ISRE) kako bi aktivirao transkripciju velikog broja interferonom stimuliranih gena (ISG). Dio fosfoSTAT1 umjesto toga se homodimerizira kako bi formirao faktor aktivacije IFN-a (GAF), agonizirajući poseban, ali preklapajući skup gena koji nose mjesta aktivacije IFN-a (GAS), tipičnije povezane sa signalizacijom IFN-a (IFN-) tipa II. Predviđeni efekat nedostatka IFNAR1 je da spreči signalizaciju i nizvodne funkcionalne odgovore na IFN-, ali ostavi netaknute odgovore na IFN-.

Slika 1. A, Pedigre. B, Sanger sekvenciranje potvrda varijante sa IFNAR1 proteinskim domenima. C, nedostatak IFNAR1 (imunoblot). D, Signalizacija IFN- 2b ili IFN- (1000 IU/mL, 30 m, imunoblot). E, ISG indukcija IFN- 2b ili IFN- (1000 IU/mL, 16 h, imunoblot). F, EMCV test citopatske zaštite. G, ZIKV envelope (ENV), ISG15, RSAD2 i MX1 ekspresija (imunoblot) u fibroblastima (H) ZIKV citopatski test. Zaštita od ZIKV-a pomoću IFN- 2b ili IFN- (MOI 1.0, 1000 IU/mL, 24 h) pomoću (I) imunoblota i (J) testa održivosti. Komplementacija sa IFNAR1, ali ne i praznim vektorom (VEC) vraća (K) ISG indukciju pomoću IFN- 2b (1000 IU/mL, 16 h, imunoblot) i (L) IFN{24}}b-posredovanu zaštitu od EMCV. Svi eksperimenti ponovljeni n = 3 puta u II:1 i kontrolišu primarne fibroblaste. Srednja vrijednost ± SD. ****P< .001, 2-way ANOVA with Tukey's post-test. *nonspecific band. Abbreviations: ANOVA, analysis of variance; EMCV, encephalomyocarditis virus; IFN, interferon; IFNAR1, interferon alpha/beta receptor alpha chain; ISG, interferon-stimulated gene; MOI, the multiplicity of infection; ZIKV, Zika virus.

U skladu s ovim predviđanjem, fosforilacija JAK1 i njegovih nizvodnih ciljeva STAT1 i STAT2 bila je neotkrivena u fibroblastima pacijenata sa nedostatkom IFNAR1- izloženih IFN 2b tokom 30 minuta, što je otkriveno imunoblotiranjem lizata cijelih stanica, dok JAK1 fosforilacija i STAT1 nakon izlaganja IFN- je sačuvan (Slika 1D). Isti obrazac je uočen analizom fosforilacije STAT1 u limfocitima i monocitima pacijenata pomoću fosfo-protočne citometrije (dodatna slika E6). U skladu s tim, imunobloting je otkrio neuspjeh u indukciji ISG proteinskih proizvoda u fibroblastima pacijenata s nedostatkom IFNAR1- izloženih preko noći IFN- 2b uprkos netaknutim odgovorima na IFN- (Slika 1E).

Kako bismo odgovorili na funkcionalni utjecaj, testirali smo stanice virusom pikornavirusnog encefalomiokarditisa (EMCV). U ovom eksperimentu, fibroblasti su prethodno tretirani IFN- 2b ili IFN- preko noći prije infekcije, u dozi koja je prethodno određena da spriječi citopatski efekat (CPE) u kontrolnim ćelijama, a zatim ispitani 24 sata nakon infekcije. Ćelije sa nedostatkom IFNAR1- bile su osjetljive na CPE uprkos izloženosti IFN- 2b, ali su spašene tretmanom IFN-om, potvrđujući specifičan defekt antivirusnog imuniteta posredovanog IFN- - (Slika 1F).

Da bismo proširili i potvrdili ove nalaze, inficirali smo stanice flavivirusom Zika virusom (ZIKV) pri različitim multiplicitnostima infekcije, ispitujući ekspresiju proteina virusne ovojnice i ISG imunoblotom 48 sati nakon infekcije (Slika 1G). U ćelijama pacijenata, vidjeli smo prekomjernu ekspresiju virusnog proteina (dodatna slika E7), praćenu neuspjehom induciranja ekspresije ISG15, RSAD2 i MX1, što odražava defekt antivirusne rezistencije posredovane IFNAR-om i korelira sa osjetljivošću na virusnu citotoksičnost (slika 1H ). Tretman ćelija pacijenata sa egzogenim IFN- ali ne i IFN- 2b spriječio je ZIKV infekciju (Slika 1I) i CPE (Slika 1J).

Da bismo definitivno dokazali da je gubitak IFNAR1 odgovoran, dopunili smo ćelije fibroblasta pacijenata sa ljudskim IFNAR1 pune dužine koji je isporučen lentivirusnom transdukcijom. Lentivirusna transdukcija IFNAR1 u fibroblastima pacijenata, ali ne i prazan vektor, obnovila je indukciju ISG (slika 1K) i formiranje antivirusnog stanja kao odgovor na IFN- 2b (slika 1L), čime je potvrđena povezanost genotip-fenotip.

Izvještavamo o novom slučaju potpunog nedostatka IFNAR1, dopunjujući nedavni izvještaj o homozigotnom nedostatku IFNAR1 kod 2 nepovezane djece [3]. U sva 3 ova slučaja i slično kao kod pacijenata sa nedostatkom IFNAR2- [2], osjetljivost na virus je postala očigledna tek nakon inokulacije živim atenuiranim virusnim vakcinama. Na prvi pogled, ovo je u suprotnosti sa širom osjetljivošću STAT2- ili IRF9-pacijenata s nedostatkom [5–7] na viruse koji se prirodno susreću na površinama sluznice, što bi moglo biti objašnjivo u smislu funkcionalne redundance između tipova I i tip III IFN na sluznici [1].

Međutim, nedavno otkriće još 2 slučaja nedostatka IFNAR1 među osobama sa teškom bolešću od korona virusa 2019 (COVID-19) implicira da, barem za SARS-CoV-2, IFN tipa I mogu igrati odlučujuću ulogu u odgovoru domaćina na prirodne patogene [4]. Ovaj zaključak je dodatno potkrijepljen otkrivanjem neutralizirajućih antitijela protiv IFN-a tipa I, ali ne i tipa III u 10 posto teških slučajeva COVID-19 [4], kao i signala o povezanosti cijelog genoma s IFNAR2 u nezavisnoj kohorti. [8].

Naš slučaj proširuje fenotipski spektar nedostatka IFNAR1 kako bi uključio hiperinflamaciju sličnu HLH, ranije uočenu u nedostatku IFNAR2 i sve više prepoznatu u drugim defektima imuniteta na IFN, kao što su STAT2 ili IRF9 defekti [7, 9]. Definiranje patomehanizma hiperinflamacije u ovom kontekstu, posebno njegovog odnosa s disreguliranom upalnim signaliziranjem i/ili replikacijom virusa, važno je područje za budući rad. Uprkos vremenskoj povezanosti sa vakcinacijom, naš slučaj je bio značajan po odsustvu detektabilne diseminacije soja vakcine. Slična slika je uočena kod nekih pacijenata sa nedostatkom STAT1- i STAT2-sa hiperinflamacijom [12, 11].

Iako nismo mogli isključiti doprinos niskog nivoa EBV reaktivacije, sterilna autoinflamacija se pojavila kao poseban klinički fenotip u defektima IFN-signalizacije [7]. Ovo ukazuje na složeniji mehanizam koji uključuje gubitak regulacije IFN-a [1]. Na prvi pogled, ovo je paradoksalno jer je nekontrolisana IFN signalizacija sama po sebi povezana sa sterilnom upalom sličnom HLH [12]. Ipak, IFN- također negativno reguliše različite puteve citokina, uključujući interleukin (IL)-1 [13] i IL-17 [14]. Imunomodulatorna svojstva IFN-a se koriste u terapiji imunološki posredovanih bolesti kao što je multipla skleroza. Djelomični klinički odgovor na kortikosteroide i blokadu IL-1 u našem slučaju daje određenu podršku hipotezi da gubitak IFN signalizacije doprinosi poremećenoj aktivnosti imunološke mreže. U kontekstu virusne bolesti, čini se da je ispravno kalibriran IFN-odgovor neophodan kako bi se spriječila imunopatologija. Ovo je "zlatokosi" princip imunološke homeostaze, gdje i neadekvatna i pretjerana aktivnost doprinosi bolesti.

Hiperinflamacija je centralna u patogenezi teškog COVID-19, što pokazuje klinička efikasnost kortikosteroida. Naš novi slučaj nedostatka IFNAR1 otkriva potencijalnu ulogu IFN-a u prevenciji hiperinflamacije, ne samo kroz direktnu kontrolu replikacije virusa [2, 3], već moguće i kroz njegovo imunoregulatorno djelovanje prema drugim citokinima. Gubitak oba aspekta funkcije IFN-a može doprinijeti podložnosti pacijenata sa IFNAR1 defektima na tešku bolest COVID-19 [4, 9]. Razumijevanje staničnih i molekularnih veza između defektne signalizacije IFN-a i patogene upale bit će ključno u vođenju terapije za teške virusne bolesti.,

Dodatni podaci

Dodatni materijali dostupni su na Clinical Infectious Diseases online. Sastojeći se od podataka koje su autori dali u korist čitaoca, objavljeni materijali nisu kopirani i isključivo su odgovornost autora, tako da pitanja ili komentare treba uputiti autoru koji odgovara.

Bilješka

Potencijalni sukobi interesa. F. G. je dobio sredstva od Deutsche Forschungsgemeinschaft (GO2955/1-1) kao i od Bubble fondacije. C. FH je finansiran od strane studentskog vijeća Vijeća za medicinska istraživanja (MRC) (MR/ N013840/1). V. K., E. F. i M. F. finansira Ministarstvo zdravlja Češke Republike (NV19-05-00332). S. H. i C. JA D. finansira Wellcome Trust (207556/Z/17/Z i 211153/Z/18/Z, respektivno).

Svi ostali autori nemaju potencijalnih sukoba. Svi autori su predali ICMJE obrazac za otkrivanje potencijalnog sukoba interesa. Razotkriveni su sukobi koje uredništvo smatra relevantnim za sadržaj rukopisa.

Reference

1. Duncan CJA, Randall RE, Hambleton S. Genetske lezije signalizacije interferona tipa I u humanom antivirusnom imunitetu. Trends Genet 2020; 1–13.

2. Duncan CJA, Mohamad SMB, Young DF, et al. Ljudski nedostatak IFNAR2: lekcije za antivirusni imunitet. Sci Transl Med 2015; 7:307ra154.

3. Hernandez N, Bucciol G, Moens L, et al. Naslijeđeni nedostatak IFNAR1 kod inače zdravih pacijenata s neželjenim reakcijama na žive vakcine protiv malih boginja i žute groznice. J Exp Med 2019; 216:2057–70.

4. Zhang Q, Bastard P, Liu Z. Urođene greške tipa I IFN imuniteta sa po život opasnim COVID-19. Science 2020; 21:1–9.

5. Hambleton S, Goodbourn S, Young DF, et al. Nedostatak STAT2 i podložnost virusnim bolestima kod ljudi. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110:3053–8.

6. Hernandez N, Melki I, Jing H, et al. Po život opasan pneumonitis kod djeteta sa naslijeđenim nedostatkom IRF9. J Exp Med 2018; 215:2567–85.

7. Bravo García-Morato M, Calvo Apalategi A, Bravo-Gallego LY, et al. Poremećaj kontrole višestrukih virusnih infekcija u porodici sa potpunim nedostatkom IRF9. J Allergy Clin Immunol 2019; 144:309–312.e10.

8. Pairo-Castineira E, Clohisey S, Klaric L, et al. Genetski mehanizmi kritične bolesti u COVID-19. medRxiv 2020; doi: 10.1101/2020.09.24.20200048. \

9. Alosaimi MF, Maciag MC, Platt CD, Geha RS, Chou J, Bartnikas LM. Nova varijanta u STAT2 sa hemofagocitnom limfohistiocitozom. J Allergy Clin Immunol 2019; 144:611–613.e3.

10. Burns C, Cheung A, Stark Z, et al. Nova prezentacija homozigotne STAT-1 mutacije gubitka funkcije kod novorođenčeta sa hiperinflamacijom: prikaz slučaja i pregled literature. J Allergy Clin Immunol Pract 2016; 4:777–9.

11. Shahni R, Cale CM, Anderson G, et al. Transduktor signala i aktivator nedostatka transkripcije 2 je novi poremećaj fisije mitohondrija. Brain 2015; 138:2834–46. 12. Duncan CJA, Thompson BJ, Chen R, et al. Teška interferonopatija tipa I i neobuzdana interferonska signalizacija zbog homozigotne mutacije zametne linije u STAT2. Sci Immunol 2019; 4. doi: 10.1126/sciimmunol.aav7501.

13. Reboldi A, Dang EV, McDonald JG, Liang G, Russell DW, Cyster JG. Upala. 25-Hidroksiholesterol suzbija upalu izazvanu interleukinom-1- nizvodno od interferona tipa I. Science 2014; 345:679–84.

14. Liu L, Okada S, Kong XF, et al. Ljudske STAT1 mutacije narušavaju IL-17 imunitet i leže u osnovi hronične mukokutane kandidijaze. J Exp Med 2011; 208:1635–48.

Florian Gothe,1,2, a Catherine F. Hatton,1, a Linh Truong,1 Zofia Klimova,3 Veronika Kanderova,4 Martina Fejtkova,4 Angela Grainger,1 Venetia Bigley,1,5 Joanna Perthen,6 Dipayan Mitra,6 Aleš Janda,7 Eva Fronkova,4 Dušana Moravčikova,3 Sophie Hambleton1,8 i Christopher J. A. Duncan1,9.

1 Tema imuniteta i upale, Institut za translaciona i klinička istraživanja, Univerzitet Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK, 2 Odjel za pedijatriju, Dječija bolnica Dr. von Hauner, Univerzitetska bolnica, Ludwig-Maximilians-Universität Minhen, Minhen, Njemačka, 3 Dječija univerzitetska bolnica, Banská Bystrica, Slovačka, 4 Odsjek za pedijatrijsku hematologiju i onkologiju, 2. medicinski fakultet, Karlov univerzitet i Univerzitetska bolnica Motol, Prag, Češka Republika, 5 Sjeverni centar za transplantaciju koštane srži, bolnica Freeman, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK, 6 Department of Neuroradiology, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK, 7 Odjel za pedijatriju i adolescentnu medicinu, Univerzitetski medicinski centar Ulm, Njemačka, 8 Služba za dječju imunologiju, Great North Children's Hospital, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK, i 9 Infection and Tropical Medicine, Royal Victoria Infirmary, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK.

For more information:1950477648nn@gmail.com