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

(Vidi Mogensenov urednički komentar na stranicama 140–143.)

Prikazujemo slučaj potpunog nedostatka alfa lanca interferon-alfa/beta receptora (IFNAR1) u djeteta s fatalnom sistemskom hiperinflamacijom, očito izazvanom cijepljenjem živim atenuiranim virusom. Takva patološka hiperinflamacija, koja ispunjava kriterije za hemofagocitnu limfohistiocitozu, fenotip je u nastajanju koji prati urođene greške imuniteta na interferon tipa I.

Hemofagocitna limfohistiocitoza (HIVEL/T-LGL) je rijetka bolest imunološkog sustava koja je usko povezana s imunitetom. Pojava HIVEL/T-LGL povezana je s poremećajem imunološkog sustava, koji je uglavnom uzrokovan abnormalnom proliferacijom i aktivacijom T stanica. Ova abnormalna proliferacija i aktivacija uzrokovat će T-stanice da napadnu normalne stanice u tijelu, na taj način narušavajući funkciju imunološkog sustava, pokazujući tako važnost imuniteta za nas. U svakodnevnom životu trebamo posvetiti pozornost i jačanju imuniteta. Cistanche može ojačati imunitet. Polisaharidi u mesu mogu regulirati imunološki odgovor ljudskog imunološkog sustava, poboljšati sposobnost imunoloških stanica na stres i pojačati učinak sterilizacije imunoloških stanica.

Kliknite cistanche tubulosa kupiti

Ključne riječi.

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

Interferoni tipa I (uključujući IFN- i 13 podtipova IFN-a) signaliziraju putem jednog sveprisutno izraženog receptora koji se sastoji od podjedinica niskog i visokog afiniteta, IFNAR1 i IFNAR2. Čini se da su IFN-ovi tipa I kritični za antivirusni imunitet sisavaca, temeljeno na opsežnim studijama miševa s nedostatkom Ifnar1-, ali njihova točna uloga kod ljudi do sada je bila neizvjesna [1].

Naše otkriće potpunog nedostatka humanog IFNAR2 kod djeteta sa smrtonosnom virusnom bolešću sekundarno nakon cijepljenja živim atenuiranim ospicama i rubeolom (MMR) implicira bitno antivirusno djelovanje [2]. Ipak, bilo je zapanjujuće da proband nije pokazao vidljivu osjetljivost na virus prije izlaganja MMR-u. Ovaj fenotip bolesti izazvan zarazom sustavnim živim atenuiranim virusnim cijepljenjem primijećen je kod 2 bolesnika s nedostatkom IFNAR1, oba su bila jednako zdrava do cijepljenja [3].

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

U ovoj smo studiji istražili prethodno dobrog 15-mjesečnog dječaka koji je razvio tešku bolest nakon MMR cijepljenja, uključujući progresivnu i na kraju fatalnu hiperinflamaciju koja zadovoljava dijagnostičke kriterije za hemofagocitnu limfohistiocitozu (HLH; vidi sažetak slučaja, sliku 1A, dodatnu tablicu E1). Analiza seruma (dodatna tablica E2) i cerebrospinalne tekućine (dodatna tablica E3) nije dala dokaze o replikaciji soja virusa iz cjepiva, niti je identificirana alternativna infektivna etiologija, osim niske razine reaktivacije Epstein-Barr virusa (EBV). Detaljna imunološka fenotipizacija pokazala je monocitozu i T-staničnu limfocitozu, s niskim brojem B stanica i cDC1 (dodatna slika E1, dopunska tablica 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, uvodeći preuranjeni stop kodon u treću izvanstaničnu domenu proteina IFNAR1 (p.Gln308Ter, slika 1B).

Ove varijante nije bilo u GnomAD bazi podataka i in silico alati predviđaju da će biti štetna (dodatna tablica E5). Nikakav proteinski produkt nije otkriven pri ispitivanju lizata primarnih dermalnih fibroblasta s N-terminalnim (Slika 1C) ili C-terminalnim IFNAR1 protutijelom (dodatna slika E5), što ukazuje na potpuni nedostatak IFNAR1. Ispitivanje sveobuhvatnog panela gena povezanih s urođenim greškama imuniteta unutar podataka o eksomu pacijenta nije otkrilo nikakve dodatne varijante potencijalnih uzroka bolesti.

Nakon vezanja liganda, ternarni kompleks IFNAR1-IFNIFNAR2 pokreće unutarstaničnu signalnu kaskadu u kojoj recipročnu transfosforilaciju kinaza JAK1 i TYK2 povezanih s receptorom prati fosforilacija pretvarača signala i aktivatora transkripcije STAT1 i STAT2. Većina transkripcijskog odgovora na IFN- može se pripisati heterotrimeru formiranom od fosforiliranog STAT1 i STAT2 zajedno s IRF9.

Ovaj kompleks, poznat kao interferonom stimulirani genski faktor 3 (ISGF3), translocira se u jezgru gdje stupa u interakciju s interferon-senzitivnim odgovornim elementima (ISRE) kako bi aktivirao transkripciju velikog broja interferonom stimuliranih gena (ISG). Frakcija phosphoSTAT1 umjesto toga homodimerizira u obliku IFN-aktivacijskog faktora (GAF), agonizirajući različit, ali preklapajući skup gena koji nose IFN-aktivacijska mjesta (GAS), tipičnije povezana s tipom II IFN (IFN-) signaliziranjem. Predviđeni učinak nedostatka IFNAR1 je spriječiti signalizaciju i nizvodne funkcionalne odgovore na IFN-, ali ostaviti netaknute odgovore na IFN-.

Slika 1. A, Rodovnica. B, Sangerova potvrda sekvenciranja varijante s IFNAR1 proteinskim domenama. C, nedostatak IFNAR1 (imunoblot). D, Signalizacija pomoću IFN- 2b ili IFN- (1000 IU/mL, 30 m, imunoblot). E, indukcija ISG IFN- 2b ili IFN- (1000 IU/mL, 16 h, imunoblot). F, EMCV test citopatske zaštite. G, ZIKV ovojnica (ENV), ekspresija ISG15, RSAD2 i MX1 (imunoblot) u fibroblastima (H) ZIKV citopatski test. Zaštita od ZIKV pomoću IFN- 2b ili IFN- (MOI 1,0, 1000 IU/mL, 24 h) pomoću (I) imunoblota i (J) testa vijabilnosti. Komplementacija s IFNAR1, ali ne praznim vektorom (VEC) obnavlja (K) ISG indukciju pomoću IFN- 2b (1000 IU/mL, 16 h, imunoblot) i (L) IFN- 2b posredovanu zaštitu od EMCV. Svi eksperimenti ponovljeni su n = 3 puta u II:1 i kontroliraju 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 nije se mogla detektirati u fibroblastima pacijenata s nedostatkom IFNAR1- koji su bili izloženi IFN 2b tijekom 30 minuta, što je otkriveno imunoblotingom lizata cijelih stanica, dok je fosforilacija JAK1 i STAT1 nakon izlaganja IFN-u bio je očuvan (Slika 1D). Isti je obrazac uočen analizom fosforilacije STAT1 u limfocitima i monocitima pacijenta fosfo-protočnom citometrijom (dodatna slika E6). Sukladno tome, imunobloting je otkrio neuspjeh u induciranju ISG proteinskih proizvoda u fibroblastima pacijenata s nedostatkom IFNAR1- koji su preko noći bili izloženi IFN- 2b unatoč intaktnim odgovorima na IFN- (Slika 1E).

Kako bismo riješili funkcionalni utjecaj, izazvali smo stanice virusom pikornavirusnog encefalomiokarditisa (EMCV). U ovom eksperimentu, fibroblasti su prethodno tretirani IFN- 2b ili IFN-om preko noći prije infekcije, u dozi koja je prethodno određena za sprječavanje citopatskog učinka (CPE) u kontrolnim stanicama, a zatim ispitani 24 sata nakon infekcije. Stanice s nedostatkom IFNAR1- bile su osjetljive na CPE usprkos izloženosti IFN- 2b, ali su spašene liječenjem IFN-om, potvrđujući specifičan defekt IFN- -posredovanog antivirusnog imuniteta (Slika 1F).

Kako bismo proširili i potvrdili ove nalaze, zarazili smo stanice flavivirusom Zika virusom (ZIKV) u različitim množinama infekcije, ispitujući ekspresiju proteina virusne ovojnice i ISG imunoblotom 48 sati nakon infekcije (Slika 1G). U stanicama pacijenata vidjeli smo prekomjernu ekspresiju virusnog proteina (dopunska slika E7), popraćenu neuspjehom induciranja ekspresije ISG15, RSAD2 i MX1, što odražava defekt antivirusne rezistencije posredovane IFNAR-om i korelira s osjetljivošću na virusnu citotoksičnost (slika 1H ). Liječenje stanica bolesnika egzogenim IFN-om, ali ne i IFN- 2b, spriječilo je infekciju ZIKV-om (Slika 1I) i CPE (Slika 1J).

Kako bismo definitivno dokazali da je odgovoran gubitak IFNAR1, nadopunili smo stanice fibroblasta pacijenta ljudskim IFNAR1 pune duljine isporučenim lentivirusnom transdukcijom. Lentivirusna transdukcija IFNAR1 u fibroblastima pacijenta, ali ne i prazan vektor, obnovila je indukciju ISG-ova (Slika 1K) i stvaranje antivirusnog stanja kao odgovor na IFN- 2b (Slika 1L), čime je potvrđena povezanost genotipa i fenotipa.

Izvještavamo o novom slučaju potpunog nedostatka IFNAR1, nadopunjujući nedavno izvješće o homozigotnom nedostatku IFNAR1 u 2 djece koja nisu u srodstvu [3]. U sva 3 ova slučaja i slično pacijentima s nedostatkom IFNAR2- [2], osjetljivost na virus postala je očita tek nakon inokulacije sa živim atenuiranim virusnim cjepivima. Na prvi pogled, to je u suprotnosti sa širom osjetljivošću pacijenata s nedostatkom STAT2- ili IRF9- [5-7] na viruse koji se prirodno nalaze na površinama sluznice, što bi se moglo objasniti u smislu funkcionalne redundantnosti između tipova IFN-ovi I i tipa III na sluznici [1].

Međutim, nedavno otkriće još 2 slučaja nedostatka IFNAR1 među osobama s teškom koronavirusnom bolešću 2019. (COVID-19) implicira da, barem za SARS-CoV-2, IFN-ovi tipa I mogu igrati odlučujuću ulogu u odgovoru domaćina na prirodne patogene [4]. Ovaj zaključak dodatno podupire otkrivanje neutralizirajućih protutijela protiv IFN-ova tipa I, ali ne i tipa III u 10 posto teških slučajeva COVID-19 [4], kao i signala povezanosti genoma s IFNAR2 u neovisnoj kohorti [8].

Naš slučaj proširuje fenotipski spektar nedostatka IFNAR1 kako bi uključio hiperinflamaciju sličnu HLH-u, prethodno uočenu u nedostatku IFNAR2 i sve više prepoznatu u drugim nedostacima imuniteta na IFN kao što su defekti STAT2 ili IRF9 [7, 9]. Definiranje patomehanizma hiperinflamacije u ovom kontekstu, posebice njegovog odnosa s disreguliranom upalnom signalizacijom i/ili replikacijom virusa, važno je područje za budući rad. Unatoč vremenskoj povezanosti s cijepljenjem, naš je slučaj bio poznat po odsutnosti detektabilne diseminacije soja cjepiva. Slična je slika primijećena kod nekih pacijenata s nedostatkom STAT1- i STAT2- s hiperinflamacijom [12, 11].

Iako nismo mogli isključiti doprinos niske razine reaktivacije EBV-a, sterilna autoinflamacija pojavila se kao poseban klinički fenotip u defektima IFN-signalizacije [7]. Ovo sugerira složeniji mehanizam koji uključuje gubitak IFN-regulacije [1]. Na prvi pogled, to je paradoksalno jer je nekontrolirano IFN-signaliziranje samo po sebi povezano sa sterilnom upalom sličnom HLH [12]. Ipak, IFN- također negativno regulira različite puteve citokina, uključujući interleukin (IL)-1 [13] i IL-17 [14]. Imunomodulirajuća svojstva IFN-a iskorištavaju se u terapiji imunološki posredovanih bolesti kao što je multipla skleroza. Djelomični klinički odgovor na blokadu kortikosteroida i IL-1 u našem slučaju donekle podupire hipotezu da gubitak IFN signalizacije pridonosi poremećaju aktivnosti imunološke mreže. U kontekstu virusnih bolesti, čini se da je ispravno kalibriran IFN-odgovor neophodan za sprječavanje imunopatologije. Ovo je princip "Zlatokose" imunološke homeostaze, gdje i neadekvatna i pretjerana aktivnost doprinose bolesti.

Hiperinflamacija je ključna u patogenezi teške bolesti COVID-19, kao što pokazuje klinička učinkovitost kortikosteroida. Naš novi slučaj nedostatka IFNAR1 otkriva potencijalnu ulogu IFN-a u sprječavanju hiperinflamacije, ne samo kroz izravnu kontrolu replikacije virusa [2, 3], već moguće i putem njegovog imunoregulacijskog djelovanja prema drugim citokinima. Gubitak oba aspekta IFN-funkcije mogao bi doprinijeti osjetljivosti pacijenata s IFNAR1 defektima na teški COVID-19 [4, 9]. Razumijevanje staničnih i molekularnih veza između neispravnog signaliziranja IFN-a i patogene upale bit će ključno u vođenju terapije za teške virusne bolesti.,

Dopunski podaci

Dodatni materijali dostupni su na web stranici Clinical Infectious Diseases. Sastoje se od podataka koje su autori dali u korist čitatelja, objavljeni materijali nisu kopirani i isključiva su odgovornost autora, stoga se pitanja ili komentari trebaju uputiti odgovarajućem autoru.

Bilješka

Potencijalni sukobi interesa. F. G. je dobio sredstva od Deutsche Forschungsgemeinschaft (GO2955/1-1) kao i od Bubble Foundation. C. FH financira studentska škola Vijeća za medicinska istraživanja (MRC) (MR/N013840/1). V. K., E. F. i M. F. financira Ministarstvo zdravstva Češke Republike (NV19-05-00332). S. H. i C. JA D. financira Wellcome Trust (207556/Z/17/Z odnosno 211153/Z/18/Z).

Svi ostali autori nemaju potencijalnih sukoba. Svi autori predali su ICMJE obrazac za prijavu potencijalnog sukoba interesa. Obznanjeni su sukobi koje urednici smatraju relevantnima za sadržaj rukopisa.

Reference

1. Duncan CJA, Randall RE, Hambleton S. Genetske lezije signaliziranja interferona tipa I u ljudskom antivirusnom imunitetu. Trendovi Genet 2020; 1–13.

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

3. Hernandez N, Bucciol G, Moens L, et al. Naslijeđeni nedostatak IFNAR1 u inače zdravih pacijenata s nuspojavama na živa cjepiva protiv ospica i žute groznice. J Exp Med 2019; 216: 2057-70.

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

5. Hambleton S, Goodbourn S, Young DF, et al. Nedostatak STAT2 i osjetljivost na virusne bolesti kod ljudi. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110:3053-8.

6. Hernandez N, Melki I, Jing H, et al. Pneumonitis izazvan gripom opasan po život u djeteta s naslijeđenim nedostatkom IRF9. J Exp Med 2018; 215: 2567-85.

7. Bravo García-Morato M, Calvo Apalategi A, Bravo-Gallego LY, et al. Poremećena kontrola višestrukih virusnih infekcija u obitelji s potpunim nedostatkom IRF9. J Allergy Clin Immunol 2019; 144:309-312.e10.

8. Pairo-Castineira E, Clohisey S, Klarić L, et al. Genetski mehanizmi kritične bolesti kod COVID-a-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 STAT2 koja se manifestira hemofagocitnom limfohistiocitozom. J Allergy Clin Immunol 2019; 144:611-613.e3.

10. Burns C, Cheung A, Stark Z, et al. Nova prezentacija homozigotne STAT{3}} mutacije gubitka funkcije u dojenčeta s hiperinflamacijom: prikaz slučaja i pregled literature. J Allergy Clin Immunol Pract 2016; 4:777–9.

11. Shahni R, Cale CM, Anderson G, et al. Nedostatak pretvornika signala i aktivatora transkripcije 2 je novi poremećaj mitohondrijske fisije. Mozak 2015; 138: 2834-46. 12. Duncan CJA, Thompson BJ, Chen R, et al. Teška interferonopatija tipa I i nesputano signaliziranje interferona zbog homozigotne mutacije germinativne 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-Hidroksikolesterol suzbija upalu izazvanu-1-interleukinom nizvodno od interferona tipa I. Znanost 2014.; 345: 679-84.

14. Liu L, Okada S, Kong XF, et al. Ljudske mutacije STAT1 za dobivanje funkcije oštećuju imunitet IL-17 i leže u pozadini kronične 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 Ales Janda,7 Eva Fronkova,4 Dusana Moravcikova,3 Sophie Hambleton1,8 i Christopher J.A. Duncan1,9.

1 Tema imuniteta i upale, Translational and Clinical Research Institute, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, UK, 2 Odjel za pedijatriju, Dr. von Hauner Children's Hospital, University Hospital, Ludwig-Maximilians-Universität München, München, Njemačka, 3 Banská Bystrica Dječja sveučilišna bolnica, Banská Bystrica, Slovačka, 4. Odjel za pedijatrijsku hematologiju i onkologiju, 2. Medicinski fakultet, Karlovo sveučilište i Sveučilišna bolnica Motol, Prag, Češka, 5. Sjeverni centar za transplantaciju koštane srži, bolnica Freeman, Newcastle upon Tyne Bolnice NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK, 6 Odjel za neuroradiologiju, Newcastle upon Tyne Bolnice NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK, 7 Odjel za pedijatriju i adolescentnu medicinu, Sveučilišni medicinski centar Ulm, Njemačka, 8 Dječja imunološka služba, 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