Генетические факторы восприимчивости к цитокиновому шторму и патофизиология

Перейти к разделу

• Модель порога генетической восприимчивости
• Цитотоксическая дисфункция перфорин-зависимого пути
• Длительная иммунная активация и выработка цитокинов
• Вторичные формы цитокинового шторма
• Множественные пути и пересечение с иммунодефицитом
• Клинические триггеры и преодоление порога
• Полный текст

Модель порога генетической восприимчивости

Доктор Рэнди Крон, MD, объясняет сложную генетику синдрома цитокинового шторма с использованием пороговой модели. Эта модель помогает объяснить, почему вторичные формы цитокинового шторма проявляются позже, в детстве или во взрослом возрасте. Доктор Крон, MD, отмечает, что у людей есть частичные генетические дефекты на протяжении всей жизни, но они не являются достаточно серьезными, чтобы вызывать заболевание самостоятельно. Сочетание этих генетических факторов и значительного воспалительного триггера может вывести иммунную систему за критический порог толерантности.

Цитотоксическая дисфункция перфорин-зависимого пути

Наиболее изученные гены, связанные с восприимчивостью к цитокиновому шторму, участвуют в перфорин-зависимом пути. Доктор Рэнди Крон, MD, описывает этот путь как критически важный для естественных киллеров (NK-клеток) и цитотоксических CD8+ Т-клеток при уничтожении инфицированных клеток-мишеней. Ключевые гены этого пути включают сам перфорин, который пробивает дыру в клетке-мишени, а также другие гены, такие как Rab27a, Munc13-4 и STX11, которые участвуют в транспорте и доставке убийственного аппарата. Гомозиготные мутации в этих генах вызывают редкое тяжелое заболевание, известное как семейный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз (ГЛГ), частота которого составляет примерно 1 на 50 000 живорождений.

Длительная иммунная активация и выработка цитокинов

Исследования доктора Крона сосредоточены на том, как гетерозиготные мутации могут частично нарушать функцию иммунных клеток. Лабораторные исследования показывают, что иммунные клетки с этими мутациями не могут уничтожать инфицированные клетки-мишени так быстро и эффективно. Доктор Рэнди Крон, MD, объясняет, что это приводит к длительному взаимодействию между клеткой-киллером и ее мишенью. Вместо быстрого уничтожения и перехода к следующей цели клетки остаются активированными в течение времени, превышающего норму в пять раз. Это длительное взаимодействие приводит к чрезмерной активации и избыточной выработке провоспалительных цитокинов, наиболее заметным из которых является интерферон-гамма.

Вторичные формы цитокинового шторма

Эти частичные генетические дефекты являются основным фактором, способствующим развитию вторичных форм синдрома цитокинового шторма. Доктор Рэнди Крон, MD, подчеркивает, что высокие уровни провоспалительных цитокинов, хотя и необходимы для борьбы с инфекцией, становятся патологическими, когда превышают определенный порог. Этот избыток цитокинов является прямой причиной многоорганной недостаточности, характерной для развернутого цитокинового шторма. Интервью с доктором Антоном Титовым, MD, подчеркивает, как этот механизм выходит за рамки редких генетических синдромов к более распространенным приобретенным состояниям.

Множественные пути и пересечение с иммунодефицитом

Генетическая восприимчивость к цитокиновому шторму не ограничивается только перфорин-зависимым путем. Доктор Рэнди Крон, MD, отмечает, что существует сотни первичных иммунодефицитных заболеваний, которые могут нарушать элиминацию вирусов через другие механизмы. Метаболические расстройства также могут влиять на функцию иммунной системы и способствовать гипервоспалительному состоянию. Доктор Крон, MD, ссылается на описание коллеги доктора Скотта Канна этих различных путей как «шоссе в ад», подчеркивая часто летальный исход синдрома цитокинового шторма и множественные потенциальные генетические пути, которые могут к нему привести.

Клинические триггеры и преодоление порога

Для перехода к цитокиновому шторму часто требуется клинический триггер у генетически предрасположенного человека. Доктор Рэнди Крон, MD, объясняет, что большинство людей всю жизнь переносят наличие одной копии мутировавшего гена. Однако серьезное воздействие, такое как SARS-CoV-2, высокопатогенный штамм вируса гриппа или лихорадка денге, может стать необходимым триггером. Этот риск возрастает, если у человека также есть основное воспалительное состояние, вызванное такими заболеваниями, как системная красная волчанка, болезнь Стилла или активная лейкемия. Сочетание генетической предрасположенности, хронического воспаления и острого триггера может превысить регуляторные возможности иммунной системы.

Полный текст

Доктор Антон Титов, MD: Вы также публиковали работы по генетике синдрома активации макрофагов и цитокинового шторма. Например, некоторые гены, связанные с нарушением контроля над вирусной инфекцией, дисрегуляцией активности инфламмасомы и другими иммунными дефектами. Можете ли вы прокомментировать генетику восприимчивости к цитокиновому синдрому? Вы уже упоминали об этом в контексте предыдущих вопросов.

Меня это поражает, и этот вопрос остается дискуссионным. Есть люди, которые верят — я и другие сторонники этой концепции, — а другие не очень. И дело в том, что это не обязательно тот случай, когда наличие двух мутировавших генов вызывает какое-либо заболевание. Возможно, требуется мутация в обоих генах.

Ранее, до их выявления, это действительно не было очевидным. Но как только вы идентифицируете эти заболевания и находите соответствующие мутации, все становится довольно ясно. Эти случаи гораздо более сложны.

Доктор Рэнди Крон, MD: Как люди, мы несовершенны; ни у кого нет идеального генома. Поэтому мы используем так называемую пороговую модель для объяснения некоторых вторичных форм цитокинового шторма, которые проявляются после младенчества, например, в позднем детстве или во взрослом возрасте.

Очевидно, если эти мутации способствуют развитию заболевания, они присутствовали у вас всегда. Просто одна мутация не вызывает столь тяжелого эффекта. Но если существует порог, за которым иммунная система больше не может переносить степень воспаления, вызванного тем или иным триггером — будь то вирус, обострение вашей волчанки, болезни Стилла или активный процесс лейкемии, — то сочетание этого с частичным дефектом иммунного ответа, а затем, возможно, дополнительным триггером (или без него), но, например, вирусом, может помочь преодолеть этот порог. В результате иммунная система больше не справляется с объемом воспаления, и цитокиновый шторм становится более выраженным.

Поэтому гены, которые нам лучше всего известно искать, которые изучены наиболее тщательно и о патогенезе которых мы знаем больше всего, — это те, которые приводят к редкому семейному гемофагоцитарному лимфогистиоцитозу. И там задействован ряд генов, поскольку это целый путь.

Таким образом, внутри двух типов ваших лейкоцитов — натуральных киллеров и цитотоксических CD8+ (это маркер на этих T-клетках) — эти два типа клеток имеют общий путь, с помощью которого они распознают, например, инфицированную клетку. Мы называем ее антигенпрезентирующей клеткой, потому что эта инфицированная клетка захватывает фрагмент вируса, который она расщепила, и выставляет его на свою поверхность, чтобы она могла быть распознана цитотоксическими CD8+ T-клетками, например.

Затем эти клетки уничтожают их или лизируют через этот периферический путь. Перфорин — один из генов в этом пути. Он буквально пробивает дыру в клетке-мишени, чтобы доставить убийственное сообщение через белки, называемые гранзимами.

Доктор Рэнди Крон, MD: Но есть целый ряд других белков, важных для того, чтобы перфорин выполнял свою функцию, то есть обеспечивал его транспорт изнутри клетки наружу. Они находятся в этих везикулах, и транспорт этих везикул, их слияние с мембраной и прикрепление к ней — все эти процессы осуществляются другими белками, у которых есть забавные названия: Rab27a, Munc13-4, STX11 и так далее.

Если вы гомозиготно дефицитны по любому из этих генов, у вас разовьется эта редкая форма семейного гемофагоцитарного лимфогистиоцитоза, встречающаяся в 1 случае на 50 000 живорождений. Но моя лаборатория и другие лаборатории предполагают, что даже наличие одной плохой мутации, если, например, она изменяет аминокислоту в одном из этих белков, может частично нарушить этот путь.

В результате клетки, будь то натуральные киллеры или CD8+ T-клетки, убивают не так эффективно. Это можно изучить в лаборатории. Можно изучать их непосредственно у пациента или, что мы часто делаем в моей лаборатории, ввести эти мутации в натуральные киллеры, выращенные нами в культуре. Затем мы можем сказать: приводит ли наличие этой мутации к тому, что киллер-клетка функционирует не так хорошо?

И что происходит? Это было показано примерно тремя группами исследователей, о которых мне известно.

Dr. Anton Titov, MD: Когда вы не убиваете эффективно, например, этот белый кровяной тельца, который пытается уничтожить инфицированную антигенпрезентирующую клетку, вместо того чтобы убить ее, они остаются в контакте и взаимодействуют друг с другом примерно в пять раз дольше, чем обычно. В норме он бы уничтожил клетку и отправился дальше, выполнять свою работу в другом месте.

Доктор Рэнди Крон, MD: Но что происходит здесь, так это то, что они не могут убить клетку из-за дефекта в перфорине. Если мутация гомозиготная (то есть присутствуют две копии) или гетерозиготная (одна копия), то они убивают клетку; просто делают это не так быстро. Таким образом, взаимодействие этих двух клеток становится длительным. Они общаются друг с другом, выделяя белки и обмениваясь сигналами через белки на своей поверхности.

Это активирует их для выработки провоспалительных цитокинов, например, интерферона-гамма. Их уровни становятся выше, чем обычно наблюдается при инфекции. Вам нужны эти провоспалительные цитокины для борьбы с инфекцией, но если их уровни становятся слишком высокими, это может способствовать многоorganной недостаточности, которую мы наблюдаем при цитокиновом шторме.

Таким образом, это одна группа генов, на которую мы смотрели в некоторых вторичных формах цитокинового шторма. И, как вы сказали, существуют также редкие генетические заболевания, называемые первичными иммунодефицитами. Каждый год мы узнаем все больше и больше о них; сейчас их уже сотни.

И если у вас есть дефект в этих генах и трудности с清除 вирусов даже за пределами пути перфорина, то вирус может чрезмерно активировать вашу иммунную систему, если он не выводится. Таким образом, даже частичные дефекты в них могут способствовать развитию цитокинового шторма.

Существуют даже метаболические расстройства. Метаболизм является важным аспектом иммунной системы. Мы снова не знаем точно, как они работают, так же хорошо, как мы знаем различные пути. Таким образом, существует множество различных путей.

Доктор Антон Титов, MD: То, что мы называли — доктор Скотт У. Канна называл это «дорогами в ад», потому что синдром цитокинового штота часто приводит к летальному исходу.

Доктор Рэнди Крон, MD: Но есть несколько путей, ведущих к этому состоянию, и иногда даже перекрывающиеся пути, по которым может попасть отдельный пациент. Однако, поскольку большинство из нас — люди, у большинства из нас не мутированы обе копии этого конкретного гена, а, возможно, только одна. И снова мы можем, вероятно, переносить это на протяжении всей жизни до тех пор, пока не получим неправильное повреждение — будь то SARS-CoV-2, плохой штамм вируса гриппа, лихорадка денге или что-то еще — и окажемся в состоянии воспаления из-за того, что у нас может быть системная красная волчанка, болезнь Стилла или лейкемия. И эта комбинация факторов выводит нас за порог, после которого наша иммунная система больше не может контролировать себя.