Генетические дефекты врожденного иммунитета у человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Иммунитет - особое биологическое свойство многоклеточных организмов, предназначенное для защиты от генетических чужеродных факторов, включая инфекционные агенты и иные внешние патогенны, способных при попадании во внутреннюю среду вступать в прочные связи с клетками и/или межклеточным веществом. [14] Иммунитет (от лат. «immunis») дословно означает свободный от чего-либо. Организм здорового человека непрерывно освобождается от веществ и структур, в том числе болезнетворных, как попадающих в него извне, так и образующихся внутри организма.

Врожденный иммунитет - генетически закрепленная невосприимчивость к инфекции, присущая каждому виду. [14]

Иммунитет обусловлен совокупностью всех тех наследственно полученных и индивидуально приобретённых организмом приспособлений, которые препятствуют проникновению и размножению микробов, вирусов и других патогенных агентов и действию выделяемых ими продуктов. Иммунологическая защита может быть направлена не только на патогенные агенты и выделяемые ими продукты. Любое вещество, являющееся антигеном, например чужеродный для организма белок, вызывает иммунологические реакции, с помощью которых это вещество тем или иным путём удаляется из организма.

К первичным иммунодефицитам, при которых преимущественно повреждаются клеточные факторы иммунитета, относятся около двухсот различных заболеваний. В основе их лежат клеточные функциональные дефициты и клеточные отклонения от нормы. Тяжелые сочетанные иммунодефициты вызывают наиболее глубокие клеточные дефекты. У страдающих ими больных нет ни Т-, ни В-клеток.

1. Значение иммунитета

Тело человека состоит примерно из 10¹²-10¹³ генотипически похожих клеток. Если принять, что при делении клеток каждая миллионная клетка подвергается мутации, то в любой момент в организме человека есть примерно 10 млн. аномальных клеток. Благодаря иммунитету организм опознает, связывает, разрушает и выводит чужеродные вещества и структуры. Иммунитет поддерживает жизнедеятельность организма путем выведения изношенных клеток, белков (гемоглобин, др.), шлаков, возобновления специфических для организма белков, клеток, в том числе клеток крови определенной группы, сохранения чужеродного плода во время беременности, и др. Поэтому понятие иммунитет шире способности защищаться от инфекции. Хотя значение инфекции очевидно: около 50% здоровых людей является носителями болезнетворных микроорганизмов. [4]

Иммунитет поддерживает клеточный, белковый и генетический гомеостаз организма. Поэтому его рассматривают в настоящее время как одну из регуляторных систем организма человека и других животных.

К иммунитету предъявляются два главных требования:

1) адекватно реагировать на любой возможный антиген;

2) уметь эффективно отличить “сове” от “чужого” или “своего измененного”.

Эти две задачи - наисложнейшие, но если их не решить, вид теряет эволюционный успех и элиминируется, ибо любой организм буквально окружен великим множеством паразитов, размеры которых имеют пределы от нескольких нанометров до нескольких десятков метров! Человек, как хорошо известно, принадлежит к классу Mammalia, поэтому у него очень много паразитов, но и система иммунитета в наибольшей мере развита как раз у птиц и млекопитающих.

Таким образом, иммунитет поддерживает определенные (молекулярные) показатели гомеостаза и, значит, здоровья человека: динамическое равновесие количества удаляемых и восстанавливаемых клеток, тканей и жидкостей тела.

2. Эволюция иммунной системы

2.1 Возникновение иммунитета

Эволюция формировала систему иммунитета около 500 млн. лет. Этот шедевр природы восхищает нас красотой гармонии и целесообразностью.

До середины 60-х годов 20 века считалось, что все беспозвоночные, включая хордовых, обладают неспецифической формой реагирования, а позвоночные, начиная с круглоротых, имеют также и специфический иммунитет.

Однако в опытах с трансплантацией аллогенной (чужеродной) ткани некоторым разновидностям червей и даже губок было показано, что пересаженная ткань может подвергаться специфическому отторжению с формированием кратковременной иммунологической памяти. Возможно, губки были первыми животными, у которых появился специфический трансплантационный иммунитет, так как у некоторых их разновидностей отмечается неспецифическое отторжение трансплантата без формирования иммунологической памяти.

2.2 Схема эволюции иммунитета

1. Первыми иммунными клетками были клетки, способные осуществлять фагоцитоз. Изначально их функцией было пищеварение, затем способность к фагоцитозу стала использоваться в борьбе с чужеродными агентами и собственными измененными клетками. Способность к фагоцитозу, появившись у одноклеточных, сохранилась и у млекопитающих.

2. Специфический клеточный иммунитет, вероятно, появился у некоторых разновидностей губок и кишечнополостных (например, у гидр, коралловых полип). Тогда же, возможно, появился предшественник лимфоцита, хотя иммунная клетка, имеющая маркер Т-лимфоцита, впервые обнаружена у кольчатых червей.

3. Система гистосовместимости, возможно, появилась тогда же, когда и трансплантационный иммунитет, то есть у губок. Подтверждением тому может служить то, что моноклональные антитела к одному из клонов в эксперименте подавляют реакцию отторжения трансплантата этого клона клеток. При изучении МНС классов I и II хрящевых рыб и позвоночных было обнаружено сходство в кодирующей их ДНК. Появление у рыб молекул двух классов гистосовместимости закрепилось в эволюции.

4. Синтез Ig - привилегия позвоночных, хотя иммуноглобулиноподобные молекулы были выявлены у мене развитых видов начиная с иглокожих (морских звезд, морских ежей и других).

5. Зачатки тимуса и костного мозга впервые появились у круглоротых, хотя прообразы иммунных органов появились уже у кольчатых.

2.3 Роль иммунитета в эволюции

Увеличение числа клеток в организме ведет за собой увеличение риска возникновения мутаций. Это является своеобразной платой за многоклеточность. Для контроля за мутационным потоком необходима развитая система иммунитета. Возможно, именно развитие многоклеточности явилось той посылкой, которая дала толчок к развитию иммунитета. По другой причине, мы получили такой сложный иммунитет в следствие сложного и долгого развития в течение всей жизни, а также по невозможности к большому числу репродукции. Поэтому наш организм защищает нас от всеразличных патогенов и антител для сохранения нашего существования.

Развитие иммунной системы шло параллельно с усложнением организации животного и освоением им новых мест обитания, где оно могло встретиться с новыми факторами.

Определенную роль играли увеличение продолжительности жизни и интенсификация обменных процессов. Например, маложивущим животным не нужна длительная иммунологическая память.[3]

3. Формы иммунитета

Иммунитет многообразен по своему происхождению, проявлению, механизму и ряду других особенностей, в силу чего существует классификация различных иммунологических явлений в виде определённых форм иммунитета. По происхождению различают иммунитет врождённый и приобретённый иммунитет. И врожденные и приобретенные иммунные ответы зависят от активности белых кровяных клеток, или лейкоцитов. [1]

Врожденный иммунитет (естественный) - невосприимчивость, обусловленная врождёнными биологическими особенностями, присущими данному виду животных или человеку. [4] Это видовой признак, передающийся по наследству, подобно любому другому морфологическому или биологическому признаку вида. Примерами этой формы невосприимчивости может служить иммунитет человека к чуме или многих животных к кори человека. [1]

Врожденный иммунитет включает в себя гранулоциты и макрофаги. Гранулоциты, или как их еще называют, полиморфоклеточные лейкоциты, состоят их различных белых кровяных клеток, чьи выпуклые гранулы дают им характерную окраску; они включают нейтрофилы, которые являются фагоцитами. Макрофаги человека, предположительно, являются прямыми эволюционными потомками фагоцитарных клеток. (эл. Учебник)

Приобретённы иммунитет (лимфоцитарный иммунитет) вырабатывается организмом в течение его индивидуальной жизни либо путём перенесения соответствующего заболевания (естественно приобретённый иммунитет), либо путём вакцинации (искусственно приобретенный иммунитет). Различают также активно и пассивно приобретённый иммунитет. Активно приобретённый иммунитет - это состояние невосприимчивости к инфекции после или после вакцинации живыми или мёртвыми микробами или их продуктами. И в том, и в другом случае организм, приобретающий невосприимчивость, сам участвует в её создании и вырабатывает ряд защитных факторов, носящих название антител. [4] Пассивно приобретенный иммунитет - это состояние невосприимчивости к инфекции в результате поступления в организм уже готовых антител. В этом случае организм сам не вырабатывает антитела. [1]

Приобретенные иммунные ответы зависят от лимфоцитов, которые обеспечивают пожизненный иммунитет, что может отразится на болезнях и вакцинациях. Только вместе врожденная и приобретенная системы иммунитета обеспечивают замечательный эффект защиты, несмотря на то, что каждый день мы подвергаемся опасности быть зараженными бактериальными патогенами. (эл. Учебник)

4. Врожденный иммунитет

иммунитет иммунодефицит болезнь

Как уже указывалось ранее, врожденный иммунитет передается по наследству от матери к ребенку и является первой защитой организма от чужеродных агентов.

Напряжённость врожденного иммунитета очень высока. Обычно его считают абсолютным, так как в подавляющем большинстве случаев естественный иммунитет не удаётся нарушить заражением даже громадными количествами вполне вирулентного материала.

Врожденный иммунитет в некоторых случаях может быть снижен действием ионизирующей радиации и создание иммунологической толерантности. В некоторых случаях отсутствие заболевания ещё не свидетельствует об отсутствии инфекции. Учение о скрытой инфекции позволяет различить иммунитет к заболеванию и иммунитет к микробу. В ряде случаев заболевание не возникает вследствие того, что попавший в организм микроб в нём не размножается и погибает, в других случаях заболевание не наступает, несмотря на то, что проникший в организм микроб или вирус в нём размножается. Эти последние случаи, имеющие место при скрытых инфекциях у врожденно иммунных организмов, также свидетельствуют об относительности неспецифического иммунитета.

Врожденный иммунитет присущ не только невосприимчивы организмам. Восприимчивые организмы также обладают некоторым, хотя и слабо выраженным, иммунитетом, доказательством чего является то обстоятельство, что восприимчивый организм заболевает только при контакте с инфекционной дозой микробов. Если же в организм попадает меньшая доза, то эти микробы погибают, и заболевание не наступает. Доза микробов, меньшая инфекционной, не вызывая заболевания может обусловить появление приобретённого иммунитета, показателем чего является образование антител. Подобным образом и происходит постепенная повозрастная иммунизация населения к некоторым инфекциям.

Вовремя внутриутробного онтогенеза происходит коммитирование всех клеток, в том числе клеток крови, к антигенам другого организма человека к антигенам других тканей. [3]

Условно факторы неспецифической защиты можно разделить на четыре типа:

1. Физические (анатомические) барьеры - внешние покровы (кожа), которые подавляют колонизацию и размножение бактерий, и слизистые покровы дыхательных путей и ЖКТ. Мерцательный эпителий этих морфологических образований удаляет проникшие бактерии.

2. Физиологические барьеры - температура тела, рН и напряженность кислорода в районе колонизации микроорганизмами, а также различные растворимые факторы (лизоцим, интерферон, комплемент).

3. Эндоцитоз (пиноцитоз, фагоцитоз) - реакция клеток, направленная на поглощение и переваривание растворимых макромолекулярных соединений, а также чужеродных или структурно измененных собственных клеток.

Воспаление направленно на локализацию и уничтожение микроорганизмов в месте внедрения. Характерные признаки реакции - усиление кровотока, возрастание проницаемости капилляров, приток фагоцитирующих клеток. [1]

5. Патология иммунной системы

Выделяют четыре типа патологии иммунной системы:

· Иммунологическая недостаточность вследствие дефектов развития или действия повреждающих факторов;

· Гиперчувствительность, извращенная реактивность, основной формой которой является аллергия;

· Иммунопатология, обусловленная ауторегрессией;

· Опухоли иммунной системы, прежде всего лимфопролиферативные процессы.

5.1 Иммунодефициты

Иммунодефициты разделяют на две группы - первичные (врожденные), как правило, имеющие наследственную природу и являющиеся, таким образом, болезнями sui generis, и вторичные (приобретенные), вызванные различными воздействиями, как эндогенными (болезни), так и экзогенными (например, действие ионизирующих излучений). Четкую границу между этими двумя группами иммунодефицитов провести трудно, поскольку восприимчивость к действию иммунодепрессивных факторов и, следовательно, к развитию вторичных иммунодефицитов, также обусловлена генетически. [5]

5.1.1 Первичные иммунодефициты

Первичные иммунодефициты - это генетические дефекты в клетках иммунной системы. Группу первичных иммунодефицитов составляют заболевания человека, обусловленные дефектами генов, контролирующих иммунный ответ. [4] Иногда по отношению к первичным иммунодефицитам используют термин «врожденный», что подразумевает возможность развития заболевания на основе ненаследственных дефектов, возникших в эмбриональном периоде. Хотя теоретически это возможно конкретные нозологические формы заболеваний такого рода неизвестны, и далее будут рассматриваться лишь первичные нарушения наследственной природы.

Первичные иммунодефициты - это редкие заболевания: их суммарная частота составляет 1 : 1 000 000, или 3 случая на 1000 клинических больных. Эти заболевания встречаются почти исключительно в детском возрасте, поскольку значительно число больных не доживает до 20 лет, а у остальных дефекты в определенной степени компенсируются или трактуются в контексте обычной инфекционной или соматической патологией. [5]

По данным 2009 ПИД классифицируются как:

· Комбинированные Т- и В-клетки иммунодефицитов. Сюда относятся синдром Оменна (Omenn), дефицит ДНК-лигазы IV, дефицит CD40 и CD8, и другие дефициты;

· Преимущество антител. К ним относятся общее вариабельное иммунодефицитное заболевание, специфические дефекты антител с нормальным содержанием Ig нормальным число В-клеток и др.;

· Другие хорошо определенные иммунодефицитные синдромы. Сюда относят синдром Вискоттa-Олдрича (Wiskott-Aldrich), синдром ДиДжорджи (DiDeorge), синдром Шинка (Schimke) и др.;

· Болезни иммунной дизрегуляции. Сюда относят синдром Германского-Пyдлака (Hermansky-Pudlak), синдром Грисцели (Griscelli) и др.;

· Врожденные дефекты числа и функций фагоцитов. К ним относятся Р14 дефициты, болезнь Костманна (Kostmann), STAT1 дефицит, IL12р40 дефицит, простой энцефалитный герпес и др.;

· Воспалительные болезни. К ним относят IRAK4 дефицит, МуD88 дефицит и др.;

· Дефициты компонентов комплемента. Здесь представлены дефициты С1, 2, 3 ,4, 5, 6, 7, 8, 9 дефицит фактора D, дефицит фактора Н и I, MBP дефицит и др. [6]

5.1.2 Генетика первичных иммунодефицитов

Основой первичных иммунодефицитов является хромосомные перестройки либо мутации генов, детерминирующих иммунологические значимые факторы или ответственных за формирование органов иммунной системы в онтогенезе. Теоретически иммунодефицит должен считаться первичным, если установлены локализация генетического дефекта и тип его наследования, причем дефектный ген характеризуется высокой проявляемостью в форме иммунодефицитного состояния, дополнительным, хотя и не обязательным, условием является ранняя экспрессия генетического дефекта. В реальности эти условия выполняются не всегда. Во-первых, локализация генетических поломок пока установлена далеко не для всех случаев иммунодефицитов, наследственная природа которых не вызывает сомнений. Во-вторых, известны отдельные примеры, когда при таких заболеваниях не удается установить характер наследования (примером может служить синдром ДиДжорджи - недоразвитие тимуса). Следствием неполной изученности генетических основ этих заболеваний является недостаточно четкое разделение их на конкретные синдромы; часть известных нозологических форм фактически представляет собой группы заболеваний (например, общий вариабельный иммунодефицит).

Иммунологические поражения можно воспроизвести в эксперименте путем прицельного выключения генов, кодирующих иммунологически значимые молекулы или ответственных за развитие клеток и органов иммунной системы.

С помощью данного подхода уже осуществлено целенаправленное отключение некоторых генов, ответственных за синтез важнейших молекул иммунной системы. Это позволило установить взаимосвязи между конкретными генами и комплексом детерминируемых ими структур и процессов в иммунной системе. Такое моделирование помогает уничтожить природу первичных иммунодефицитов.

Прежде всего, спектр иммунодефицитных заболеваний отражает лишь определенную часть возможных иммуногенетических нарушений. Выборочность представительства генетически обусловленной патологии в реальном спектре первичных иммунодефицитов связана с рядом обстоятельств. Главное из них состоит в том, что шанс сохраниться в популяции имеют лишь те мутации, отрицательные проявления которых могут быть «замаскированы». Это возможно при рецессивном типе наследования, позволяющем мутантным генам не проявляться у гетерозигот, а также при их локализации в хромосоме Х. И действительно, основой первичных иммунодефицитов обычно служат рецессивные мутации, причем их локализация в хромосоме Х встречается особенно часто. Другой фактор, сужающий реальный спектр наследственных иммунодефицитов, связан с «избыточностью» иммунной системы, которая проявляется в том, что одна и та же функция может обеспечиваться различными факторами. В результате исчезновение каждого из них не приведет к заметным последствиям.

Спектр первичных иммунодефицитов человека достаточно близок к известным проявлениям мутации генов, влияющих на иммунную систему, которые отобраны и сохранены у линей мышей. Однако и в этом случае есть существенные различия, зависящие как от видовой специфики наследования контроля иммунной системы, так и различных условий сохранения мутаций. [5]

6. Представление о врожденных дефектах фагоцитов

6.1 Генетическая разнородность Менделевской восприимчивости к микобактериальным болезням (MSMD)

Первичные иммунодефициты (ПИД), как долго думали, имели исключительно рецессивные черты - автосомально-рецессивные (АР) в больше всего случаи, с несколькими X сцепленными рецессивными (XR) болезнями. В недавнем годы были описаны аутосомно-доминантные (AД), митохондриальные, поленетические, даже соматические ПИД. Однако, AР остаются наиболее частыми наследственными моделями среди недавно описанных ПИД. Некоторые ПИД, как показано, генетически гетерогенны. Менделевской восприимчивость к микобактериальным болезням (MSMD) показывает высокий уровень гетерогенности. Существует 6 MSMD врожденных генов, включая X-сцепленный ген и 5 аутосомальных генов (IFN-? рецептор 1; IFN-? рецептор 2; сигнальный трансдуктор и активатор транскрипции 1 [STAT1]; IL-12p40 субъединица [IL12P40] и IL-12 ?-субъединица [IL12RB1]).

Огромное большинство известных ПИД показывают на Менделевское наследование, с мутациями в единственном гены, который выделяет болезненный фенотип. Полигенные, митохондриальные, и соматические ПИД остаются редкими, возможно из-за невозможности исследовать их. Много факторов способствуют фенотипическому проявлению Менделевских ПИД: гены модификаторы, а также митохондриальные и соматические мутации.

Некоторые ПИД показывают на генетическую разнородность, с несколькими генетическими дефектами, вызывающими те же самые или подобный клинические синдромы. MSMD имеет самый высокий уровень генетических и аллельных разнородностей AД, с мутациями в 6 генах, составляющих 13 MSMD-порождение генетических черт.

Аутосомно-рецессивный (AР) STAT1 дефицит не является причиной MSMD, потому что у пациентов, имеющих STAT1 дефицит, была обнаружена инфекция вызванная микобактериями, сальмонеллой, и вирусами.

STAT1 является существенной молекулой для передачи сигналов IFN-?R. STAT1 также крайне важен для клеточного ответа на IFN-?/? (тип I IFN) и менее хорошо характеризован IFN-? (тип III IFN). [7] IFN-?/? - это небольшие белки, синтезируемые в инфицированных вирусом клетках. Индуктор синтеза INF молекулы двуспиральная РНК, которая может быть в РНК-содержащих вирусах или может быть промежуточным продуктом транскрипции у ДНК-содержащих вирусов. [4]

Активация GAF и ISGF-3 ослабляют пациентов с полными дефектами STAT1. Такие пациенты восприимчивы к микобактериям (IFN-?) и вирусам (IFN-?/?). Частичная форма AР STAT1 дефицита была недавно выявлена у 2 родных братьев, представляющих относительно серьезный, но излечимые внутриклеточные вирусные и бактериальные инфекции. Эти братья несут объединенную мутацию, которая не делает полностью отменит производство STAT1 по всей длине mRNA, что составляет частичный дефект. Такая мутация является missense-мутацией, но замена аминокислоты не оказывает обнаружимого влияния на стабильность белка или функцию. Клетки этих двух пациентов плохо отвечают и на IFN-? и IFN-?/?. Клетки пациентов с полными и частичными AР STAT1 дефектами также недостаточно отвечают на IFN-? и IL-27. Другая мутация в STAT1 был недавно обнаружена у пациенте из Саудовской Аравии. Мутация касается сдвига рамки считывания, которая приводит к полному STAT1 дефициту.

Остановить STAT1 дефициты, является вообще фатальным, потому что все изученные пациенты с полным STAT1 дефицитом умерли перед тем как был поставлен диагноз.

Аутосомно-домининантный (AД) STAT1 дефицит был впервые описан в 2001 году, когда у двух несвязанных между собой пациентов гетерозиготных по L706S мутации STAT1 была обнаружена микобактериальная инфекция. Мутация L706S ослабила фосфорилирование STAT1. Также были известны другие две мутации (E320Q и Q463H), которые наносят вред ДНК. Все 3 мутации свойственно вредны для активации GAF и ISGF-3, несмотря на нормальный уровень производства STAT1.

Поэтому, в отличие от 2 форм AР STAT1 дефицита, AД STAT1 дефицит дает предрасположение только к микобактериальным инфекциям, но не к восприимчивости к серьезным вирусным инфекциям. AД STAT1 дефицит выборочно затрагивает путь IFN-?, заканчиваясь частичным дефектом. Этот дефицит имеет низкую проницаемость, потому что только у 5 из 10 гетерозиготных пациентов была точно инфекционная болезни, вызванная слабо ядовитыми (BCG и М. avium вместе) или ядовитыми (М. tuberculosis) микобактериями. [7]

6.2 Восприимчивость к микобактериальным инфекциям - важность генетики хозяина

Широко признано, что генетические факторы важны вместе с многофакторными болезнями, такими как рак, ишемическая болезнь сердца и сахарный диабет. Однако, является заблуждением, что развитие серьезной инфекции происходит полностью из-за экологического и социального факторы или даже по простой случайности. Фактически, генетические факторы вероятно важный в определении результата инфекции, поскольку они находятся в другом комплексе с болезнью. В исследовании почти 1000 детей в Дании, было обнаружено, что генетических компонентов восприимчивости к преждевременной смерти от инфекции была больше, чем это для рака или сердечнососудистой болезни.

Халден (Haldane) был первым, кто признал важность эффекта болезнетворных микроорганизмов на развитие человеческого генома. До 20 столетия инфекционные болезни были главной причиной преждевременной смерти и туберкулеза. Существенное свидетельство накопилось и в том, что гены хозяина являются важными в определении результата инфекции. До относительно недавнего времени, продвижение было ограничено выявлением генов, вовлеченных в восприимчивость к малярии. Географическое изменение в распространенности малярии содействует признание важности клеточного гемоглобина, ?- и ?-thalassaemia и гликозид-6-дефицит дегидрогеназы фосфата. В областях, где малярия вызывает много смертельных случаев, был большой отбор для генетических мутаций благодаря малярийной резистентности. Большинство других инфекционных болезней не показывает такой отмеченности географического. Однако, существенное продвижения было сделано при изучении генетической восприимчивости и резистентности несколькими другим патогенами, включая микобактерий.

6.2.1 Атипичный микобактериоз и аномальный IFN? сигнал

Mycobacterium tuberculosis - самый важный патоген среди микобактерий. В 1995 году Левин (Levin) и соавторы описали четырех детей из деревни на Мальте, которые имели некую распространенную инфекцию обусловленную атипичными микобактериями (M. fortuitum, M. chelonae, M. avium-intracellulare). Трое из исследуемых детей имели какое-то кровное родство, и предположительно, имели наследственный генетический дефект от общего предка. Исчерпывающий иммунологический скрининг определил, что у них имелся поврежденный IFN? продукт к микобактериальным агентам. Дикий генотип показал одинаковый регион в гомозиготах у трех родственных детей на хромосоме 6q. Этот регион соединяет гены, кодирующие IFN?R-лиганд, который связывает цепи (IFN?R1). Последовательность IFN?R1 гена показала, что трое детей гомозиготны по А>С основной сигнальной трансверсии в позиции 395 кодирующих сиквенв-продуктов преждевременного стоп-кодона. IFN?R также указал на отсутствие у детей лейкоцитов. Это доказывает, что IFN?R1 - мутантный ген, который был ответственный за дефект иммунитета у этих детей.

Через некоторое время группа Левина изучила эту мальтийскую семью. Казанова (Casanova) и коллеги изучили большое количество пациентов с распространенным bacilli Calmette-Guerin (BCG) и атипичными микобактериальными инфекциями. В настоящее время в 121 случаи распространенной инфекции необходима вакцинация с BCG, которая иммунологически исследована и описана в мировой литературе. У 61 ребенка причиной было нахождение различных объединенных иммунных дефектов, синдрома Ди Джорджи и HIV инфекции. У других 60 детей причина не была определена, и тогда Казанова и коллеги поняли, что вероятней всего то, что многие из этих детей имеют предварительно неописанный сигнальный ген, что является иммунологическим дефектом. Они начали проверять возможные гены и обнаружили, что мутация в IFN?R1 гене может привести к распространенной BCG инфекции через некоторое время; та же группа Левина обнаружила причину повторной атипичной микобактериальной инфекции. IFN?R1 генетическая мутация является наследственным аутосомно-рецессивный признаком. Частичный IFN?R1 дефект также описаны у двух братьев и сестер, у одного из которых развита распространенная BCG инфекция и другой клинический туберкулез.

Следующее обнаружение IFN?R1 дефекта - это другой ген в IFN?R сигнальном мостике. Мутация в гене, кодирующим IFN?R сигнал усиления цепей (IFN?R2), имеет полную описанную причину и частичный дефект IFN?R2. Доминантная мутация в сигнальном трансдукте и активаторе транскрипции-1 гена (STAT1) описан у пациента с поврежденным микобактериальным иммунитетом. Этот результат частичного STAT1 дефекта и уменьшения ответственности IFN? стимуляции. Другие пациенты с распространенной микобактериальной инфекцией имели нормальную клеточную ответственность за IFN?, но ненормальный IFN? продукт последующего IL12 стимулятора. Спад мутаций в гене, кодирующего IL12 рецептор ?1 цепь (IL12R?1) обнаруженного у этих пациентов, был вызван полным IL12R?1 дефектом. Ранее рецессивные мутации в IL12В гене были описаны у 13 пациентов из Индии и Саудовской Аравии. Эти мутации результат полного отсутствия IL12р40 субблока.

В общем, мутации в пяти аутосомных генах являются причиной повторной распространенной микобактериальной инфекции, в дополнении развивается серьезная инфекция обусловленная распространенным BCG и атипичными микобактериями. Многие пациенты страдают от периодической инфекции сальмонеллеза. Один пациент с IL12В дефектом также страдал от систематической инфекции обусловленной Nocardia asteroidеs. Предположили, что пациенты также могли иметь повышенную чувствительность к этим патогенам. Нет вероятности, что эти пациенты с дефектами в IFN? сигнальном мостике имели общий иммунный дефект, т.к. они не показали повышенную чувствительность к большинству патогенов. Пациенты с полным IFN?R1 дефектом имеют более строгую (сильную) иммунную систему дефектов, что связано с частичным IFN?R1 дефектом или с IFN?R2, STAT1, IL12R?1 или IL12В дефектами. Это вероятно потому что, эти пациенты имеют частичный IFN? промежуточный иммунитет. Многие пациенты, которые имеют развивающуюся распространенную инфекцию после BCG вакцинации имели уже причину отождествиться. Эти пациенты являются ценным запасом для обнаружения распространенного неопознанного, микобактериально чувствительного гена. [8]

6.3 IRАК-4 дефицит

IRАК4 дефицит - редкая унаследованная первичная иммунная недостаточность, которая характеризована серьезными пиогенными бактериальными инфекциями. Люди с IRAK-4 дефицитом особенно восприимчивы к инфекциям, вызванным бактериями Streptococcus pneumoniae. Дефицит вызван мутациями в гене IRAK4.[9] Ген IRAK-4 кодирует фермент, который крайне важным для защиты организма от определенных бактериальных инфекций. [10]

6.3.1 IRAK-4 и NEMO мутации у изначально здоровых детей с текущей агрессивной пневмонией

Известные унаследованные факторы риска для агрессивной пневмонии у детей, которые имеют серповидно клеточную анемию и первичные иммунные дефициты (ПИД). ПИД включают дефекты в классических путях активации дополнения, дефекты в определенно-специфических антителах ответа, врожденное отсутствие селезенки и, позже обнаруженном, IRAK-4 и NEMO дефицитах. Эти дефекты ослабляют шаг в процессе, приводящем к фагоцитозам опсонизированных бактерий макрофагами селезенки опсонизированных бактерий макрофагами селезенки. NEMO и IRAK-4 дефициты также способствуют ослаблению и системного ответ воспаления слизистой оболочки, из-за активации которой ослабляется активность ядерного фактора-?B (NF-?B) микробами и цитокинами. Хотя риск агрессивной пневмонии у детей с этими ПИД известен, но доля пациентов неизвестна. Эта доля пациентов, как думают, является маленькой, потому что ПИД обычно связаны с многократными инфекционными болезнями, тогда как агрессивная пневмония главным образом затрагивает здоровых детей.

Таким образом, большинство случаев агрессивной пневмонии остаются необъясненным генетически и иммунологически, по крайней мере частично, потому что они не исследованы.

Можно предположить, что изолированная агрессивная пневмония может произойти из-за врожденных ошибок в иммунитете к инфекции у большой части детей. Данная агрессивная пневмония происходит, по крайней мере, у 2 % пациентов в большинстве случаев, делая агрессивную пневмонию самый важный известным фактором риска для следующей агрессивной пневмонии. Большинство случаев агрессивной пневмонии, главным образом, проявляется у взрослых как ВИЧ, отказ органа, или рак. Ситуация менее ясна для данной агрессивной пневмонии у детей. Факторами риска для этого условия, идентифицированного до настоящего времени в педиатрических пациентах, является sickle-cell disease и врожденный или приобретенный cerebrospinal fluid leak, которые определенно предрасполагают пациента к менингиту.

У многих детей с идиопатической данной агрессивной пневмонией впоследствии не будут обнаружены ПИД. Диагноз этих ПИД является трудным, потому что ПИД редки и разнообразны, и иммунологические исследования антитела являются трудными для детей младшего возраста. Несколько ПИД, вероятно связанные с агрессивной пневмонией, еще не были обнаружены. Только в нескольких случаев у детей с ПИД была обнаружена текущая агрессивная пневмония. Они включают детей с врожденным отсутствием селезенки, дефицитов системы комплемента, Х сцепленной агаммаглобулинемии и селективным дефицитом антиполисахаридных антител. Дефицит IgG2 был также описан у одного ребенке с умеренной формой удаляющегося эктодермального нарушения роста X-сцепленного иммунодефицита, имеющей мутацию NEMO, но не у пациентов с аутосомальным удаляющимся дефицитом IRAK4, или у пациентов с мутациями NEMO. Аутосомальный удаляющийся дефицит IRAK4 и удаляющиеся Х-сцепленные дефициты NEMO соответствуют двум, недавно описанным ПИД, которые затрагивают NF-?B-медиатор и вызывают относительно широкую восприимчивость к инфекциям.

Также сообщается о двух здоровых мальчиках с текущей агрессивной пневмонией и унаследованным NEMO и IRAK4 дефицитами. Эти пациенты не показали ни один из других известных инфекционных фенотипов, связанных с этими беспорядками. У этих двух пациентов не было никакой другой бактериальной, вирусной или грибковой болезни. Все IRAK4-несовершенные пациенты ранее имели бактериальную болезнь вызванную пиогенами. Так же ранее сообщается, что у пациентов с мутациями в NEMO был инфекционный фенотип, связанный с развитием. Не все дети с мутациями в NEMO имеют признаки EDA, но недостаток особенностей, связанных с развитием, не должен исключить этот диагноз. Пациенты с мутациями NEMO и отклонениями связанными с развитием также тенденцию приобрести широкий инфекционный фенотип, с многократными инфекционными болезнями, в отличие от больных. У одного единственного известного пациента с мутацией в NEMO и текущем агрессивной пневмонией, как единственным инфекционным фенотипом, также был умеренный клинический ED. У всех пациентов, которые имели IRAK4-дефицит была многократная пиогенная бактериальная болезнь. Вместе, эти данные показывают, что здоровые дети с текущей пневмонией должны быть исследованы для NEMO и дефицитов IRAK4.

Остается неясно, почему у большинства пациентов, имеющих NEMO дефицит, не возможно установить ответ антитела на pneumococcus, тогда как у большинства пациентов с IRAK4 возможно. В любом случае данные указывают, что пациенты, имеющие мутации в NEMO или IRAK4, могут дать узкий инфекционный фенотип текущей пневмонии. Иначе, здоровые дети с текущей агрессивной пневмонией должны быть проверены на отклонения в TLR-NF-?B путях, таких как NEMO и IRAK4 дефектах, особенно в присутствии воспаления в организме или плохих ответов антитела на pneumococcus. [11]

6.3.2 Врожденный путь В-клеток к толерантности

Случайная природа процессов разнообразия антитела гарантирует, что большое количество недавно образующихся антител будут самими антигенами. Эти потенциально вредные антитела со спецификами самоустранения в больших количествах на различных стадиях развития B-клеток так, чтобы зрелая B-клетка здорового человека был в значительной степени лишена аутореактивных антител. Знание этого процесса очень продвинулось с тех пор, как группа Nussenzweig развивала комбинацию цепной реакции полимеразы единственной клетки и клонировало антитело, чтобы исследовать единственные специфики B-клетки в людях. Эта техника теперь используется Иснарди (Isnardi) и др., чтобы характеризовать изменения в простом репертуаре B-клетки пациентов с дефицитами во врожденных свободных путях.

Анализ B-клеток здоровых людей обнаруживает несколько точек контроля против аутореактивных B-клеток в костном мозге и периферической этих людей. Три четверти недавно сформированных B-клеток, как оценивается, являются аутореактивными, и большую долю этих аутоантител признают многократные специфики. Переход от незрелых к зрелым B-клеток в костном мозге является главной точкой контроля, которая устраняет большую часть первоначально самореактивных антител. Наиболее вероятный молекулярный случай, лежащий в основе этой точке контроля B-клеток механизм, в котором случайная замена легкой цепи Ig заставляет аутореактивные антитела замолчать. Как только незрелые B-клетки выпущены из костного мозга, они обнаруживаются в периферии, как новые эмигранты B-клеток, которые все еще питают существенное число аутореактивных клонов (приблизительно 7 %). Вторая контрольная точка толерантности происходит в их переходе в зрелую простую B-клетку. В этом точке меньше чем 5 % периферического простого отдела состоят из аутореактивных B-клеток. В целом, отказы в любом из этих двух контрольных точек толерантности B-клеток привели бы к более высоким числам зрелых аутореактивных B-клеток и предрасположили бы к развитию аутоиммунитету.

Это было подтверждено анализом B-клеток у пациентов с аутоиммунной болезнью, в которой аутоантителам принадлежит видимая роль: простые зрелые отделы B-клеток, системная красная волчанка и ревматический артрит, содержат большое количество аутореактивных B-клеток независимо от их курса обработки болезни.

Текущая работа Иснарди (Isnardi) и др. расширяет наш взгляд на генетические факторы, которые изменяют репертуар В-клетки человека, анализируя эффект дефицитов во врожденных свободных путях. Определенно, что B-клетки пациентов с полными дефектами в генах, кодирующих IRAК4, MyD88, и UNC93B характерны для аутореактивных специфик. Люди, которые имеют мутации в генах, кодирующих MyD88 и IRАК-4, предрасположены к бактериальным инфекциям, но они менее важны в предотвращении вирусных инфекций. Эти дефекты вообще совместимы с ролью, которую эти три молекулы играют в передаче сигналов, начатых с IL-1 и TLRs: важные пути в борьбе против болезнетворных микроорганизмов. IRАК4 и MyD88 связывают промежуточные передачи сигналов всех известный TLRs кроме TLR3. Обе молекулы также связываются с IL-1 рецепторами.

Анализ B-клеток у пациентов с дефектами в IRAK4, MyD88 обеспечивает некоторые интригующие результаты, которые поддерживают расширенную роль врожденных рецепторов в формировании репертуара антитела в ранних стадиях развития B-клетки. После проверки на специфики B-клеток, техникой клонирования антитела B-клетки, у пациентов с IRAK4 дефектом показано большинство различий в репертуаре B-клеток по сравнению со здоровыми людьми: половина новых эмигрантов незрелых B-клеток у людей с IRAK4 дефектом были все еще аутореактивны против многократных антигенов, и большинства из них, была все еще аутореактивной в зрелой простой стадии. Кроме того, большая часть аутоантител у пациентов с IRAK4 дефектом были реактивными против других ядерных антигенов. Исследования единственного MyD88 дефекта у пациента показали подобную тенденцию, как и в IRАК4 случае, хотя и с более низкой величиной. С другой стороны, мутации в гене UNC93B не изменяли пропорцию аутореактивных незрелых B-клеток, но немного увеличивали число аутореактивных B-клеток в периферии. Эти результаты подразумевают, что IRАК4 и MyD88 является существенным для учреждения центральных и периферийных контрольных точек для толерантности B-клеток, тогда как UNC93B только строго требовался бы для периферийных точек контроля. Эти расходящиеся результаты могут интерпретироваться различными способами: с одной стороны они могли означать, что IRАК4 и MyD88 дефекты рано затрагивают B-клетки через пути, которые не зависят от внутриклеточного TLRs (однако, В-клетки человека главным образом лишены общего TLRs с внеклеточным выражением, и они также испытывают недостаток в рецепторах IL-1); с другой стороны UNC93B, у которого есть низкое выражение в В-клетках человека, мог быть несколько избыточным в его функции. Совместимый с этим представлением, дефицит UNC93B у людей не является полностью проникающим.

В условиях молекулярных событий, лежащих в основе IRAK4 и MyD88 дефицитов пациентов в B-клетках, анализ последовательности передачи аутоантител у этих пациентов показал, что они испытывают недостаток в большинстве признаков рецептора, редактируя, которые будет наблюдаться аутореактивация антител здоровых людей. Таким образом, можно утверждать, что главный эффект IRAК4 и MyD88 дефекта в B-клетках мог быть несвязан с процессом выбора близости антитела. [12]

6.3.3 Здоровые TLR4-вызванные генные образцы выражения не точный индикатор человеческой неприкосновенности

Toll-подобные рецепторы 4 (TLR4) имеют сродство с TLR-рецепторами клеток хозяев, которые узнают микробные компоненты внутри и вне клетки. Липополисахарид (LPS, эндотоксин) является главным компонентом клеточной стенки грамм-отрицательных бактерии. Связь TLR4 и TLP приводит к активации фактора транскрипции NF?B через каскады передачи сигнала, которые размножены или через молекулы адаптера MyD88. Организмы, поддающиеся генетической манипуляции, использовались, чтобы оценить важность TLR4 и различных сигнальных молекул для LPS-индукторов генов иммунитета (обычно цитокины, включая хемокины), а также для того, чтобы оценить уровень защиты против различных болезнетворных микроорганизмов.

Такие исследования установили, что MyD88-зависимый путь, через последовательную активацию IRAK4, IRAK1, TRAF6, IKK и NF?B, ведет клеточный ответ к участникам TLR, которые несут ответственность за здоровое выражение раннего ответа NF?B-отрегулированных генов неприкосновенности. Часто предполагалось, что этот здоровый транскрипционный ответ вовлекает большое количество генов (> 1000), которые значимы для нормальной иммунологической функции и, в свою очередь, защиты хозяина.

С 2003 года восемнадцать людей, прежде всего дети, были опознаны с мутацией в гене, кодирующим IRAK4, который находится далее за MyD88 в TLR сигнальном каскад. Ранее было сообщено, что IRAK4-дефект был обнаружен у ребенка из-за единственной гомозиготной замены в экзоне 8 гена IRAK4, который вводит преждевременный стоп-кодон; идентичная мутация происходит в большинстве случаев иммунной недостаточности IRAK4. Если учитывать положение IRAK4 в TLR-путе и отсутствие ответа IRAK4-дефекта к грамм-положительным и грамм-отрицательным TLR антагонистам, то можно предположить, что дефект в IRAK4 даст пациентам восприимчивость к большому числу грамм-положительным и грамм-отрицательным болезнетворным микроорганизмам. Напротив, у детей с IRAK4-дефицитом есть умеренный иммунный дефект восприимчивости к инфекции: только некоторых грамм-положительных бактерий, особенно S. aureus и S. pneumoniae.

Есть широко принятое понятие, что отсутствие IRAK4 поставит под угрозу иммунитет к грамм-отрицательным болезнетворным микроорганизмам. После ряда исследований эти данные не подтвердились - IRAK4 не является существенным для LPS-трансдукции сигнала через MyD88-зависимый путь, который ответственен за быструю и энергичную транскрипцию классических NF?B отрегулированных генов иммунитета.

Люди с дефектами в ключевых генах иммунитета представляют ценные модели для того, чтобы понять иммунную систему и патогенез болезни у человека. Оптимальная экспрессия специфических TLR генов стало принятым признаком первичной иммунной недостаточности и предрасположению к инфекции. В соответствии с предыдущими исследованиями, намного меньше генов и белков в IRAK4-несовершенных клетках окончательно продемонстрировало, что IRAK4 играет основную роль в передаче сигналов вдоль пути TLR4, которые достигают высшей точки в здоровой генной транскрипции.

Однако, клинические данные указывают, что агрессивная инфекция грамм-отрицательных бактерий является самым редким возникновением в IRAK4-дефектах у детей, несмотря на поставившие под угрозу ответы IRAK4-дефектов клеток к LPS. [13]

6.4 Представление и естествознание о иммунодефицитах, вызванных существенной мутацией модулятора ядерного ?В фактора

Растущее число заболеваний - это результат мутации гена, который ослабляет активность ядерный фактор (NF)?B. [14] NF?B запускает транскрипцию генов провоспалительных цитокинов (TNF?, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12), хемокинов (ИЛ-8) и костимуляторных молекул В7.1 (CD80) и В7.2 (CD86), необходимых для представления антигенов Т-лимфоцитам, и обеспечивает миграцию этих клеток из очагов внедрения патогенна в региональные лимфоидные узлы, создавая необходимые условия для начала лимфоцитарного иммунного ответа. [4] Классическая модель активации NF?B устанавливает, что NF?B поддерживается в цитоплазме клетки и связан с ингибитором NF?B (I?B), который предотвращает транскрипцию в клетке.

Один фенотип, который клинически выдвигает на первый план этот путь, эктодермальное нарушение роста (ED - эктодермальная дисплазия). Эктодермальная дисплазия - синдром, связанный с отклонениями в зубах, нарушением развития потовых желез. Важная роль для активации NF?B в патогенезисе ED была оценена после случаев связанных с мутациями в ED1-гене на X-хромосоме, который кодируют TNF-эктодисплазин-A. Впоследствии было обнаружено, что мутации в генах, кодирующих эктодисплазин-A рецептор, так же как домен смерти, являются результатом унаследованной аутосомальной формой ED. Пример дефекта IKK функций у человека, который происходит в эктодермальном фенотипе, впервые был найден у женщин с incontinentia pigmenti. Incontinentia pigmenti связана с большим числом удалений или сдвига рамки считывания в одной аллели NF?B модуляторов (NEMO; также известный как IKK-?) гена, альтернативно названный IKBKG, который расположен на X хромосомах. Эти мутантные NEMO-аллели не функционирует, а растущее число болезней - результат мутации гена, которые ослаблены ядерным фактором (NF) ?B активации. Хоть NEMO и не обладает каталитической функцией, это подается как подмостки для других IKK мембран. Классическая модель активации NF?B устанавливает, что NF?B поддерживаются в цитоплазме клетки и связанны с ингибитором NF?B (I?B), который предотвращает вход в ядро, чтобы активизировать транскрипцию.

Мужское потомство, которое наследует это, умирает в ещё утробе матери, потому что некоторые активация NF?B является существенной для развития. Много мальчиков с ED, как было также известно, имеют иммунодефициты (ED с иммунодефицитом [ED-ID]). Гипоморфные мутации в гене NEMO и получение ухудшения активации NF?B были связаны с этим фенотипом. В этой области исследований, было показано, что большинство исследуемых пациентов (мальчиков до года) имели мутации, затрагивающие 10-ый и конечный экзоны NEMO, которые кодирует ?nger область, и меньшинство имели точечные мутации в других местах в гене. Иммунологические особенности, описанные для мальчиков с гипоморфной мутацией NEMO включают гипогаммаглобулинемию и специфический дефицит антител. Исследования in vitro продемонстрировали ухудшения в активации CD40 B-клеток, цитотоксичность естественных клеточных киллеров (NK), ответ на возбуждение LPS и производство TNF и IL-12. Все эти дефекты приводят к специфической инфекционной восприимчивости, потому что пациенты, имеющие ED-ID и NEMO мутации необычно восприимчивы к атипичному микобактериозу.

Хоть пациенты, имеющие NEMO-ID, и имели восприимчивость к микобактериальным инфекциям, описаны мальчики с серьезной пиогенной бактериальной инфекцией на ранних этапах жизни. Эта особенность выдвигает на первый план основную патофизиологию генной мутации. Кроме его роли в адаптивной передаче сигналов рецепторам, активация NF?B является существенной для функции врожденных иммунорецепторов. В частности для toll-подобных рецепторов, которые признают объединенные патогенные молекулярные образцы, все используют NF?B сигнальные пути. Бактериальные LPS компоненты клеточной стенки связываются с TLR-4 и становятся способными к стимулированию ответа TNF с мутацией в NEMO. Таким образом, возможно объяснить восприимчивости к инфекции пиогенными бактериями вскоре после рождения у пациентов с NEMO-ID: TLR передача сигналов и врожденный иммунитет являются дефектными. Ослабленная TLR передача сигналов могла бы также объяснить увеличенное возникновение микобактериальной инфекций, потому что определенный TLRs признаёт микобактериальные компоненты. Интересно, что материнский IgG не защищал этих мальчиков от бактериальной болезни в новорожденный период, подчеркивая критическую роль врожденной функция иммунорецепторов. Эти особенности дали возможность предложить, что серьезные пиогенные бактериальные болезни должны быстро определить NF?B нарушения активации. В этом отношение, другие генетические дефекты, которые ослабляют ядерное перемещение NF?B после лигатуры TLRs, связано также с пиогенными бактериальными инфекциями.

У NEMO-ID есть и клиническая и иммунологическая разнородность. Хоть невозможно устранить вклад генетического фона человека, изменчивость болезни - также по крайней мере частично результат гипоморфной природы мутаций NEMO. Самое серьезное клинические направления в этом ряду были найдены у мальчиков с E391X изменениями, приводя к больше, чем 50% усечению 10 экзона. Интересно то, что если бы усечение 10 экзона (Q403X) NEMO составило меньше, чем 50 %, то фенотип был бы совместим с долгосрочным выживанием. Это предлагает роль специфической области 10 экзона в закреплении других регулирующих белков. Мутации, которые изменяют назначение экзона 10 также известны. Если первичный эффект экзона 10 мутаций NEMO идет на взаимодействие с другим регулирующим белков в этой области, то примечательный кандидат - cylindromatosis подавитель опухоли (CYLD). CYLD - deubiquinase, которая присоединяется к C-терминальной 39 аминокислоте NEMO и служит отрицательным регулятором активации NF?B. Мутации CYLD приводят к увеличенной активации NF?B и связанны с кожным семейным синдромом опухоли cylindromatosis. Важно, что мутант C417R NEMO не в состоянии связаться с CYLD. Таким образом, это множество изменений или исключение экстремального C-терминального конца NEMO могла бы затронуть сходство, которое имеет CYLD. CYLD также связывает TNF рецептор-связывания фактор 2, который является верхним активатором IKK. Таким образом в дополнение к его функции deubiquinating, CLYD мог бы выполнять функцию адаптера и быть приблизительной молекулой, требуемой для активации IKK. Мутации в NEMO за пределами 10-ого экзона значительно меньше общей. Генные дефекты, найденные за пределами экзона 10 связанны с NEMO-ID, затрагивающим каждый из экзонов 4-9, теперь также описаны. Дефекты в костимуляции B-клеток обычно в результате увеличения IgM и уменьшения IgA уровня. Хотя этот образец ясно замечен у множества мальчики с мутацией в экзоном 10 NEMO, у других пациентов присутствие чрезвычайно высоких уровней IgA с низким IgG уровнем могли бы бросить вызов некоторым традиционным понятиям класса переключение. Это могло бы представить специфическую особенность гипоморфного NEMO, который может все еще позволить определенным сигналам произойти.