Et nyt tilfælde af homozygot interferon alfa/beta receptor alfakæde (IFNAR1) mangel med hæmofagocytisk lymfohistiocytose
Apr 17, 2023
(Se Mogensens redaktionelle kommentar på side 140–3.)
Vi præsenterer et tilfælde af fuldstændig mangel på interferon-alfa/beta-receptor-alfakæden (IFNAR1) hos et barn med dødelig systemisk hyperinflammation, tilsyneladende fremkaldt af levende svækket virusvaccination. En sådan patologisk hyperinflammation, der opfylder kriterierne for hæmofagocytisk lymfohistiocytose, er en ny fænotype, der ledsager medfødte fejl af type I interferon-immunitet.
Hæmofagocytisk lymfohistiocytose (HIVEL/T-LGL) er en sjælden immunsystemsygdom, der er tæt forbundet med immunitet. Forekomsten af HIVEL/T-LGL er relateret til forstyrrelsen af immunsystemet, som hovedsageligt er forårsaget af unormal spredning og aktivering af T-celler. Denne unormale spredning og aktivering vil få T-celler til at angribe normale celler i kroppen og derved forringe immunsystemets funktion og dermed vise vigtigheden af immunitet for os. I vores daglige liv bør vi også være opmærksomme på at forbedre immuniteten. Cistanche kan øge immuniteten. Polysacchariderne i kødet kan regulere immunresponset i det menneskelige immunsystem, forbedre immuncellernes stressevne og forbedre steriliseringen af immuncellers effekt.
Nøgleord.
IFNAR1; type I interferon; HLH; medfødt fejl i immunitet.
Type I interferoner (herunder IFN- og 13 IFN-undertyper) signalerer via en enkelt allestedsnærværende udtrykt receptor sammensat af lav- og højaffinitetsunderenheder, IFNAR1 og IFNAR2. Type I IFN'er ser ud til at være kritiske for pattedyrs antiviral immunitet, baseret på omfattende undersøgelser af Ifnar-1-deficiente mus, men deres præcise rolle i mennesker har hidtil været usikker [1].
Vores opdagelse af fuldstændig human IFNAR2-mangel hos et barn med dødelig virussygdom sekundær til levende svækket vaccination mod mæslinge- og røde hunde (MMR) indebar en væsentlig antiviral funktion [2]. Det var ikke desto mindre slående, at probandet ikke viste nogen åbenlys viral modtagelighed før MMR-eksponering. Denne fænotype af sygdom fremkaldt af udfordring med systemisk levende svækket viral vaccination blev set hos 2 patienter med IFNAR1-mangel, begge ligeså raske indtil vaccination [3].
Den nylige identifikation af IFNAR1-varianter hos 2 patienter med alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) fremhæver den yderligere betydning af type I IFN'er i immunitet mod naturligt erhvervede vira [4].
I denne undersøgelse undersøgte vi en tidligere godt 15-måned gammel dreng, som udviklede alvorlig sygdom efter MFR-vaccination, omfattende progressiv og i sidste ende dødelig hyperinflammation, der opfylder diagnostiske kriterier for hæmofagocytisk lymfohistiocytose (HLH; se caseresumé, figur 1A, supplerende tabel E1). Analyse af serum (Supplerende Tabel E2) og cerebrospinalvæske (Supplerende Tabel E3) gav ikke tegn på vaccine-stamme viral replikation, og der blev heller ikke identificeret en alternativ infektiøs ætiologi, udover lav-niveau Epstein-Barr virus (EBV) reaktivering. Detaljeret immunfænotypning viste monocytose og T-celle lymfocytose med lavt antal B-celler og cDC1 (Supplerende figur E1, Supplerende Tabel 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) i IFNAR1, introduktion af et for tidligt stopkodon i det tredje ekstracellulære domæne af IFNAR1-protein (p.Gln308Ter, figur 1B).
Denne variant var fraværende i GnomAD-databasen og forudsagt at være skadelig af in silico-værktøjer (Supplerende tabel E5). Der blev ikke påvist noget proteinprodukt ved sondering af primære dermale fibroblastlysater med N-terminalt (Figur 1C) eller C-terminalt IFNAR1-antistof (Supplerende Figur E5), hvilket indikerer fuldstændig IFNAR1-mangel. Gennemgang af et omfattende panel af gener knyttet til medfødte immunitetsfejl i patientens exome-data afslørede ingen yderligere kandidat-sygdomsfremkaldende varianter.
Efter ligandbinding initierer det ternære kompleks af IFNAR1-IFNIFNAR2 en intracellulær signaleringskaskade, hvori reciprok transphosphorylering af de receptorassocierede kinaser JAK1 og TYK2 efterfølges af phosphorylering af signaltransducerne og aktivatorerne af transkription STAT2 og STAT2. Størstedelen af det transkriptionelle respons på IFN- kan tilskrives heterotrimeren dannet af phosphoryleret STAT1 og STAT2 sammen med IRF9.
Dette kompleks, kendt som interferon-stimuleret genfaktor 3 (ISGF3), translokerer til kernen, hvor det interagerer med interferon-sensitive responselementer (ISRE'er) for at aktivere transkriptionen af et stort antal interferon-stimulerede gener (ISG'er). En brøkdel af phosphoSTAT1 homodimeriserer i stedet for at danne IFN-aktiveringsfaktoren (GAF), hvilket agoniserer et distinkt, men overlappende sæt gener, der bærer IFN-aktiveringssteder (GAS), mere typisk forbundet med type II IFN (IFN-) signalering. Den forudsagte effekt af IFNAR1-mangel er at forhindre signalering og nedstrøms funktionelle reaktioner på IFN-, men efterlade intakte reaktioner på IFN-.
Figur 1. A, Stamtavle. B, Sanger-sekventeringsbekræftelse af variant med IFNAR1-proteindomæner. C, IFNAR1-mangel (immunblot). D, signalering med IFN- 2b eller IFN- (1000 IE/mL, 30 m, immunblot). E, ISG-induktion med IFN- 2b eller IFN- (1000 IE/ml, 16 timer, immunblot). F, EMCV cytopatisk beskyttelsesassay. G, ZIKV-kappe (ENV), ISG15, RSAD2 og MX1-ekspression (immunblot) i fibroblaster (H) ZIKV cytopatisk assay. Beskyttelse mod ZIKV med IFN- 2b eller IFN- (MOI 1,0, 1000 IE/mL, 24 timer) ved (I) immunoblot og (J) levedygtighedsanalyse. Komplementering med IFNAR1 men ikke tom vektor (VEC) genopretter (K) ISG-induktion af IFN- 2b (1000 IE/mL, 16 timer, immunoblot) og (L) IFN- 2b-medieret beskyttelse mod EMCV. Alle eksperimenter gentages n = 3 gange i II:1 og kontrollerer primære fibroblaster. Middel ± 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.
I overensstemmelse med denne forudsigelse var phosphorylering af JAK1 og dets downstream-mål STAT1 og STAT2 upåviselig i IFNAR-1-mangelfulde patientfibroblaster udsat for IFN 2b i 30 minutter, som afsløret ved immunblotting af helcellelysater, hvorimod phosphorylering af JAK1 og STAT1. efter eksponering for IFN- blev bevaret (figur 1D). Det samme mønster blev observeret ved analyse af STAT1-phosphorylering i patientlymfocytter og monocytter ved phospho-flowcytometri (Supplerende figur E6). I overensstemmelse hermed afslørede immunblotting en fejl i at inducere ISG-proteinprodukter i IFNAR1--mangelfulde patientfibroblaster, der blev udsat natten over for IFN- 2b på trods af intakte reaktioner på IFN- (figur 1E).
For at imødegå den funktionelle påvirkning udfordrede vi celler med picornavirus encephalomyocarditis virus (EMCV). I dette eksperiment blev fibroblaster forbehandlet med IFN- 2b eller IFN- natten over før infektion, i en dosis, der tidligere var bestemt til at forhindre cytopatisk effekt (CPE) i kontrolceller, og derefter undersøgt 24 timer efter infektion. IFNAR1-deficiente celler var modtagelige for CPE på trods af IFN- 2b eksponering, men blev reddet ved IFN-behandling, hvilket bekræfter en specifik defekt af IFN- -medieret antiviral immunitet (figur 1F).
For at udvide og bekræfte disse fund inficerede vi celler med flavivirus Zika-virus (ZIKV) ved forskellige infektionsmangfoldigheder, idet vi undersøgte ekspressionen af viralt kappeprotein og ISG'er ved immunoblot 48 timer efter infektion (figur 1G). I patientceller så vi overdreven viral proteinekspression (supplerende figur E7), ledsaget af manglende evne til at inducere ekspression af ISG15, RSAD2 og MX1, hvilket afspejler en defekt af IFNAR-medieret antiviral resistens og korreleret med modtagelighed for viral cytotoksicitet (figur 1H) ). Behandling af patientceller med eksogent IFN- men ikke IFN- 2b forhindrede ZIKV-infektion (figur 1I) og CPE (figur 1J).
For definitivt at bevise, at tabet af IFNAR1 var ansvarligt, komplementerede vi patientfibroblastceller med fuldlængde human IFNAR1 leveret ved lentiviral transduktion. Lentiviral transduktion af IFNAR1 i patientfibroblaster, men ikke tom vektor, genoprettet induktion af ISG'er (Figur 1K) og dannelse af en antiviral tilstand som reaktion på IFN- 2b (Figur 1L), hvilket bekræfter genotype-fænotype-associationen.
Vi rapporterer et nyt tilfælde af fuldstændig IFNAR1-mangel, der supplerer en nylig rapport om homozygot IFNAR1-mangel hos 2 ubeslægtede børn [3]. I alle 3 af disse tilfælde og i lighed med IFNAR-2-mangelpatienter [2] blev viral modtagelighed først synlig efter inokulering med levende svækkede virusvacciner. Ved første øjekast står dette i modsætning til den bredere modtagelighed hos STAT2- eller IRF9-deficiente patienter [5-7] over for virus, der naturligt stødes på slimhindeoverflader, hvilket kan forklares i form af funktionel redundans mellem typer I og type III IFN'er ved slimhinden [1].
Den nylige opdagelse af yderligere 2 tilfælde af IFNAR1-mangel blandt personer med alvorlig coronavirus sygdom 2019 (COVID-19) indebærer imidlertid, at type I IFN'er i det mindste for SARS-CoV-2 kan spille en afgørende rolle i værtens respons på naturlige patogener [4]. Denne konklusion understøttes yderligere af påvisningen af neutraliserende antistoffer mod type I, men ikke type III IFN'er i 10 procent af alvorlige COVID-19 tilfælde [4], samt et genom-dækkende associationssignal med IFNAR2 i en uafhængig kohorte [8].
Vores case udvider det fænotypiske spektrum af IFNAR1-mangel til at inkludere HLH-lignende hyperinflammation, tidligere noteret i IFNAR2-mangel og i stigende grad anerkendt i andre defekter af IFN-immunitet såsom STAT2- eller IRF9-defekter [7, 9]. At definere patomekanismen for hyperinflammation i denne sammenhæng, især dens forhold til dysreguleret inflammatorisk signalering og/eller viral replikation, er et vigtigt område for fremtidigt arbejde. På trods af den tidsmæssige sammenhæng med vaccination var vores tilfælde bemærkelsesværdig for fraværet af påviselig vaccine-stamme-spredning. Et lignende billede er blevet observeret hos nogle STAT1- og STAT2-mangelfulde patienter med hyperinflammation [12, 11].
Selvom vi ikke kunne udelukke et bidrag af lav-niveau EBV-reaktivering, er steril autoinflammation dukket op som en særskilt klinisk fænotype i defekter af IFN-signalering [7]. Dette tyder på en mere kompleks mekanisme, der involverer tab af IFN-regulering [1]. Umiddelbart er dette paradoksalt, fordi ukontrolleret IFN-signalering i sig selv er forbundet med HLH-lignende steril inflammation [12]. Alligevel regulerer IFN- også negativt forskellige cytokinveje, herunder interleukin (IL)-1 [13] og IL-17 [14]. Immunmodulerende egenskaber af IFN- udnyttes i terapi for immunmedierede sygdomme såsom multipel sklerose. Den delvise kliniske respons på kortikosteroider og IL-1 blokade i vores tilfælde giver en vis støtte til hypotesen om, at tab af IFN-signalering bidrager til forstyrret immunnetværksaktivitet. I forbindelse med viral sygdom ser det ud til, at et korrekt kalibreret IFN-respons er nødvendigt for at forhindre immunopatologi. Dette er "Goldilocks"-princippet om immunhomeostase, hvor både utilstrækkelig og overdreven aktivitet bidrager til sygdom.
Hyperinflammation er central for patogenesen af svær COVID-19, som vist ved den kliniske effektivitet af kortikosteroider. Vores nye tilfælde af IFNAR1-mangel afslører en potentiel rolle for IFN- i at forhindre hyperinflammation, ikke blot gennem direkte kontrol af viral replikation [2, 3], men muligvis også via dets immunregulerende virkning mod andre cytokiner. Tabet af begge aspekter af IFN-funktion kan bidrage til, at patienter med IFNAR1-defekter er modtagelige for alvorlig COVID-19 [4, 9]. Forståelse af de cellulære og molekylære sammenhænge mellem defekt IFN-signalering og patogen inflammation vil være afgørende for at vejlede terapi for alvorlig virussygdom.
Supplerende data
Supplerende materialer er tilgængelige på Clinical Infectious Diseases online. Bestående af data leveret af forfatterne til gavn for læseren, er det udsendte materiale ikke kopieret og er udelukkende forfatternes ansvar, så spørgsmål eller kommentarer skal rettes til den tilsvarende forfatter.
Bemærk
Potentielle interessekonflikter. F. G. modtog støtte fra Deutsche Forschungsgemeinschaft (GO2955/1-1) samt Bubble Foundation. C. FH er finansieret af et Medical Research Council (MRC) studerende (MR/ N013840/1). V. K., E. F. og M. F. er finansieret af Tjekkiets sundhedsministerium (NV19-05-00332). S. H. og C. JA D. er finansieret af Wellcome Trust (henholdsvis 207556/Z/17/Z og 211153/Z/18/Z).
Alle andre forfattere har ingen potentielle konflikter. Alle forfattere har indsendt ICMJE-formularen til offentliggørelse af potentielle interessekonflikter. Konflikter, som redaktionen anser for relevante for indholdet af manuskriptet, er blevet afsløret.
Referencer
1. Duncan CJA, Randall RE, Hambleton S. Genetiske læsioner af type I interferon-signalering i human antiviral immunitet. Trends Genet 2020; 1-13.
2. Duncan CJA, Mohamad SMB, Young DF, et al. Human IFNAR2-mangel: lektioner for antiviral immunitet. Sci Transl Med 2015; 7:307ra154.
3. Hernandez N, Bucciol G, Moens L, et al. Arvelig IFNAR1-mangel hos ellers raske patienter med bivirkninger til mæslinger og gul feber levende vacciner. J Exp Med 2019; 216:2057-70.
4. Zhang Q, Bastard P, Liu Z. Medfødte fejl af type I IFN-immunitet med livstruende COVID-19. Videnskab 2020; 21:1-9.
5. Hambleton S, Goodbourn S, Young DF, et al. STAT2-mangel og modtagelighed for viral sygdom hos mennesker. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110:3053-8.
6. Hernandez N, Melki I, Jing H, et al. Livstruende influenza pneumonitis hos et barn med arvelig IRF9-mangel. J Exp Med 2018; 215:2567-85.
7. Bravo García-Morato M, Calvo Apalategi A, Bravo-Gallego LY, et al. Forringet kontrol af flere virusinfektioner i en familie med fuldstændig IRF9-mangel. J Allergy Clin Immunol 2019; 144:309–312.e10.
8. Pairo-Castineira E, Clohisey S, Klaric L, et al. Genetiske mekanismer for kritisk sygdom i COVID-19. medRxiv 2020; doi: 10.1101/2020.09.24.20200048. \
9. Alosaimi MF, Maciag MC, Platt CD, Geha RS, Chou J, Bartnikas LM. En ny variant i STAT2 med hæmofagocytisk lymfohistiocytose. J Allergy Clin Immunol 2019; 144:611–613.e3.
10. Burns C, Cheung A, Stark Z, et al. En ny præsentation af homozygot funktionstab STAT-1-mutation hos et spædbarn med hyperinflammation: en case-rapport og gennemgang af litteraturen. J Allergy Clin Immunol Practice 2016; 4:777-9.
11. Shahni R, Cale CM, Anderson G, et al. Signaltransducer og aktivator af transkription 2-mangel er en ny lidelse i mitokondriel fission. Hjerne 2015; 138:2834-46. 12. Duncan CJA, Thompson BJ, Chen R, et al. Alvorlig type I interferonopati og uhæmmet interferonsignalering på grund af en homozygot kimlinjemutation i STAT2. Sci Immunol 2019; 4. doi: 10.1126/sciimmunol.aav7501.
13. Reboldi A, Dang EV, McDonald JG, Liang G, Russell DW, Cyster JG. Betændelse. 25-Hydroxycholesterol undertrykker interleukin-1-drevet inflammation nedstrøms for type I-interferon. Science 2014; 345:679-84.
14. Liu L, Okada S, Kong XF, et al. Gain-of-function humane STAT1-mutationer svækker IL-17-immunitet og ligger til grund for kronisk mukokutan candidiasis. J Exp Med 2011; 208:1635-48.
Florian Gothe, 1,2, en Catherine F. Hatton, 1, en 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 og Christopher J. A. Duncan1,9.
1 Immunitet og inflammationstema, Translationelt og klinisk forskningsinstitut, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, Storbritannien, 2 Department of Pediatrics, Dr. von Hauner Children's Hospital, University Hospital, Ludwig-Maximilians-Universität München, München, Tyskland, 3 Banská Bystrica Børneuniversitetshospital, Banská Bystrica, Slovakiet, afdeling 4 for pædiatrisk hæmatologi og onkologi, 2. Medicinsk fakultet, Charles University og University Hospital Motol, Prag, Tjekkiet, 5 Northern Center for Bone Marrow Transplant, Freeman Hospital, Newcastle upon Tyne Hospitaler NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, Storbritannien, 6 Department of Neuroradiology, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK, 7 Department of Pediatrics and Adolescent Medicine, University Medical Center Ulm, Tyskland, 8 Children's Immunology Service, Great North Children's Hospital, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, Storbritannien, og 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
