American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. Vol. 27, pp. 391-395, 2002

Генетические основы ремиссии саркоидоза

David R. Moller and Edward S. Chen
The Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland

Введение

Убеждение, что генетическая восприимчивость к развитию саркоидоза существует, произошло из наблюдений семейной группировки саркоидоза и расовых вариаций распространенности болезни. Недавно законченное мультицентровое этиологическое исследование саркоидоза в США, обнаружло увеличение ~ в 5 раз относительного риска развивития саркоидоза у родственников первой степни родства (1). Сложный паттерн наследования при саркоидозе является доводом против единственного гена, играющего доминирующую роль в этой болезни (2). Хотя поиск генетических основ саркоидоза был начат несколько десятилетий назад, лишь недавние исследования подтвердили, что гены главного комплекса тканевой совместимости (MHC) играют важную роль при определении риска и клинического курса саркоидоза.

Роль генов человеческого лейкоцитарного антигена в адаптивном иммунном ответе

Гены региона MHC сгруппированы в ~ 5 миллионах пар оснований на коротком плече хромосомы 6, которые охватывают домен человеческого лейкоцитарного антигена (HLA) (3). Домен MHC включает многие не-HLA гены, которые имеют важную роль в регулировании воспалительного ответа, включая ген транспортера, связанный с процессингом антигена, фактор некроза опухоли альфа и лимфотоксин альфа.

Молекулы HLA связывают антигенные пептиды в бороздке (groove), сформированной двумя альфа-спиралями, чтобы сформировать комплекс, который опознается a/b+ рецепторами T-клеток (ТКР) (4). Молекулы класса I (HLA-A, -B и -C) обычно связывают пептиды длиной 8-10 аминокислот для анализа CD8+ T-клетками; молекулы HLA класса II (HLA-DP, -DQ и -DR) связывают более длинные пептиды для анализа CD4 + T-клетками (5). Эти пептиды получены из антигенных белков, которые были подвергнуты фагоцитозу или эндоцитозу антиген-презентирующими клетками, такими как дендритные клетки или макрофаги. В результате, несущие антиген фагосомы или эндосомы сливаются с лизосомами и белки деградируют в пептиды, которые связываются с молекулами HLA класса II с помощью молекул HLA-DM (6-8).

Эффективное взаимодействие тримолекулярного комплекса (MHC/пептид/ТКР) является первым сигналом для активации антиген-специфических T-клеток (10). Второй сигнал для активации T- клеток обеспечивают костимулирующие молекулы. T-клетки стимулируются для производства цитокинов, которые производят иммунный ответ, включая формирование гранулемы (11).

Связь региона HLA с саркоидозом

Из-за известной роли генов HLA в регулировании адаптивного иммунного ответа, многие ранние работы исследовали связь аллелей HLA с саркоидозом. Хотя некоторые исследования сообщили о связи с аллелями HLA класса I, было обнаружено, что с риском развития саркоидоза были связаны аллели класса II (12). Так как различные специфические аллели HLA были связаны с риском саркоидоза в различных популяциях, осталось неясным, являются ли гены HLA непосредственно, или другие гены ответственными за вариации риска саркоидоза. Многие не-HLA гены также были изучены используя подход гена-кандидата, включая ген рецептора витамина D, ген ангиотензинпревращающего фермента, ген естественного связанного с резистентностью белка макрофагов и кластер генов интерлейкина-1 (13-17). Недавнее исследование Schurmann с коллегами, использовавшее поиск генетических маркеров, связанных с саркоидозом, получило данные, что гены, наиболее сильно связанные с риском развития саркоидоза находятся в пределах региона MHC (18).

Ассоциации со специфическими HLA аллелями наблюдаются при многих болезнях, особенно связанных с аутоиммунным ответом (19, 20). Экспериментальные модели аутоиммунных болезней демонстрировали, что аллели MHC класса II могут влиять на аутоиммунный процесс (21). Восприимчивость к болезни и ее серьезность были связаны с аллелями класса II в зависимости от характера функциональных различий пептид-связывющих мотивов (мотив - характерная последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах или аминокислот в полипептидах, выполняющая определенные функции), которые воздействуют на пептиды, презентируемые при аутоиммунном ответе или влияют на субпопуляции аутореактивных T-клеток (22-24). Интересно, что некоторые исследования предполагают, что некоторые аллели класса II влияют на изменение баланса Th1/Th2 производства цитокинов (25, 26). Другие исследователи утверждают, что не-MHC гены таже важны при развитии аутоиммуннного T-клеточного ответа, вызывая нарушение толерантности (27, 28). Факт, что связь генов MHC с аутоиммунными болезнями является аллель класса II-специфической, говорит, что пептид-связывющие мотивы являются наиболее важными в определении фенотипических проявлений орган-специфического аутоиммунитета (29). Таким образом, специфический MHC гаплотип, который включает аллели класса II, чтобы обеспечить специфичность аутоиммунного процесса и не-HLA гены, которые влияют на иммунорегуляторные механизмы, могут быть необходимы для возникновения патогенного аутоиммуннного ответа.

Иммунные основы патогенеза саркоидоза

Текущая модель патогенеза саркоидоза основана на данных исследования пациентов, интерпретируемых в контексте экспериментальной модели иммунного ответа (30). Считается, что иницииатором формирования гранулемы при саркоидозе, является накопление слаборастворимого антигенного материала, который формирует очаг (nidus) для формирования гранулемы. Прямым доказательством, что гранулематозное воспаление при саркоидозе включает обычный ответ на антиген, основано на исследованиях экспансии олигоклональных T-клеток на участках воспаления (31). Наиболее хорошо изученным примером является значительная экспансия AV2S3 (Valpha2.3) + T-клеток в бронхоальвеолярном лаваже (БАЛ) HLA-DR17+ (в современной терминологии DR*0301) у Скандинавских пациентов с саркоидозом (32). Экспансия других олигоклональных специфическогих Vb + или Valpha + T-клеток также были зарегистрированы в легком, коже и крови других пациентов с саркоидозом (33-35). Во всех случаях, природа антигеного стимула остается неизвестной.

Экспериментальные модели показали, что медиаторами гранулематозного воспаления могут быть Th1 цитокины (интерферон гамма, IL-2) или Th2 цитокины (IL-4, IL-5, IL-13) (36, 37). Многие исследования подтвердили, что саркоидоз характеризуется высоко поляризованным профилем Th1 цитокинов с доминирующей экспрессией IFN-g и цитокинов IL-12 и IL-18 (38, 39). Большинство Т-клеток БАЛ при саркоидозе экспрессирует функциональный рецептор IL-12, состоящий a и b рецепторов (40). Хотя доминирование Th1 клеток характерно для начальной стадии болезни, не имеется никаких данных относительно профилей цитокинов в поздних стадиях саркоидоза, поэтому неизвестно, сохраняется ли эта поляризация в сторону Th1 при фиброзной болезни. Главный эффектор формирования гранулемы - TNF, произведенный Т-клетками и мононуклеарными фагоцитами (41). Хотя профиль цитокинов демонстрирует Th1 ответ у большинства пациентов с саркоидозом, ранние исследования документировали, что саркоидоз характеризуется присутствием циркуляции иммунных комплексов, вероятно в 100 % случаев синдрома Лёфгрена (острая форма болезни, с высокой вероятностью спонтанной ремиссии) и других форм острого саркоидоза (42). Роль иммунных комплексов как центра формирования гранулемы при саркоидозе остается неизученной.

Генетические основы ремиссии саркоидоза

Гены HLA класса II связаны с благоприятными клиническимими проявлениями и благоприятным исходом саркоидоза (острый артрит, синдром Лёфгрена, стадия I рентгенограммы с разрешением в течение 2 лет) (12). Была обнаружена связь хорошего прогноза саркоидоза с HLA-DR3 гаплотипом у Скандинавских, Польских, Чешских, Итальянских, Немецких и Японских пациентов (43-50). Недавнее исследование обнаружило значительно большую частоту HLA-DR3 и TNF-A2 аллелей (которые находится в неравновесном сцеплении с HLA-DR3) у пациентов с синдромом Лёфгрена по сравнению с пациентами без синдрома Лёфгрена (48).

Исследование Sato (51) - важный вклад в понимание генетических детерминантов клинического исхода саркоидоза. Были изучены связи между 19 DQB1 аллелем, серьезностью и прогрессом болезни у белых пациентов с саркоидозом и группы контроля из Великобритании и Нидерландов. Серьезность болезни была оценена по рентгенограмме и исследованию функции легких при постановке диагноза, через 2 и 4 года. Было обнаружено, что аллель DQB1*0201 был связан с умеренными проявлениями болезни (узловатая эритема, синдром Лёфгрена, рентгенографическая стадия 0/1) и что этот аллель защищает от развития серьезного саркоидоза (увеит, рентгенографическая стадия 2 и выше, DLco < 80 %). Аллель DQB1*0201 также была сильно связана с уменьшенным риском прогресса болезни (улучшение или стабилизация рентгенографической стадии 1, отсутствие прогресса или персистирования стадии II/III болезни) независимо от лечения кортикостероидами. Напротив, аллель DQB1*0602 был связан с более серьезной болезнью. Авторы предполагают, что аллель DQB1*0201 (или ген в пределах этого гаплотипа) значительно уменьшает риск прогресса болезни или персистирования ненормальностей легкого в их группе пациентов с саркоидозом.

Важный факт, упомянутый авторами - аллель HLA-DQB1*0201 находится в сильном сцеплении с HLA-DRB1*0301 аллелем, который был связан с хорошим прогнозом в нескольких группах пациентов с саркоидозом, упомянутых выше. DRB1*0301/DQB1*0201 гаплотип также включает не-HLA гены, например ген TNF и ген лимфотоксина-альфа, которые могут влиять на серьезность болезни. Результаты Sato, что DQB1*0602 аллель связан с более серьезной болезнью - совместимы с результатами предшествующих исследований Скандинавских и Японских пациентов с саркоидозом, которые сообщили о связи более серьезной болезни и DQB1*0602 или DRB1*1501 (47, 52).

Связь с HLA и саркоидоза: пептид-связывющие мотивы или иммунорегуляция?

Связь между DQB1*0201/HLA-DRB1*0301 гаплотипами и саркоидозом имеет особую важность, когда рассматривается в патофизиологическом контексте. HLA-DRB1*0301 гаплотип был обнаружен у Скандинавских пациентов с саркоидозом, которые демонстрировали олигоклональную экспансию AV2S3+ T-клеток в легком (53). Последня находка дает возможность, что AV2S3 + T-клетки БАЛ могут быть специфичны для аутогенетически-релевантных пептидов, связанных с DRB1*0301 молекулой. Grunewald с коллегами обнаружили, что более высокое число AV2S3 + T-клеток в БАЛ Скандинавских пациентов с саркоидозом, связано с острым началом заболевания и более короткой (< 2 лет) продолжительностью болезни (54). Если главная особенность саркоидоза - экспансия субпопуляций пептид-специфических T-клеток (что иллюстрируется корреляцией DRB1*0301/пептид/AV2S3 ТКР), возможно связь со специфическими аллелями HLA при саркоидозе основана на их пептид-связывющих свойствах.

Имеются несколько механизмов, с помощью которых пептид-специфические T-клетки могут влиять на ремиссию саркоидоза. Стокгольмское исследование показало, что у DRB1*0301+ пациентов T-клетки в легком имеют тенденцию к уменьшенному Th1 ответу (55). Хотя прямой анализ Th1/Th2 фенотипов AV2S3 + T-клеток у этих пациентах пока не был закончен, вероятно эти AV2S3 + T-клетки также имеют уменьшенный Th1 фенотип. Факт, что эта субпопуляция T-клеток связана с ремиссией болезни, предполагает уменьшение экспрессии Th1 свойств или, возможно, способность производить высокие уровни трансформирующего фактора роста бета, что может быть важным для благоприятного прогноза. Muller-Quernheim с коллегами показали, что уменьшение производства TNF и увеличение производства трансформирующего фактора роста бета саркоидными клетками БАЛ связано с уменьшенным риском прогресса болезни, предполагая, что уменьшение Th1 иммунного ответа является важной особенностью пациентов с ремиссией болезни (56, 57). DQB1*0201/DRB1*0301 гаплотип таже может благоприятно влиять на исход болезни, с помощью неспецифической регуляции иммунного ответа.

Также возможна гипотеза, что AV2S3+ T-клетки у Шведских пациентов являются частью клеточного или гуморального ответа, которые содействуют уничтожению антигена (ов) или обеспечению толерантности аутоиммуннного ответа. Очевидно, что источником неизвестного пептида является антиген или аутоантиген. В этом случае, при изменении баланса Th1/Th2, может развиваться эффективный гуморальный ответ, который уничтожает антигены с помощью механизмов, связанных с рецептором комплемента-1. В этом сценарии, иммунные комплексы не являются начальной причиной формирования гранулемы при саркоидозе, а скорее играют роль при уничтожении антигенов у тех пациентов, у которых наблюдается ремиссия. Недавнее исследование обнаружило, что ген рецептора комплемента-1, является геном-кандидатом восприимчивости к саркоидозу, несмотря на отсутсвие связи с клиническим фенотипом (58, 59). Эта гипотеза совместима с ассоциацией циркуляции иммунных комплексов с благоприятным синдромом Лёфгрена и также объясняет, почему иммунные комплексы редко бывают найдены на участках гранулематозного воспаления в саркоидных тканях. В этой модели, центрами формирования гранулем могут быть нерастворимые белковые структуры, возможно микробного происхождения, которые первоначально не были уничтожены из-за отсутствия или неэффективного гуморального ответа в контексте поляризованного и патогенного Th1 иммунного ответа на те же самые антигены.

Хотя сценарий, приведенный выше - только одна из возможностей, если он истинен, могут быть разработаны терапии, направленные на комплекс пептид/MHC. Конечно, это будет зависеть от идентификации пептидов, которые предпочтительно связываются с молекулами HLA и стимулируют соответствующие субпопуляции T-клеток. Альтернативно, идентификация таких пептидов, привела бы к попыткам блокирования сцепления пептидов с молекулам HLA. Конечно, есть возможность, что связь HLA с ремиссией или хроническим саркоидозом не связана с пептид-связывающей функцией молекул HLA, а связана с не-HLA генами. Дальнейшее картирование региона MHC должно дать категорический ответ на этот вопрос. Тем временем, трудно воздержаться от оптимистической перспективы, что может быть разработана пептид-специфическая вакцина, чтобы улучшить клинические результаты при лечении саркоидоза.