Вродени и адаптивни имунни аномалии в основата на автоимунните заболявания: генетичните връзки（1）

С изключение на изключително малък брой случаи, причинени от единични генни мутации, повечето автоимунни заболявания са резултат от сложното взаимодействие между екологични и генетични фактори. Накратко, етиологията на често срещаните автоимунни заболявания е неизвестна въпреки напредъка в изясняването на някои ефекторни клетки и молекули, отговорни за патологиите, свързани с възпалително и тъканно увреждане. През последните години подходите на популационната генетика значително обогатиха познанията ни по отношение на генетичната чувствителност на автоимунитета, предоставяйки ни прозорец от възможности за цялостно преразглеждане на гените, свързани с автоимунитета, и възможните пътища. В този преглед ние се стремим да обсъдим етиологията и патогенезата на често срещаните автоимунни заболявания от гледна точка на човешката генетика. Прегледът на генетичната основа на автоимунитета е последван от 3 глави, в които се описват гените за чувствителност, участващи съответно във вродения имунитет, адаптивния имунитет и възпалителните процеси на клетъчна смърт. С подобни опити се надяваме да разширим обхвата на мислене и да насочим вниманието към по-малко оценените молекули и пътища като важни участници в автоимунитета отвъд „обичайните заподозрени“на ограничена подгрупа от валидирани терапевтични цели.

растение цистанче, повишаващо имунната система

автоимунни заболявания, етиология, патогенеза, вроден имунитет, адаптивен имунитет

Въведение

Автоимунитетът се отнася до широк спектър от колективни състояния, при които нарушената самопоносимост води до прояви на патологични промени и клинични симптоми в резултат на имунни отговори срещу собствени цели. Едно от основните предизвикателства при лечението на автоимунни състояния е почти невъзможната мисия за обръщане на прекъсването на толерантността. Когато пациентите влизат в ревматологични клиники, те често се оплакват от подути стави или сутрешна скованост, докато малцина биха посочили появата на антинуклеарни антитела или високи нива на ревматоидни фактори като основна причина за посещенията им при лекар. Следователно, ревматолозите са изправени пред предизвикателствата на лечението на заболявания, чиято етиология произтича от нехарактеризирани събития, които могат да бъдат проследени за продължителен период, понякога преди десетилетия. Настоящите терапевтични стратегии за автоимунни заболявания са аналогични на решенията, практикувани от пожарникарите, т.е. представяне на най-добрите опити за гасене на пожара, независимо от причината, която първоначално е запалила запалимото вещество.

Информацията, която може да хвърли светлина върху етиологията на автоимунитета, се предоставя отчасти от факта, че определени индивиди са по-податливи на дадени заболявания, отколкото останалата част от общото население. Анализите на генетичните предразположения, използващи подходи на популационната генетика, като проучвания на геномни асоциации (GWAS), са дали богата информация относно етиологията и патогенезата на автоимунитета. Въпреки че много локуси на чувствителност са разположени в некодиращите сегменти на генома с неясни функционални последици, значителна част от описаните локуси попадат в протеин-кодиращи региони, които кодират продукти, участващи в голямо разнообразие от биологични процеси. Докато подмножество от гени за автоимунна чувствителност се представя с ясни връзки с имунните фенотипове предвид добре установените роли във вродените и/или адаптивни имунни отговори, връзките на други гени, като тези, чиито функции са предимно замесени в процесите на развитие и метаболитни дейности, с автоимунитета са по-загадъчни. В този обширен преглед ние обсъждаме това, което сме научили от последните проучвания, целящи да изяснят основните генетични компоненти на автоимунитета и как тези знания могат да ни научат към по-добро разбиране на имунните аномалии, свързани с автоимунитета. В комбинация с прогресивно задълбочаване на познанията за допринасящите фактори на околната среда, крайната цел е да се даде представа за разработването на нови терапевтични подходи срещу автоимунните заболявания и за облекчаване на симптомите или дори за постигане на състояние без заболяване за автоимунни пациенти.

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

Генетичната основа на автоимунните заболявания

Генетична епидемиология на автоимунни заболявания

Autoimmune diseases are one of the most common diseases worldwide and have a significant public impact because of their high morbidity and mortality (Rioux and Abbas, 2005). The general prevalence of autoimmune diseases ranged from less than 5 per 100,000 (e.g., uveitis (Miserocchi et al., 2013), Wegener granulomatosis (Cotch et al., 1996)) to more than 500 per 100,000, such as rheumatoid arthritis (RA) (Almutairi et al., 2021) and ankylosing spondylitis (AS) (Dean et al., 2014). Although most autoimmune diseases can occur at any age, the peaks of onset differ by illness (Amador-Patarroyo et al., 2012). For instance, type 1 diabetes (T1D) (Maahs et al., 2010) primarily occurs in childhood and adolescence, but multiple sclerosis (MS) (Schwehr et al., 2019) and systemic lupus erythematosus (SLE) (Mina and Brunner, 2013) mostly appear during the mid-adult years, and RA (Symmons, 2002) mainly among older people. In addition, autoimmune diseases present gender disparities with a greater prevalence amongst women in a 2:1 ratio (Angum et al., 2020). Furthermore, the genetic epidemiology of autoimmune diseases becomes more complicated when variations in ethnicity, geographical regions, and susceptibility genes are considered (Wang et al., 2015). Coeliac disease is a typical example, which is less prevalent in Asia. This may be due to the genetic factor that carriers of the HLA-DQ2 antigens linked to celiac disease occur in 5%– 10% of Chinese and sub-Saharan Africans when compared to 5%–20% in Western Europe. In contrast, HLA-DQ8 occurs in 5%–10% of English, Tunisians, and Iranians, but less than 5% in Eastern Europeans, Americans, and Asians (Kang et al., 2013). Collectively, autoimmune diseases are common diseases with genetic heritability and exhibit gender and age disparities with ethnic and geographic differences (Cooper and Stroehla, 2003). The genetic heritability of autoimmune disease varies greatly (Ramos et al., 2015), for instance, from very high in AS (>90%) (Brown et al., 2016) до сравнително ниско при възпалително заболяване на червата (IBD, 12%) и MS (15%) (Kuusisto et al., 2008), докато RA и SLE имат средна средна генетична наследственост от приблизително 60% (Guerra et al., 2012). Обяснението за тези разлики се дължи главно на наследствеността и резултата от взаимодействието на епигенетичните фактори и факторите на околната среда (Baranzini и Oksenberg, 2017). Освен това трябва да се вземе предвид наследственото отклонение между фамилните случаи и общата популация за преобладаващите усложнени заболявания (Momozawa et al., 2018). Все повече доказателства сочат тенденция към фамилна агрегация на автоимунни заболявания (Cárdenas-Roldán et al., 2013). Много семейни проучвания показват, че роднини от първа степен (FDR) на индивиди с диагностицирано автоимунно заболяване (напр. RA, MS, AS) са имали повишен фамилен риск от придобиване на някои други автоимунни заболявания в сравнение с контролните пробанди (Cooper et al., 2009), което е дори по-високо при монозиготни близнаци (Bogdanos et al., 2012). Освен това изследователите отбелязват също, че не само FDR, но и съпрузите на лица с автоимунни заболявания са изложени на повишен риск (Emilsson et al., 2015).

Генетични фактори на автоимунни заболявания

Революцията на GWAS ускори идентифицирането на варианти, свързани с автоимунни заболявания

Откриването на точните причинно-следствени варианти на заболяването и локусите на чувствителност може да ни помогне да разберем по-добре картографирането между генотипа и фенотипа на сложни черти в механизмите на заболяването (Hirschhorn et al., 2002). Въпреки това, традиционните методи за анализ на връзката не са достатъчни за точно картографиране на геномните локуси поради голямата вариабилност и обширното неравновесие на връзката (LD) на повечето автоимунни заболявания (Fernando et al., 2008). Революцията на GWAS в началото на 2000-те години, която е мощен инструмент за безпристрастно идентифициране на региони от генома, свързани с човешките вариации и заболявания, отвори нови пътища за глобални изследвания на моделите на наследяване на автоимунните заболявания (Visscher et al., 2012). Съвместното проучване на асоциациите за целия геном, координирано от Wellcome Trust Case Control Consortium (WTCCC) през 2007 г., беше първата реална стъпка напред в откриването на нови генетични корелации на чувствителността към автоимунни заболявания чрез GWAS (Wellcome Trust Case Control Consortium, 2007). По-специално, това проучване на WTC разкрива няколко нови гена, които са силно свързани с RA, T1D и целиакия (вид IBD). За първи път изследователите са открили ген, наречен PTPN2, който свързва тези три автоимунни заболявания. През същата година WTC публикува друго широкомащабно генетично проучване при AS и MS, съобщавайки за два нови локуса на AS: ARTS1 и IL23R и подчертавайки, че IL23R може да бъде споделен фактор на чувствителност към основните „серонегативни“ заболявания като AS и болестта на Crohn (CD) и псориазис (Wellcome Trust Case Control Consortium и The Australo-Anglo-American Spondylitis Consortium (TASC), 2007).

Нарастващото международно сътрудничество между различни етнически кохорти разширява размера на извадката от проучванията на GWAS, давайки по-убедителни открития за автоимунни заболявания. Като пример, консорциумът на Международния консорциум по генетика на анкилозиращия спондилит (IGAS) проведе плътно проучване за генотипиране на SNP в 10 619 случая и 15 145 контроли от европейски, източноазиатски и латиноамерикански произход през 2013 г., което увеличи броя на АС-асоциираните локуси до 31 (включително 13 нови локуса) и 12 допълнителни AS-асоциирани хаплотипа в 11 локуса, разкриха критичната роля на обработката на анормални пептиди преди представянето на основен комплекс за хистосъвместимост (MHC) клас I и промените на IL-23 провъзпалителния цитокинов път в патогенезата на AS (International Genetics of Ankylosing Spondylitis Consortium et al., 2013). В допълнение, мета-анализът на GWAS става все по-известен, което може да подобри способността за идентифициране на сигнали за асоцииране чрез комбиниране на проби от множество кохорти за откриване на повече вариации и покриване на повече геномни области от един набор от данни (Zeggini и Ioannidis, 2009). През 2014 г. триетапен трансетнически мета-анализ (Okada et al., 2014), проведен за 100 000 лица от европейски и азиатски произход (29 880 случая на РА и 73 758 контроли), откри 42 нови рискови локуса за РА и идентифицира 98 биологични кандидат-гени в общо 101 рискови локуса. По-специално, те създадоха in silico тръбопровод, разработен от утвърдени методологии за биоинформатика и базиран на функционална анотация за идентифициране на 98 биологични кандидат-гени в тези 101 рискови локуса, и за първи път проведоха функционална анотация на SNPs на риска от RA, които имат за цел да предоставят емпирични доказателства за откриване на лекарства . Освен това, използването на мета GWAS методологията за кръстосано заболяване може да подобри силата за идентифициране на общи локуси на чувствителност при няколко автоимунни заболявания, дори ако сигналите за асоцииране се различават между заболяванията. Още през 2011 г. Жернакова и др. (Zhernakova et al., 2011) откриват четиринадесет не-HLA общи локуса, свързани с механизма на представяне на антиген и активиране на Т-клетките в мета-анализ на два публикувани GWAS за цьолиакия и ревматоиден артрит на кохорти от европейски произход. По подобен начин, мета GWAS анализ на кръстосано заболяване за пет публикувани данни за псориазис и болест на Crohn, извършен от Ellinghaus et al. (Ellinghaus et al., 2012) идентифицира 20 споделени локуса на асоцииране на заболявания и тества асоциации на кръстосани заболявания в допълнителни кохорти през 2012 г. След това в началото на 2019 г., първият мета-анализ на генома на кръстосано заболяване при системни серопозитивни ревматични заболявания (включително системни склероза, SLE, RA и идиопатични възпалителни миопатии) (Acosta-Herrera et al., 2019) беше публикувано, което разкрива пет нови споделени значими за целия геном независими локуса от кохорта от 11 678 пациенти и 19 704 незасегнати контроли от европейски произход групи.

Cistanche ползи - укрепва имунната система

Ера след GWAS: функционалната геномика на автоимунното заболяване

Въпреки това, докато GWAS успешно доведе до откриването на хиляди локуси, които са статистически свързани с риска от заболяване и характер, се появиха няколко предизвикателства и ограничения. Включването на биологичното значение за заболяването и клиничната полезност за прогноза или лечение изостават много назад, не може да обясни по-голямата част от генетичната наследственост за заболявания, както и ограничението на изследванията на клетъчно ниво (Visscher et al., 2017). Естествено, настъпи ерата след GWAS, която основно се аргументира за причинно-следствена връзка и идентифициране на рискови гени (Pierce et al., 2020), както и насърчава прехода от асоциация към функция (Gallagher and Chen-Plotkin, 2018).

През този период бяха публикувани многобройни забележителни проучвания с новопоявили се така наречени пост-GWAS методи. Една от най-ефективните техники е „фино картографиране“ за идентифициране на релевантни за характеристиките генетични елементи в геномен локус, който вече е бил ограничен, което се оказа полезно при превръщането на констатациите на GWAS във възможни терапии (Schaid et al., 2018). Нов метод, известен като CC-GWAS (case-case genome-wide асоциативно проучване) (Peyrot and Price, 2021), наскоро придоби популярност. Peyrot WJ и др. използвайте обобщена статистика от съответния случай-контролен GWAS, за да тествате за вариации в честотата на алелите между случаите на две разстройства, което надхвърля конвенционалните подходи, които изискват информация на индивидуално ниво. Те ефективно са идентифицирали локуси с различна честота на алелите сред пациенти с осем психиатрични заболявания чрез CC-GWAS и са валидирали метода CCGWAS, използвайки три публично достъпни набора от данни за автоимунни заболявания GWAS, които включват CD, улцерозен колит (UC) и RA. Демонстрирайте способността да използвате тази стратегия за подобряване на клиничните диагнози и лечението на други автоимунни заболявания. Освен това кохортните проучвания на населението също играят критична роля в доказването на причинно-следствената връзка и насърчаването на разработването на лекарства (Wijmenga и Zhernakova, 2018). Наскоро широкомащабен мета-анализ сред източноазиатски и европейски популации на RA чрез различни подходи след GWAS, извършен от Eunji Ha et al. (Ha et al., 2021) интегриране на натрупаните знания за вариантите на RA с нововъзникващите високопроизводителни omics данни, което доведе до идентифицирането на 11 нови локуса на чувствителност към RA. Досега огромен успех на широкомащабни генетични изследвания в идентифицирането на генетични варианти на автоимунно заболяване. Въпросът как да се използват ефективно тези данни остава предизвикателство.

Споделените генетични механизми между автоимунните заболявания

Предишните епидемиологични проучвания показват, че човешките автоимунни заболявания са сложни заболявания, които са резултат от взаимодействието между генната чувствителност и факторите на околната среда (Wang et al., 2015). Въпреки че автоимунните заболявания са хетерогенни състояния в клинични и терапевтични характеристики с участието на множество органни системи (Ramos et al., 2015), консенсусът е, че автоимунните заболявания споделят сложен и подобен генетичен произход. Междувременно генетичните изследвания също подкрепят съществуването на различни пътища на патогенеза за различни автоимунни заболявания (Richard-Miceli и Criswell, 2012). Преди десетилетие изследователите вече откриха, че почти половината от 107-те SNP с риск от имунни заболявания в седем имуномедиирани възпалителни и автоимунни заболявания (включително CD, MS, псориазис, RA, SLE и T1D) са споделени, което, както е в случая с алели в главния локус на хистосъвместимост (Cotsapas et al., 2011).

Напоследък Caliskan M. et al. (Caliskan et al., 2021) разработиха каталог от 85 проучвания за фино картографиране на автоимунния GWAS локус чрез комбиниране на извличане на текст със систематичен преглед. Те съставиха 230 GWAS локуса, които се състоят от 455 комбинации от асоциационни сигнали за локус по заболяване с 15 автоимунни заболявания. За да прецизираме гените, споделени от основните автоимунни заболявания в това проучване, ние избрахме пет основни автоимунни заболявания (CD, RA, T1D, IBD, MS), за да покажем припокриващите се гени в рамките на тези заболявания с информацията за локусите на асоцииране на заболяване (Фигура 1A) . След това 74-те GWAS локуса, обхващащи повече от две първични автоимунни заболявания от този каталог, бяха визуализирани с помощта на хордова диаграма, базирана на резултатите за каузативна генна увереност на тези GWAS локуси и свързаните с тях автоимунни разстройства (Фигура 1B). За отбелязване е, че можем да видим, че IL2 и TAGAP се срещат споделени при четири автоимунни заболявания (IL2 при CD, IBD, RA и T1D, и TAGAP съответно при IBD, MS, RA и T1D), което е в съответствие с по-ранни мишки проучвания и резултати от клинични експерименти (Chen et al., 2020; Clough et al., 2020; Pérol et al., 2016). Прозрението, получено от тези анализи, подчертава решаващата функция на регулаторните Т-клетки в имунологичната хомеостаза и ще допринесе за разработването на регулаторни Т-клетъчни лечения за тези автоимунни заболявания.

Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система

Щракнете тук, за да видите продуктите Cistanche Enhance Imunity

【Попитайте за повече】 Имейл:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Много общи вариации са открити при автоимунни заболявания и други човешки разстройства, така наречената „плейотропия“ (Inshaw et al., 2018). Широко установено е, че дисфункцията на имунната система е свързана с повишен риск от болестта на Паркинсон (PD) (Tan et al., 2020). Например, в цялостно епидемиологично проучване на 310 000 души в Швеция с 33 различни автоимунни заболявания, разпространението на повишен риск от болестта на Паркинсон е било 33% (Li et al., 2012). За разлика от това, констатациите от голям GWAS, включващ 47 580 случая на RA и 482 703 случая на PD, предполагат, че ревматоидният артрит намалява риска от болестта на Паркинсон (Li et al., 2021a). Връзката между автоимунните заболявания и болестта на Паркинсон изглежда неубедителна, което може да е свързано с ограниченията на размера на извадката. Независимо от това, изследването на плейотропията между автоимунни заболявания и други съпътстващи заболявания може да помогне за откриването на нови локуси, които преди това не са били свързани с болестта. Witoelar и др. съобщава, че 17 нови локуса са идентифицирани като припокриване между PD и автоимунни заболявания, включително 4-те известни локуса на PD (GAK, HLA-DRB5, LRRK2 и MAPT), които се представят при RA, UC и CD, и подчертават участието на човешки левкоцити антиген (HLA) (Witoelar et al., 2017).

Ефект на взаимодействието ген-среда върху автоимунното заболяване

Консенсус е, че факторите на околната среда и отклоненията при констатациите могат да играят роля в риска от заболяване в допълнение към генетичните фактори. С развитието индустриалната цивилизация напредва и науката и технологиите напредват, включително нови индустрии, нови химикали и фармацевтични продукти. Разпространението на автоимунни заболявания, причинени от фактори на околната среда, се е увеличило. Подобряването на разбирането на „задействащите фактори на околната среда“ за автоимунни заболявания може да помогне на хората да избегнат опасности и да определят алтернативи за лечение (Gioia et al., 2020; Vojdani, 2014). През последните години нарастващ брой проучвания показват, че тютюнопушенето (Ishikawa and Terao, 2020), червеното месо (Pattison et al., 2004) и диетата с високо съдържание на натрий (Salgado et al., 2015) имат отрицателни последици върху развитие на болестта, докато вегетарианска диета (Kjeldsen-Kragh et al., 1991), полиненаситени мастни киселини (Fetterman Jr. и Zdanowicz, 2009), витамин D (Jeffery et al., 2016) и пробиотици (Bungau et al., 2021) допринасят за подобряване на оценката на здравето. Следователно диетичните модели и добавките бяха насърчавани като бъдеща адювантна терапия при лечението на автоимунни заболявания, като средиземноморската диета (MD), която се състои предимно от зеленчуци, плодове, риба, зехтин и млечни продукти (Pocovi-Gerardino et al. ., 2021).

Фигура 1 Асоциация на припокриващи се гени (GWAS локуси) между основните автоимунни заболявания. A, Графиката UpSet, генерирана от UpSetR (Conway et al., 2017) показва броя на GWAS локусите, които се припокриват за всяко от петте често срещани автоимунни заболявания (CD, болест на Crohn; RA, ревматоиден артрит; T1D и диабет тип 1; IBD, възпалително заболяване на червата; MS, множествена склероза), който се основава на изчерпателния каталог на GWAS фино картографиране на автоимунни заболявания. B, Хордовата диаграма, създадена с R пакета "кръг" (Gu et al., 2014), представя връзката между 74 GWAS локуса (вляво), които се припокриват при повече от две основни автоимунни заболявания и заболяванията, с които са свързани ( вдясно).

Модулирането на получените от чревната микробиота метаболити е един от най-важните индиректни механизми за това как диетичните навици и храненето влияят върху прогресията на заболяването (Han et al., 2021). Промененият състав на микробиотата е свързан с намалена чревна бариерна функция и дисрегулация на имунната система на лигавицата (Khan and Wang, 2019), една от добре известните хипотези е „оста на червата и ставите“ (Zaiss et al., 2021). Не е сигурно обаче дали чревната дисбиоза е причина или следствие от автоимунно заболяване. Резултат от общата популационна кохорта на всички бебета в проекта за Югоизточна Швеция показва, че генетичният риск за автоимунитет на T1D е свързан с уникални промени в чревната микробиота (Russell et al., 2019). Доказателства от проучвания върху животни и хора показват, че HLA алелите влияят върху процеса на взаимодействие на чревната микробиота с имунитета на гостоприемника (Xu and Yin, 2019). Освен това новопоявяващо се проучване, използващо метагеномика на пушка върху пациенти с АС, показва обогатяване на потенциално кръстосано реактивни бактериални епитопи и терапията с TNFi има ефект върху състава на микробиома (Yin et al., 2020).

Разширено генетично изследване и перспектива на автоимунното заболяване

GWAS успешно се прилага за идентифициране на голям брой генетични варианти (главно SNPs) на болестта и връзката с много сложни черти. Той обаче имаше ограничена способност за предсказване на заболявания. Методът за профилиране на полигенния риск (PRS), който може да агрегира ефектите от варианти в целия геном, може да се използва при оценката на генетичната отговорност на индивида към черта или заболяване чрез изчисляване въз основа на профила на генотипа на заболяването и съответните данни от GWAS . Li Z. и др. (Li et al., 2021b) подчертаха значителния диагностичен капацитет на PRS при пациенти с AS в сравнение с традиционните диагностични методи за тестване, включително С-реактивен протеин (CRP), HLA-B27 и сакроилиачен MRI. За реално клинично приложение е необходимо повече проучване на PRS, прилаган при автоимунни заболявания в рамките на специфични етнически групи. През 2020 г. Чой и др. (Choi et al., 2020) публикува ръководство за извършване на анализи на полигенни рискови резултати в природни протоколи, изчислени според техния генотипен профил и съответните GWAS данни, което може да помогне при тълкуването на асоциациите на PRS-черти.

Друго предизвикателство на GWAS е, че е трудно да се потвърдят причинно-следствени гени или дистални регулаторни области на болестта, които се отнасят до специфично за клетъчния тип поведение. Едноклетъчно РНК секвениране (scRNA-Seq) е мощен метод за събиране на генна експресия в отделни клетки от живи тъкани, като се използва високопроизводителен секвениращ анализ в целия транскриптом. Той вече показа обещаващи резултати при MS, AS и RA. Например, последните изследвания на Simone D. et al. (Simone et al., 2021) прилагат анализ на едноклетъчен транскриптом чрез използване на проби от периферна кръв и синовиална течност от пациенти с AS и псориатичен артрит (PsA), с резултати, показващи подробна характеристика на Tregs клетките и демонстрирани директно LAG-3 инхибира секрецията на IL-12/23 и TNF от моноцити, получени от пациента, което може да бъде потенциален механизъм за SpA. По-голямата част от настоящите лечения за автоимунни заболявания разчитат на системна имуносупресия, което прави пациентите податливи на инфекции. Прецизната медицина се счита за крайъгълен камък на бъдещите терапии за рак (Shin et al., 2017), включващи разработването на нови диагностики и персонализирани лекарства за индивидуалните нужди на пациента въз основа на генетични, биомаркерни, фенотипни или психологически характеристики. В средата-2016 Ellebrecht CT et al. (Ellebrecht et al., 2016) показаха, че химерните антигенни рецепторни Т клетки (CAR-T клетки) могат да бъдат модифицирани, за да търсят и убиват самореактивни В клетки, което може да осигури специфично насочване на автореактивни В клетки при антитяло-медиирано автоимунно заболяване и в крайна сметка да помогне за идентифицирането на потенциални терапии.

В наши дни пресечната точка на прецизната медицина и изкуствения интелект (особено машинното обучение и алгоритмите за задълбочено обучение) е популярна област в медицинските изследвания на автоимунни заболявания. Целта е да се уловят по-добре индивидуалните вариации в гените, функцията и околната среда, за да се изградят и оптимизират диагностични, терапевтични и прогностични пътища (Jameson и Longo, 2015). Това може да доведе до нов шанс за персонализиране на терапиите специално за пациенти с автоимунни заболявания, особено тези с редки автоимунни заболявания, за да се постигне ефективно лечение (Subramanian et al., 2020). Междувременно етичните и правни въпроси, свързани със здравеопазването, управлявано от изкуствен интелект, набират сила в обществото и провокират дискусия (Amann et al., 2020).

Генетични компоненти, лежащи в основата на вродени имунни аномалии при автоимунни заболявания

Автореактивните имунни отговори са основната патогенна движеща сила при автоимунните заболявания. Въпреки че различните автоимунни заболявания се проявяват с драстично различни симптоми, някои често срещани генетични рискови фактори са в основата на имунните аномалии, свързани с автоимунитета (Cho and Feldman, 2015). В следващите три глави, въз основа на знанията, получени от изследвания на човешката генетика като GWAS, ние обсъждаме правдоподобните фактори и пътища, които могат да участват в анормално активиране на имунната система. Първата част на тази глава обсъжда накратко рисковите гени с очевидни връзки с вродените имунни функции, докато следващите две глави се фокусират върху свързаните с Т-клетките имунни аномалии и патогенни фактори в сигнализирането на TNF. В допълнение, във втората и третата част на тази глава, ние разширяваме дискусията за рисковите гени, чиито връзки с автоимунитета може да не изглеждат толкова очевидни на пръв поглед, илюстрирани от тези гени и пътища, най-известни с ролята си в развитието и метаболитните процеси .

Гени за чувствителност към автоимунни заболявания с добре характеризирани функции във вродения имунитет Рискови гени в процеса на представяне на антигена

В хомеостазата DCs са основният индуктор на периферна толерантност за хуморален имунитет, при който толерогенните DC индуцират изчерпване или енергия в автореактивни Т клетки и също така поляризират Т клетките в регулаторни Т клетки (Iberg et al., 2017). Докато, при активиране на автоимунитета, заобиколеният периферен толеранс може да е резултат от генетичните рискови варианти в пътищата на представяне на антигена и/или хипер-активиране на Т клетки (Theofilopoulos et al., 2017). При обширни изследвания HLA рисковите варианти при автоимунни заболявания са свързани с анормалния антиген, представен от DC, и могат да бъдат включени и не-HLA рискови фактори. Свързаните с автоимунни заболявания полиморфизми в ERAP1 и ERAP2 локусите са свързани с неподходящо антигенно представяне, в резултат на нарушеното подрязване на антигенния пептид от ERAP1/2 кодирани ензими за MHC-I представяне. Освен това хиперпролиферацията на Т клетките и възпалителната поляризация могат да бъдат генетично повлияни от рискови алели, причиняващи автоимунни заболявания, като PTPN22 за TCR сигнализиране, IL12A и STAT4 за Th1 поляризация от IL-12 и IL23R за IL{{ 19}} медиирана Th17 поляризация.

Патогенно взаимодействие между плазмоцитоидни DCs (pDCs) и неутрофили

Една характеристика на подгрупа от автоимунни заболявания, представени от SLE, е увеличаването на pDCs в кръвообращението и в засегнатите от заболяване тъкани, като бъбреците (Coutant and Miossec, 2016). pDC са професионални клетки, произвеждащи интерферон тип I (IFN), които играят съществена роля в антивирусния вроден имунен отговор. При състояния, свързани със SLE, натрупаните pDCs в кръвообращението и локалните лезионни тъкани насърчават възпалението и производството на автоантитела, до голяма степен зависими от тип I IFN (Soni и Reizis, 2019). В патогенезата на SLE, опустошителната предна верига се медиира от неутрофили, pDCs и B клетки. Във възпалителни среди, като например бъбречните тъкани на пациенти със SLE, неутрофилите се набират и активират от възпалителни цитокини, като IL-8 и IL-17 (Fresneda Alarcon et al., 2021). При активиране неутрофилите могат да претърпят суицидна клетъчна смърт, NETosis, която освобождава съдържанието на ДНК от неутрофилния извънклетъчен капан (NET). NET структурата съдържа ядрена ДНК и окислена митохондриална ДНК, като и двете са мощни TLR9 агонисти и авто-антигени за производство на IFN от тип I в pDCs и съответно за производство на автоантитела в В клетки (Soni и Reizis, 2019). При такава pDC-медиирана интерферонопатия, множество сигнални компоненти са генетично предварително депозирани в предразположени към заболяване състояния (Mohan and Putterman, 2015). Първо, полиморфизмът в гените, свързани с компонентите на сигналния път на TLR, е идентифициран при автоимунни заболявания, като IRAK1 и IRF5. За предразположено TLR сигнализиране в патогенезата на SLE, което води до производство на тип I IFN в pDC, се счита за основен играч, а кръстосаното смущаване между TLR7/9 сигнализирането и активирането на В клетки също се предполага в насърчаването на плазмени клетки, произвеждащи автоантитела (Suthers и Сарантопулос, 2017). Някои генни локуси за сигнални регулатори също са идентифицирани като рискови алели, като TNFAIP3 и TNIP3 за NF-кВ сигнализиране, които допринасят за възпалителните фенотипове в миелоидните клетки. Второ, анормалното сигнализиране на IFN тип I може също да бъде генетично запечатано при пациенти с автоимунно заболяване, където гените, кодиращи рецептора на IFN тип I и сигнализиращата каскадна киназа надолу по веригата, IFNAR1 и TYK2, са идентифицирани с полиморфизъм, свързан с автоимунно заболяване. За разлика от SLE, функцията на pDC при други автоимунни заболявания е по-слабо характеризирана и по-рядко споделяната pDC-медиирана патогенеза се подразбира сред различни заболявания. Подобно на SLE, при миши модели за диабет тип I е доказано, че pDC насърчава прогресията на заболяването чрез производство на IFN тип I (Reizis, 2019). Въпреки че са описани толерогенни pDC фенотипове в синовиума и периферията на пациенти с RA (Cooles et al., 2018; Kavousanaki et al., 2010; Takakubo et al., 2008) и тази защитна роля се подкрепя от влошените болестни състояния с Изчерпване на pDC в миши модел на артрит (Jongbloed et al., 2009).

Възпаление, медиирано от моноцити и макрофаги

Централната роля на макрофагите и моноцитите при възпаление на тъканите, свързано с автоимунно заболяване, се подкрепя от успеха на терапевтичните интервенции, насочени към възпалителни цитокини, продуцирани от моноцити и макрофаги (Conigliaro et al., 2019). Като цяло възпалителните макрофаги и моноцити се считат за ефекторни клетки за свързано с болестта тъканно възпаление (Navegantes et al., 2017). С функционална дисекция за често представени рискови алели при различни автоимунни заболявания, генетично предварително депозираните патогенни пътища в макрофагите и моноцитите са разкрити. При такива възпалителни реакции миелоидните клетки, по-специално получените от моноцити макрофаги, са централният възел за усещане на провъзпалителните среди, водещи до производство на възпалителни медиатори и допълнително свързване на локалното адаптивно имунно активиране чрез благоприятстване на диференциацията на патогенния CD{{7} } Т клетки и плазмени клетки, секретиращи автоантитела (Tsokos, 2020; Weyand and Goronzy, 2021).

Индуцираните от имунен комплекс възпалителни отговори във възпалените тъкани се проявяват универсално чрез активиране на Fc рецепторно сигнализиране и активиране на пътя на комплемента в миелоидните клетки, а антикомплементната терапия и блокадата на Fc рецептора показват обещаваща клинична ефикасност при пациенти с RA и SLE (Galindo-Izquierdo и Паблос Алварес, 2021; Zuercher и др., 2019). Генетичните варианти в пътищата на комплемента и Fc рецептора също са свързани с автоимунни заболявания (Theofilopoulos et al., 2017). По-специално, полиморфизмите в локусите ITGAM и FCGR2B са свързани с нарушена негативна регулация на възпаление, предизвикано от имунен комплекс. ITGAM кодира CD11b, известен също като рецептор на комплемента CR3, за медииране на зависима от комплемента фагоцитоза за имунен комплекс и апоптотични клетки, а C3b активира CR3, за да индуцира производството на противовъзпалителни цитокини в макрофагите. За полиморфизъм в FCGR2B локуса, нарушената функция на Fc RIIB-медиирана репресия върху Fc рецепторното сигнализиране може да доведе до прекомерно възпалително активиране на миелоидни клетки от имунния комплекс. По този начин, натрупването на имунен комплекс и клетъчни остатъци и хипер-възпалителното активиране на макрофагите надолу по веригата в тъканите на локалните лезии са генетично предварително депозирани в автоимунни заболявания за насърчаване на патогенезата. Като се има предвид генеричността на натрупването на имунен комплекс, представено в настройките на автоимунно заболяване, такова анормално активирано Fc рецепторно сигнализиране и комплементни пътища се считат за терапевтично насочени с широки ефекти при различни заболявания.

Въпреки че споделените генетични рискови фактори и възпалителни миелоидни клетки могат да бъдат наблюдавани при различни автоимунни заболявания, реакцията на различни пациенти с автоимунни заболявания към миелоидно-насочената терапия може да бъде напълно различна. За анти-GM-CSF терапия пациентите с RA получават забележим контрол на заболяването от терапията, но болестните състояния се влошават от анти-GM-CSF интервенция при пациенти със SLE (Lotfi et al., 2019). Механизмът, лежащ в основата на тази разлика, все още е неясен, но предполага, че миелоидните клетки, получаващи GM-CSF сигнализация при пациенти със СЛЕ, могат да бъдат защитни. Този практически въпрос предполага, че признаването на хетерогенността на възпалителните състояния помага за развитието на противовъзпалителна терапия чрез насочване към критичните възпалителни медиатори в специфични болестни условия. Макрофагите и моноцитите могат да бъдат свръхактивирани от множество възпалителни стимули при автоимунни заболявания, което допълнително води до системно възпаление, наречено синдром на активиране на макрофаги (Crayne et al., 2019). Такова системно възпаление, медиирано от макрофаги и моноцити, може да развие глобални симптоми и дори да бъде животозастрашаващо. Синдром на активиране на макрофаги може да се наблюдава при системен ювенилен идиопатичен артрит (sJIA), където провъзпалителните фенотипове са представени в периферията, тъй като кръвните моноцити на пациентите произвеждат набор от възпалителни цитокини, като TNF, IL-6, IL-1 . При такова хипервъзпалително активиране на макрофаги, нерегулираните възпалителни пътища във вродения имунитет могат да бъдат резултат от генетични варианти, като IRF5 за тип I IFN сигнализиране, NLRC4 за IL-1 -продуциращ възпалителни пътища и TNFAIP3 за NF-κB сигнализиране ( Шулерт и Крон, 2020 г.).

Notch сигнализирането е генетично свързано с автоимунни заболявания

Както бе споменато по-рано, генетичните рискови фактори, свързани със самопоносимостта и възпалителните пътища, допринасят за автоимунни заболявания. Междувременно, генетични варианти, които не могат да бъдат директно приведени в съответствие с аномалии на имунните отговори, се анотират функционално с натрупването на знания (Фигура 2), в рамките на които ще обсъдим патологичните процеси, участващи от сигнализирането на Notch и митохондриално-центричния метаболизъм, два пътя с генетично значение към автоимунни заболявания. Notch сигнализирането е един от основните пътища за развитие на ембрионални тъкани и органи, след което Notch сигнализирането също поддържа локална хомеостаза в различни тъкани. При бозайниците са идентифицирани четири Notch сигнални рецептора (Notch1–4) и пет Notch лиганда. При активиране от Notch лиганди, рецепторът протеолитично освобождава вътреклетъчния домен на Notch (NICD) и регулира генната експресия чрез взаимодействие с RBPJ, който е централният регулатор на ядрената транскрипция в каноничния сигнален път на Notch. Notch сигнализирането е широко свързано с имунната система, където Notch сигнализирането участва в развитието на имунните клетки както в лимфоидните, така и в миелоидните линии и също така регулира функцията на крайно диференцираните имунни клетки за фина настройка на имунните отговори в хомеостазата и болестните състояния (Vanderbeck и Майлард, 2021). В последните проучвания натрупването на доказателства за патогенезата, свързана с Notch сигнализацията при множество автоимунни заболявания, предполага, че насочването към пътища, свързани с Notch, би било обещаваща терапевтична интервенция. Следователно, обобщение на текущите познания за регулирането на патогенезата, особено на възпалителните реакции, при автоимунни заболявания по пътя на Notch е информативно и проницателно за дизайна на терапията.

Три от четири генни локуса на Notch рецептор са идентифицирани като рискови алели при автоимунни заболявания (Таблица 1). В допълнение, генният локус на RBPJ е идентифициран като рисков алел за RA, а локусите на DLL1 и DLL4 са идентифицирани като рискови алели при SLE, множествена склероза и диабет тип I (Таблица 1). По този начин, нерегулираното сигнализиране на Notch е генетично заложено в автоимунни заболявания. Тук ще обсъдим свързаната с Notch регулация по време на патогенезата на RA и SLE, две автоимунни заболявания, свързани с рискови варианти в Notch рецептори, лиганди и RBPJ локуси с високо разпространение и широко внимание.

Фигура 2 Функционална категория на генетични компоненти, лежащи в основата на автоимунни заболявания

Повишеното Notch сигнализиране допринася за патогенезата на RA

При пациенти с ревматоиден артрит е установено активиране на Notch рецептор както в имунни, така и в неимунни клетки. В лимфоидната линия, активирането на Notch1 е идентифицирано в синовиалните Т клетки (Yabe et al., 2005), а периферните Т клетки на пациенти с активен RA показват повишена експресия на Notch2, 3, 4 и Notch сигнализиращо активиране (Jiao et al., 2010). При мишки, имунизирани с колаген II, Notch сигналът се активира в синовиума и RA-подобните прояви се облекчават при инхибиране на сигнализирането на Notch от инхибитори на -секретазата (Choi et al., 2018; Jiao et al., 2014; Jiao et al. , 2011; Park et al., 2015). В повечето от тези проучвания промененото съотношение Th1/Th17 към Treg от сигналния път на Notch беше предложено за прогресивни резултати от заболяването при миши модели (Choi et al., 2018; Jiao et al., 2014; Jiao et al., 2011) , където Notch3 и DLL1 насърчават както Th1, така и Th17 експанзията (Jiao et al., 2011), DLL3 насърчава Th17 експанзията (Jiao et al., 2014), а Notch1 потиска популацията на Treg (Choi et al., 2018). Въпреки това, контекстно-зависимата сигнална функция Notch, представена от различни проучвания, може да бъде резултат от вариации между различни експериментални системи. Въпреки че насърчаването на разширяването на Th17 от DLL1 е показано от Jiao et al. чрез третиране с DLL1 на ин витро мононуклеарни клетки на далака (Jiao et al., 2011), в друго проучване DLL1 не успя да насърчи разширяването на Th17 (Jiao et al., 2014). Следователно, докато благоприятните ефекти от блокирането на сигнализирането на Notch са последователни в миши модели на RA заболяване, подробният механизъм, особено специфичните приноси от всеки Notch рецептор и лиганд, остава да бъдат изяснени. Специфични за линия нокаут мишки за Notch рецептори и лиганди трябва да бъдат полезни за специфична оценка на сигналната функция на Notch в Т-клетъчно-медиирана RA патогенеза.

Активиране на сигнализиране на Notch се наблюдава също в миелоидни клетки както при пациенти с RA, така и при миши модели на заболяване от RA (Sekine et al., 2012; Sun et al., 2017). Както се споменава в патогенезата на RA, миелоидните клетки, по-специално моноцитите и клетките, получени от моноцити, могат да функционират като макрофаги или остеокласти за насърчаване на възпаление и костна ерозия. Докато Notch сигнализирането наистина участва и в двете части, модулирайки поляризацията на макрофагите и диференциацията на остеокластите. Notch сигнализирането насърчава възпалителната поляризация на макрофагите при различни условия (Shang et al., 2016). Въпреки това, провъзпалителната функция на сигнализирането на Notch в макрофагите е много по-слабо характеризирана при възпаление, свързано с RA. Наистина, глобалното инхибиране на notch сигнализирането води до обратен хипервъзпалителен фенотип в макрофагите в миши модел на RA заболяване (Sun et al., 2017). Както е обсъдено във функцията на Notch в RA Т клетките, също така е важно да се изследва специфичният принос на двойките Notch рецептор-лиганд в макрофагите към възпалителния отговор в патогенезата на RA. За остеокластогенезата е показано, че сигнализирането на Notch регулира както положително, така и отрицателно диференциацията на остеокластите (Shang et al., 2016), което може да е резултат или от различно рецепторно-лигандно Notch сигнализиращо активиране, или от вариациите в различни експериментални системи. Всъщност може да се предположи, че регулацията от различни двойки Notch рецептор-лиганд в свързаната с RA остеокластогенеза е хипотетична, тъй като предишно проучване показва, че Notch2/DLL1 насърчава, но Notch1/Jagged1 потиска развитието на остеокластите при унифицирана експериментална система (Sekine et al., 2012). ). Notch сигнализирането също играе важна роля в медиираната от синовиалните фибробласти RA патогенеза. Патогенезата, допринесла от Notch-медиирани патогенни фибробласти, е относително добре документирана, тъй като повечето открития са получени от проби от пациенти и са втвърдени от добре контролирана in vitro система. Първо, активирането на Notch в синовиалния фибробласт е идентифицирано в синовиума на пациенти с RA (Ando et al., 2003; Ishii et al., 2001; Nakazawa et al., 2001a; Nakazawa et al., 2001b; Wei et al., 2020 ; Yabe et al., 2005). В допълнение, активираната Notch сигнализация се индуцира от възпалителни среди, като прекомерен TNF и хипоксия (Ando et al., 2003; Gao et al., 2015; Gao et al., 2012; Jiao et al., 2012; Nakazawa et al. ., 2001a; Nakazawa et al., 2001b). Инхибирането на активирането на Notch от инхибитор на -секретаза не само облекчава индуцираната от възпаление пролиферация на фибробласти, но също така намалява производството на възпалителни цитокини, като IL-6 (Jiao et al., 2012; Nakazawa et al., 2001a). За специфични механизми Notch1 сигнализирането е функционално замесено във възпалителни RA фибробласти (Gao et al., 2015; Nakazawa et al., 2001a; Nakazawa et al., 2001b), а Notch3 сигнализирането е идентифицирано наскоро, за да медиира патогенното разширяване на THY1-експресиращи RA фибробласти (Wei et al., 2020). Предвид успешните опити в експериментални животински модели, сигналният път на Notch може да представлява обещаваща терапевтична цел на RA. Докато подробният механизъм, особено регулираният от Notch сигнализиране Th1/Th17 отговор в патогенезата на RA, все още трябва да бъде допълнително проучен. Освен това, за по-добър дизайн на терапията, оценката на патогенезата на RA, която се медиира от различни Notch рецептори или лиганди, трябва да се извърши изчерпателно, както се вижда от само умерено облекчаване на заболяването чрез блокиране на Notch1 в сравнение с блокадата на Notch3 при K/BxN мишки, предаващи серум на RA мишка модел (Wei et al., 2020).

Таблица 1 Резюме на Notch рецепторите, лигандите и свързаните с RBPJ рискови алели, идентифицирани от проучвания на GWAS при автоимунни заболявания

Нерегулираната Notch сигнализация е свързана с патологии на SLE

При пациенти със СЛЕ се наблюдава повишена регулация на сигнализирането на Notch в локално увредени бъбречни тъкани. По-конкретно, експресията на Notch3 се регулира нагоре в бъбречните тъкани на пациенти с лупусен нефрит в сравнение със здрави индивиди (Breitkopf et al., 2020). Освен това, активирането на сигнализирането на Notch в бъбречните тъкани с лупусен нефрит се доказва от разцепването на Notch1 и Notch2 и ядрената локализация на Notch1 и Notch3 в подоцитите (Lasagni et al., 2010; Murea et al., 2010). В допълнение към пациентите, експерименталният миши модел, показващ лупус-подобни синдроми, също показва променено сигнализиране на Notch в бъбречните тъкани (Breitkopf et al., 2020; Lemos et al., 2019; Zhang et al., 2010). Въпреки че глобалното инхибиране на сигнализирането на Notch облекчава увреждането на бъбречните тъкани и производството на автоантитела в модел на мишка с лупус (Teachey et al., 2008; Zhang et al., 2010), приносът на сигнализирането на Notch в специфични типове клетки към патогенезата на SLE е все още в процес на оценка. От една страна, Notch сигнализирането е необходимо за монтиране на адекватен Th1 отговор по време на Т-клетъчно активиране, а Th17 диференциацията също е значително доказана, че зависи от Notch сигнализирането (Tindemans et al., 2017). От друга страна, Treg клетките могат да бъдат отрицателно регулирани от Notch сигнализиране в миши модели за автоимунни заболявания (Tindemans et al., 2017). Както бе споменато в обстановката за заболяването на RA, провъзпалителната роля на Notch сигнализирането в Т-клетъчния отговор може да бъде екстраполирана от настоящите познания, че повишаването на Notch сигнализирането в RA Т клетките обяснява усиления Th1 и Th17, но понижен Treg отговор. При пациенти със СЛЕ Notch сигнализирането в Т клетките е нерегулирано в противоположни посоки между локално увредените тъкани и периферната кръв. За разлика от повишената регулация на Notch сигнализирането в увредените бъбречни тъкани (Breitkopf et al., 2020), доказателствата, показващи намалено Notch сигнализиране в периферните Т клетки, бяха събрани, тъй като, първо, експресията на починал Notch1 в Т клетките на пациенти със SLE се медиира от cAMP-отзивчив елементен модулатор (CREM), свързан с потискаща епигенетична регулация (Rauen et al., 2012); второ, активирането на сигнализирането на Notch може също да бъде понижено в Т-клетките на пациенти със СЛЕ чрез интерферирано от разтворим CD46 взаимодействие между Jagged1 и Notch рецептора (Ellinghaus et al., 2017). Въпреки че инхибирането на сигнализирането на Notch с инхибитор на -секретаза при предразположени към лупус мишки значително облекчава свързаното с лупус производство на автоантитела, нефрит и локално възпаление, медиираният от сигнализирането на Notch Т клетъчен отговор изглежда играе защитна роля при прогресирането на SLE заболяването. При пациенти със SLE и lpr мишки, свързаният със заболяването гуанидинилиран YB-1 функционира като лиганд за Notch3, за да медиира мощно активирането на Notch в бъбречните тъкани и да насърчава производството на IL-10 в Т клетки чрез Notch3 (Breitkopf et al. , 2020 г.). По подобен начин, в SLE периферна кръв, интерферираното активиране на Notch от разтворим CD46 възпрепятства превключването на IFN- + Th1 клетки към IL-10, произвеждащи IFN- + Th1 клетки (Ellinghaus et al., 2017), които са наречени като Tr1 клетки и играят роля в периферния имунен толеранс (Pot et al., 2011). Междувременно, ефекторните Т клетки при пациенти със SLE са резистентни към супресивната регулация от Treg (Vargas-Rojas et al., 2008; Venigalla et al., 2008). Механично, активирането на Notch в ефекторните Т клетки потенцира получаването на TGF-сигнализиране от Treg, за да медиира имунната толерантност (Grazioli et al., 2017). По този начин, заобикалянето на потискането от Treg в SLE Т клетки е много възможно да се припише на намалено Notchcoopted TGF-сигнализиране. Като се има предвид решаващата роля на Treg в имунната толерантност, количествените и качествени дефекти в Treg също са идентифицирани при пациенти със SLE (Valencia et al., 2007; Vargas Rojas et al., 2008). След това, може ли намалената активност на Notch в Т клетките да допринесе за дисфункционален Treg отговор и при пациенти със СЛЕ? Понастоящем проучванията чрез специфично манипулиране на Notch сигнализирането в миши Treg клетки предполагат потискащата функция на Notch сигнализирането при поддържане на Treg или функция в настройки, свързани с автоимунни заболявания (Charbonnier et al., 2015; Rong et al., 2016). Въпреки това, свързаната с Notch регулация в развитието и функцията на Treg е доста сложна, илюстрирана от противоречивите заключения относно медиираната от Notch експресия на FOXP3, направени от проучвания с различни експериментални системи, и резултатът от активирането на Notch по време на разработването и поддръжката на Treg зависи от контекста , различните комбинации от двойки Notch рецептор-лиганд, различни типове Treg клетки и специфични тъканни среди, което е изчерпателно прегледано от Paola G. et al. (Grazioli et al., 2017). За Treg при пациенти със SLE, ниската експресия на CD25 е друг свързан с болестта Treg дефект, който може да бъде свързан с сигнализирането на Notch (Horwitz, 2010). Въпреки че генният локус на IL2RA (CD25) е идентифициран като един от рисковите алели за SLE, такава генетична мутация едва би могла да обясни ниската експресия на CD25 в SLE Т клетки в покой (Costa et al., 2017). Интересно е, че сигнализирането на Notch може да поддържа експресията на CD25 в Т клетките (Adler et al., 2003), което прави възможно понижаването на сигнализирането на Notch да доведе до дефект на експресията на CD25 в Т клетките на пациенти със SLE. Следователно, намалената активност на Notch в Т-клетките на пациенти със SLE може да се предположи като една от причините за дефекти в Treg, а по-нататъшната дисекция на Notch сигнализирането в SLE Treg клетките би била информативна за разработване на регулирания от notch Treg отговор по време на SLE патогенезата .

Според директното характеризиране на сигнализирането на Notch в бъбречните тъкани на пациенти със СЛЕ, активирането на сигнализирането на Notch е доказано чрез повишено разцепване на Notch1 и Notch2 и повишена експресия на Jagged1 в гломерула (Murea et al., 2010) и повишени ядрени Notch1 и Notch3 в PDX+ подоцити и повишен ядрен Notch3 в CD24+ бъбречни подоцитни прогениторни клетки в бъбречните тъкани на пациенти със СЛЕ (Lasagni et al., 2010). Освен това, тежестта на гломерулосклерозата е тясно свързана с увеличаването на разцепения Notch1 в подоцитите (Murea et al., 2010). Подоцитите са основният структурен компонент на гломерула и лупусният нефрит проявява загуба на подоцити. Патологично, Notch сигнализирането допринася за загубата на подоцити по време на патогенна конверсия в бъбречните тъкани чрез регулиране на регенерацията на подоцити. За подробни механизми, човешките подоцитни прогениторни клетки бяха изолирани и култивирани, за да се диференцират в подоцити in vitro, и понижаването на Notch сигнализирането е свързано със спирането на G2/M клетъчния цикъл по време на диференциация (Lasagni et al., 2010). Въпреки че налагането на Notch сигнализиращо активиране чрез свръхекспресиране на Notch3-NICD в подоцитни прогениторни клетки насърчава експресията на подоцитни маркерни гени, прогениторните клетки бяха избутани през контролната точка на клетъчния цикъл чрез активирано Notch сигнализиране, което допълнително доведе до клетъчна смърт на подоцитите чрез дефектна митоза (Lasagni et al., 2010). В допълнение към лупусния нефрит, други нефропатични модели при мишки също показват, че Notch сигнализиращото активиране, по-специално Notch1 и Notch3, в подоцитите води до загуба на подоцити, увреждане на бъбречната тъкан и нарушена бъбречна функция (Asanuma et al., 2017). Въпреки това, активирането на Notch2 в подоцитите изглежда функционира като защитна верига за обратна връзка за ограничаване на клетъчната смърт (Asanuma et al., 2017). Като се има предвид повишеното активиране на Notch2 в подоцитите на пациенти със СЛЕ (Murea et al., 2010), глобалното инхибиране на сигнализирането на Notch от инхибитор на -секретаза може нежелано да доведе до дисфункция на такъв присъщ защитен път. За разлика от цялостния патогенен ефект на повишено регулиране на Notch сигнализирането при болестни състояния, свързани с RA, смущенията на Notch сигнализирането при пациенти със SLE медиират различни регулации за прогресиране на заболяването по контекстно-зависими начини. Следователно, насочването към Notch сигнализиране за терапевтични цели с глобално инхибиране за активиране е нежелателно (Grosveld, 2009) и се очаква интервенция със специфичност за Notch сигнализиране при SLE терапия. Трябва да се отбележи, че експресията на DLL4 в DCs се регулира нагоре при възпалителни състояния както при хора, така и при мишки, и DLL4 в DC може да активира Notch сигнализирането в Т клетките, за да индуцира Th1 и Th17 отговори, което предполага потенциалната терапевтична стратегия чрез насочване към DLL4 за обръщане на Th1/ Th17 доминиращ възпалителен отговор (Meng et al., 2016). Освен това, разширяването на тимусните DCs чрез DLL4 блокада насърчава диференциацията на Treg (Billiard et al., 2012) и инактивирането на DLL4-медиирано Notch сигнализиране в миши модели с автоимунни заболявания води до ремисия на заболяването и по-малко възпалителен Т-клетъчен отговор ( Billiard et al., 2012; Reynolds et al., 2011). Както по-горе, не само генетичната асоциация, но дисрегулацията на сигнализирането на Notch при автоимунни заболявания води до прогресия на заболяването при автоимунни заболявания. Като се има предвид, че рецепторите, лигандите и дори критичните ензими в Notch сигнализирането са обещаващи лекарствени цели, по-нататъшни транслационни изследвания, насочени към контекстно-зависимата регулация от Notch, особено за Т клетките при автоимунни заболявания, изискват подробна оценка за специфичните двойки Notch рецептор-лиганд, които допринасят за дисбалансирания Th1/Th17 автоимунен отговор. Не на последно място, действителните генетични ефекти върху Notch сигнализирането все още са до голяма степен неизвестни при автоимунните заболявания. По-голямата част от идентифицираните генетични варианти, приравнени към Notch сигнализацията, са разпределени в некодиращи региони (Таблица 1), което предполага, че тези генетични варианти медиират транскрипционната регулация чрез ДНК регулаторни елементи, но не пречат на транслацията. Следователно, действителната положителна или отрицателна регулация на сигнализирането на Notch трябва да бъде допълнително оценена с усъвършенствани методологии, като редактиране на генома, въведено от системата CRISPR-Cas, и специфичната за клетъчния тип регулация също трябва да се вземе предвид по време на оценката (Stewart et al. , 2020 г.).

Митохондриално-центрични гени, свързани с метаболизма в автоимунитета

Сред стотици рискови локуси, идентифицирани при автоимунни заболявания, има гени, свързани с митохондриалната функция и клетъчния метаболизъм. Например, C4orf52 в RA и CMC1 в AS кодират компонентите на митохондриалната транслационна регулаторна сглобка междинен продукт на цитохром с оксидаза (MITRAC) (Ellinghaus et al., 2016; Okada et al., 2014; Timón-Gómez et al., 2018 ). Такива SNPs предполагат нерегулиран електронен транспорт във вътрешната мембрана на митохондриите и последваща митохондриална хиперполяризация и нарушен синтез на АТФ може да доведе до производство на ROS, превключване на метаболитни програми и уязвимост към индуцирана от възпаление клетъчна смърт (McGarry et al., 2018). За да обсъдим патогенната роля на неправилното функциониране на митохондриите при автоимунни заболявания, ние ще се съсредоточим върху производството на ROS, ориентирано към митохондриите, и метаболитни смущения по време на прогресията на заболяването и свързаната с метаболизма регулация на възпалителния отговор при автоимунитет, като патологични процеси, свързани с RA и SLE. При много възпалителни състояния натрупването на ROS води до оксидативен стрес. Като цяло ROS се счита за провъзпалителен медиатор, който изостря възпалението чрез множество паралелни механизми. Първо, ROS може да насърчи активирането на възпалителни сигнални пътища, като TNF-индуцирано NF-кВ активиране (Blaser et al., 2016). Второ, ROS може активно да медиира окисляването на клетъчното съдържание, включително неутрофилна митохондриална ДНК, която има голям принос за производството на IFN тип I в SLE pDCs (Caielli et al., 2016; Lood et al., 2016). Трето, дисфункционалните митохондрии при оксидативен стрес са свързани с препрограмирани метаболитни профили на имунните клетки в условия на заболяване, които взаимодействат тясно с локалните възпалителни среди и модулират възпалителните фенотипове на имунните клетки (Huang and Perl, 2018). Предвид натрупването на доказателства за регулирано от метаболитния път възпаление при автоимунни заболявания, насочването към препрограмирани метаболитни профили се счита за една от обещаващите терапевтични стратегии за лечение на автоимунни заболявания.

Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система

Гликолиза, окислително фосфорилиране и ROS в RA и SLE Т клетки

Въпреки че метаболизмът на глюкозата е един от основните източници на енергия по време на имунния отговор, следните метаболитни процеси са разнообразни, отнасящи се до гликолиза, окислително фосфорилиране и пентозофосфатен път. Гликолизата (или аеробната гликолиза) и окислителното фосфорилиране произвеждат АТФ за захранване на имунния отговор, но два пътя са поляризирани в две посоки, за да управляват различните възпалителни фенотипове на имунните клетки (O'Neill et al., 2016). В повечето случаи повишената гликолиза е свързана с възпалителни имунни клетки, а повишеното окислително фосфорилиране е свързано с противовъзпалителни или невъзпалителни фенотипове. В Т клетките асоциациите между метаболитния статус и функцията на Т клетките в различни подгрупи или различни състояния на активиране са широко проучени (Saravia et al., 2020). Накратко, Th1 и Th17 клетките, характеризиращи се с гликолиза, също изискват гликолитичен път за диференциация, а експресията на FOXP3 в Treg клетки координира програмирането на високо митохондриално окисление и нисък метаболизъм на гликолиза. При пациенти със SLE Т клетките показват повишен глюкозен метаболизъм в сравнение с Т клетките от здрави индивиди (Doherty et al., 2014; Yin et al., 2015). Поглъщането на глюкоза се медиира от глюкозни транспортери и най-добре проученият глюкозен транспортер, GLUT1, е силно експресиран в SLE Т клетки (Koga et al., 2019). Интересно е, че мишките, свръхекспресиращи GLUT1, развиват фенотипове, подобни на лупус (Jacobs et al., 2008), като производство на автоантитела и отлагане на имунен комплекс в бъбречните тъкани, което предполага патогенната роля на повишения метаболизъм на глюкозата. Междувременно както повишеното окислително фосфорилиране, така и повишената скорост на гликолиза са наблюдавани в SLE Т клетки (Doherty et al., 2014; Yin et al., 2015), но такъв повишен глюкозен метаболизъм не успява да генерира АТФ и води до лишаване от АТФ състояние в SLE Т клетки, което е част от видния оксидативен стрес в патогенезата на SLE, че хиперполяризацията на митохондриите отчита провала на генерирането на ATP и насърчава производството на ROS (Perl, 2013). Освен това, натрупването на ROS може също да е резултат от нарушена ROS-неутрализираща система, антиоксидант-глутатион и NADPH от пентозофосфатния път при пациенти със SLE (Gergely et al., 2002; Perl et al., 2015). По този начин повишената гликолиза може да насърчи Th1 или Th17 диференциация при пациенти със SLE въз основа на предишни открития. Освен това, оксидативният стрес, проявен чрез натрупването на ROS, може също да допринесе за променени Т-клетъчни отговори, където повишеният оксидативен стрес е свързан с повишен Th1/Th17 отговор и прогресия на SLE заболяването (Scavuzzi et al., 2018). Темата за насърчаване на диференциацията на Th17 от ROS при различни автоимунни състояния беше обобщена по-рано (Peng et al., 2021). По този начин, с такава повишена гликолиза и редокс сигнализиране в SLE Т клетки, Th1/Th17 доминантен Т клетъчен отговор може да бъде получен от тези пренастроени метаболитни пътища. Т клетките при пациенти с RA също страдат от недостиг на АТФ, което може да е резултат от дефектна митохондриална биогенеза, причинена от дефицит на нуклеаза MRE11A в RA Т клетки (Li et al., 2016b; Li et al., 2019b). Друг механизъм за лишаване от АТФ е пренастройването на метаболизма на глюкозата в RA Т клетки. За разлика от засилената гликолиза в SLE Т клетките, RA Т клетките показват нисък профил на гликолитичен метаболизъм (Yang et al., 2013; Yang et al., 2016). Всъщност метаболизмът на глюкозата все още се използва от RA Т клетките, но гликолизата се превключва към пентозофосфатния път чрез недостатъчна експресия на гликолитичния ензим 6-фосфофрукто-2-киназа (PFKFB3) и регулиране на глюкозата{{43} }фосфат дехидрогеназа (G6PD) (Yang et al., 2013). Следователно, хиперпродукцията на NADPH от пентозофосфатния път неутрализира ROS в RA Т клетките и редокс-чувствителната киназа, атаксия телеангиектазия мутирана (ATM), остава неактивна по време на Т клетъчната пролиферация, което позволява на RA Т клетките да хиперпролиферират чрез заобикаляне контролната точка на G2/M клетъчния цикъл и допълнително се диференцират в Th1 и Th17 клетки (Yang et al., 2016). По този начин метаболизмът на глюкозата насърчава патогенезата на RA чрез медииран от пентозофосфатен път възпалителен Т-клетъчен отговор.

Метаболитна аномалия в други имунни клетки при автоимунитет

И в двете болестни състояния, свързани с RA и SLE, освен Т клетките, метаболитните характеристики на макрофагите и други имунни клетки са до голяма степен неизвестни. При възпалителна среда активираните макрофаги се адаптират към дисфункционалните митохондрии и насърчават гликолизата, за да се измери до достатъчно производство на АТФ (Kelly and O'Neill, 2015). Междувременно намалената скорост на окислително фосфорилиране ще накара метаболитите в цикъла на трикарбоксилната киселина (TCA) да се натрупват, което може да модулира възпалителната генна експресия, като например стабилизиран от сукцинат HIF1 за експресия на Il1b (Murphy and O'Neill, 2018). Макрофагите или моноцитите могат да претърпят подобно метаболитно препрограмиране при автоимунни заболявания. Например, в синовиума на RA не само обогатеният лактат предполага високо ниво на гликолиза в тъканите (Fujii et al., 2015; Haas et al., 2015; Kim et al., 2014), но и натрупването на междинни метаболити в TCA цикълът е очевиден и в синовиалните течности на RA (Kim et al., 2014). Въпреки предстоящия за определяне специфичен за макрофагите метаболитен профил в синовията на RA, се предполага, че автокринът или паракринът на сукцината медиират патогенното производство на IL-1 в синовиалните макрофаги на RA чрез експресиран от макрофаги сукцинатен рецептор, GRP91 (Littlewood-Evans и др., 2016). Следователно, метаболитното препрограмиране във възпалителни тъкани влияе дълбоко върху патогенната роля на макрофагите при автоимунни заболявания, причинени от вътрешните или външните метаболитни сигнали (Liang et al., 2020). По-нататъшното метаболитно характеризиране на макрофаги и други имунни клетки при автоимунни заболявания би било информативно за задълбочаване на разбирането ни за патогенните механизми, свързани с имунния метаболизъм.

Бъдеща перспектива: разбиране на автоимунитета на ниво една клетка

Едноклетъчното секвениране на нивата на експресия на иРНК за всяка отделна клетка при възпалителни състояния предоставя уникални възможности за дисекция на възпалителните фенотипове при автоимунни заболявания с безпрецедентна резолюция. Профилите на единична клетъчна експресия могат да помогнат при идентифицирането на специфични за заболяването клетъчни подмножества в тъкани на лезии и кръвообращение, както и екстраполиране на сложните междуклетъчни комуникационни мрежи. Един от успешните примери за изследване на патогенезата на автоимунно заболяване с scRNA-seq е в синовиалните тъкани на RA. През 2019 г. консорциумът Accelerating Medicines Partnership Rheumatoid Arthritis and Systemic Lupus Erythematosus (AMP RA/SLE) публикува своите многоцентрови изследвания на възпалителните характеристики на клетъчните компоненти в синовиалните тъкани на RA (Zhang et al., 2019a). Това проучване разкри неочакваните възпалителни фенотипове на локални имунни клетки и фибробласти, където HLA-DRAhi сублимиращите фибробласти, но не и моноцитите, са едни от основните IL6 експресиращи клетъчни типове в синовиалните тъкани на РА и CD8+ Т клетки, но не CD4+ Т клетки, са основният фактор за IFNG експресиращите клетки в RA синовиалните тъкани. Междувременно разширените THY1 (CD90)+ HLA-DRAhi сублимиращи фибробласти, IL1B+ провъзпалителни моноцити, ITGAX+ TBX21+ автоимунно-асоциирани В клетки и PDCD1+ периферни помощни Т клетки и фоликуларни помощни Т клетки бяха идентифицирани от scRNA-seq като RA-асоциирани клетъчни подгрупи в сравнение със синовиалните тъкани на пациенти с остеоартрит (Zhang et al., 2019a). Проницателните констатации за RA-асоциирани клетъчни подмножества не само затвърдиха идентифицираната преди това патогенна роля на периферните хелперни Т клетки в RA синовиума (Rao et al., 2017), но също така насочиха следващите проучвания, преследващи патогенезата на RA, медиирана от Notch-индуцирани сублимиращи фибробласти и патогенна HBEGF+ моноцитна подгрупа (Kuo et al., 2019; Wei et al., 2020). В това отношение, успешният опит на scRNA-seq анализ за RA синовиални тъкани може да бъде широко приложен към възпалителни тъкани при автоимунни заболявания и усъвършенствани биоинформатични инструменти могат да бъдат използвани за идентифициране на видните сигнални пътища, които потенциално участват във формирането и функционалността на клетъчни подмножества, свързани със заболяване (Armingol et al., 2021). През последните няколко години подгрупа от автоимунни заболявания беше анализирана чрез подхода на профилиране на едноклетъчна експресия (Baglaenko et al., 2021). Изследванията на отделни типове заболявания са постигнали известен успех, като идентифициране на свързани със заболяването подгрупи имунни клетки. Независимо от това, илюстрирането на генерични срещу специфични за болестта възпалителни фенотипове при различни автоимунни заболявания остава предизвикателство предвид трудността при интегрирането на отделни набори от данни от различни източници (Stuart and Satija, 2019). Друго обещаващо направление за анализ на данни за едноклетъчно секвениране е едноклетъчният имунен метаболизъм (Artyomov и Van den Bossche, 2020). При конвенционалното профилиране на метаболизма на имунните клетки, метаболитите се измерват в обемни клетъчни популации, което изисква голямо количество пречистени имунни клетки в определени типове. Въпреки това, ограниченият размер и количество тъканни проби изискват алтернативни експериментални стратегии за характеризиране на метаболитните характеристики на имунните клетки във възпалителни тъкани от пациенти с автоимунно заболяване. С успешното компилиране на метаболитни характеристики от данни за транскриптоми в имунни клетки, настоящите методологии за метаболитен анализ, базиран на транскриптоми, са разработени въз основа на анализи, базирани на пътя, или методи, базирани на анализ на баланса на потока (FBA), които се провеждат за оценка на специфични метаболитни пътища или съответно глобална характеристика на интерактивно свързани метаболитни мрежи (Artyomov и Van den Bossche, 2020). Вълнуващо, както анализът, базиран на пътя, така и анализът на баланса на потока са успешно приложени за изследвания, базирани на scRNA-seq, в свързания със заболяването имуномен метаболизъм (Miragaia et al., 2019; Wagner et al., 2021). Следователно, комбинирането на профили на едноклетъчна експресия и усъвършенствани инструменти за биоинформатика може да бъде мощен подход за дисекция на метаболитния статус на имунните клетки при автоимунни заболявания.

Генетични рискови фактори са идентифицирани при различни автоимунни заболявания, сред които някои генни локуси кодират компоненти на множество пътища със специфична функционалност в имунната система. Аномалиите в тези пътища са свързани с прекъсване на самопоносимостта и прекомерно възпаление, допринасящи за патогенезата, като HLA алели и ERAP1/2-свързано антигенно представяне и IFNAR1-свързан тип I IFN пътека. Междувременно някои генетични варианти не могат да бъдат директно приравнени към автоимунитет и възпаление. Пътищата зад тези варианти са функционално свързани с автоимунни заболявания с натрупване на знания, като сигнализиране на Notch и имунопатогенеза, свързана с метаболитен път. В бъдеще анотирането на вариантите с неизвестна функционалност в патологичните процеси ще осигури задълбочена дисекция на предразположени към заболявания състояния с терапевтични прозрения.