Генетика и патогенез системной красной волчанки и волчаночного нефрита
Автор: old.medach.pro

Chandra Mohan and Chaim Putterman 

Абстракт | Системная красная волчанка (СКВ) это мультисистемное аутоиммунное заболевание, которое проявляется в широком спектре эффектов, затрагивающих большинство органов, включая почки. Волчаночный нефрит развивается примерно у 40-70% пациентов с СКВ. В патогенезе волчаночного нефрита при СКВ задействованы гены, нарушающие механизмы иммунной толерантности и способствующие выработке аутоантител. Эти гены могут работать в совокупности с множеством генетических факторов, осуществляющих сигналлинг во врожденном иммунитете и продукцию ИФН-I, который в свою очередь способен запускать поток эффекторных лейкоцитов, воспалительных медиаторов и аутоантител в органы-мишени, такие как почки. Присутствие схожих антигенов в гломерулярном матриксе наряду с внутренними молекулярными аномалиями в собственных клетках почки может провоцировать прогрессию заболевания. В этом обзоре мы обсуждаем успехи в понимании молекулярно-генетических аспектов развития и ключевые патогенетические явления при СКВ и волчаночном нефрите. Мы создали классификацию генов, обнаруженных в исследованиях СКВ у человека, которая включает четыре звена патогенеза волчаночного нефрита. В основу четырех категорий нашей классификации легли типы клеток, в которых экспрессируются эти гены, а также зарождающиеся парадигмы патогенеза СКВ, происходящие от мышиных моделей. Понимание молекулярных основ СКВ и/или волчаночного нефрита у каждого пациента позволит врачам подобрать соответствующую терапию.

Ключевые моменты:

  • Некоторые гены, вовлеченные в развитие СКВ и волчаночного нефрита, могут играть роль в патогенезе заболевания, обуславливая срыв иммунной толерантности и усиливая выработку антител
  • Определенное число генов, ассоциированных с СКВ и/или волчаночным нефритом, могут усиливать сигналлинг системы врожденного иммунитета; прочие гены, ассоциированные с СКВ, регулируют молекулярные пути, ведущие к повреждению ткани почек
  • Гены, контролирующие доступность и удаление апоптотического материала и хроматина, также играют роль в развитии СКВ и волчаночного нефрита
  • Наличие антигенов гломерулярного матрикса, родственных ненормальным молекулам резидентных клеток почек, может осложнять течение волчаночного нефрита
  • Различная вовлеченность перечисленных механизмов у пациентов может объяснить наличие широкого спектра клинических фенотипов, наблюдаемых у пациентов с СКВ и волчаночным нефритом

Введение

Системная красная волчанка (СКВ) это хроническое аутоиммунное заболевание, которое затрагивает большинство органов и тканей. Клиническая картина изменяется от умеренной до тяжелой с периодами ремиссии и обострения, а прогноз заболевания непредсказуем. Волчаночный нефрит является тяжелым осложнением СКВ, который вносит существенный вклад в смертность от СКВ. Волчаночный нефрит развивается примерно у 40-70% пациентов с СКВ, точное число зависит от этнической группы, возраста и пола. Как системные, так и внтурипочечные события играют важную роль в патогенезе волчаночного нефрита. В развитие СКВ на системном уровне вносит вклад ветви как адаптивного, так и врожденного иммунитета. Со стороны адаптивной ветви преимущественно действуют два типа клеток: В-лимфоциты и Т-лимфоциты, - оба необходимы для развития СКВ.  В-клетки участвуют в патогенезе СКВ, производя аутоантитела (анти-ДНК и анти-нуклеосомные), а также цитокины. Т-клетки запускают системную и внутрипочечную активацию В-клеток. Важную роль в патогенезе СКВ играют субпопуляции Т-клеток, включая Т-хелперы 1 типа, Т-хелперы 17 и CD3+CD4-CD8- «двойные негативные» Т-хелперы. Роль врожденного иммунитета также существенна. На ранних стадиях заболевания дендритные и прочие миелоидные клетки продуцируют медиаторы, например, активирующий фактор В-клеток; эти явления приводят к активации адаптивной иммунной системы. Системная активация иммунитета приводит к генерации эффекторных Т-клеток и аутоантител, впоследствии работающих против собственных тканей и органов, таких как почки. Эти агенты в совокупности с многочисленными растворимыми факторами вызывают хроническое воспаление гломерулярного аппарата, канальцев и интерстиция почек. В то же время вклад клеток почек в патогенез волчаночного нефрита, в отличие от вклада системных лимфоцитов, мало изучен. Статьи, детально разбирающие системные и внутрипочечные события в патогенезе волчаночного нефрита, не являются фокусом этого обзора. Данный обзор представляет классификацию генов, вовлеченных в патогенез СКВ, согласно типу клеток их экспрессирующих с целью обнаружить ключевые факторы, ведущие к развитию волчаночного нефрита. Сперва мы даем введение в новые молекулярно-генетические методы определения генов-кандидатов и изучения их функций. Далее мы обсуждаем гены, участвующие в активации адаптивного и врожденного иммунитета, наряду с генами, запускающими внутрипочечные процессы, провоцирующие повреждение ткани. В заключение мы приводим потенциальные молекулы, которые регулируют количество доступного хроматина, оставшегося после апоптоза клеток. Так как молекулярные пути генов-кандидатов еще не изучены до конца, могут существовать альтернативные классификации и схемы, однако мы находим предложенную классификацию основой полезной для понимания генетического вклада в СКВ и волчаночный нефрит.
Таблица 1 Гены, отвечающие за подверженность человека развитию СКВ или волчаночного нефрита
Ген Ассоциация с СКВ Ассоциация с волчаночным нефритом
Лимфоцитарный сигналлинг
BANK1 Есть Нет данных
BLK Есть Есть
CD80 Есть Нет данных
CSK Есть Нет данных
ETS1 Есть Нет данных
HLA DR Есть Есть70,71
IL-10 Есть Нет данных
LYN Есть Нет данных
PP2A Есть Нет данных
PRDM1 (BLIMP1) Есть Нет данных
PRKCB Есть Нет данных
PTPN22 Есть Нет данных
RasGRP3 Есть Нет данных
STAT4 Есть Есть
TNFSF4 (OX40L) Есть Есть
Сигналлинг врожденного иммунитета
IFIH1 Есть Нет данных
IKZF1 Есть Есть
ILT3 Есть Нет данных
IRAK1 Есть Нет данных
IRF5 Есть Есть
IRF7 Есть Нет данных
IRF8 Есть Нет данных
TLR7 Есть Нет данных
TLR9 Есть Есть
TNFAIP3 (A20) Есть Есть
TNIP3 (ABIN3) Есть Есть
TYK2 Есть Нет данных
UBE2L3 Есть Нет данных
Внутри-почечный сигналлинг
ACE Есть Есть
COL25A1 Есть Нет данных
KLK Есть Есть
LAMC2 Есть Нет данных
Удаление иммунных комплексов
ATG5 Есть Нет данных
DNAse1 Есть Нет данных
FCGR2A, 3A, 3B Есть Есть
ITGAM Есть Есть
TREX1 Есть Нет данных

Изучение генов

Полногеномный поиск ассоциаций

Более чем 6 лет назад, начался полногеномный поиск ассоциаций, нацеленный на выявление локусов, связанных с развитием СКВ.  С тех пор было проведено более 10 исследований на образцах, полученных от пациентов с СКВ разных этнических групп, что позволило обнаружить более 50 генов, ассоциированных с СКВ. И хотя эти исследования не фокусировались на волчаночном нефрите, включение пациентов с данным заболеванием позволило приблизиться к пониманию потенциальных патогенетических путей, ведущих, как к СКВ, так и к волчаночному нефриту. Некоторые гены, обнаруженные при полногеномном поиске ассоциаций, а также дополнительные гены-кандидаты были проверены на ассоциацию с СКВ и волчаночным нефритом в независимых исследованиях на когортах пациентов. В 1 таблице перечислены ключевые гены, вовлеченные в патогенез СКВ и/или волчаночного нефрита, однако этот список не исчерпывающий, так как исследования все еще продолжаются.

Генетические аберрации при СКВ

Несмотря на то, что изучено бесчисленное количество генов (таблица 1), играющих роль в развитии СКВ и/или волчаночного нефрита, их функция в данной патологии остается плохо изученной. Во-первых, не установлены мутации и соответствующие молекулярные нарушения, вносящие вклад в фенотип болезни, для всех обнаруженных генов. Были обнаружены однонуклеотидные полиморфизмы кодирующей области, полиморфизмы, ведущие к альтернативному сплайсингу, полиморфизмы в 3’- некодирующей области, которые влияют на экспрессию генов, вариация числа копий генов. Текущие исследования по секвенированию расширят наши представления о различных молекулярных вариациях в каждом гене, ведущих к развитию СКВ. Во-вторых, ассоциации между генами-кандидатами и СКВ или волчаночным нефритом были получены на мышиных моделях, полученных выключением или оверэкспрессией гена (используя нокаут или трансгенные линии соответственно); некоторые из этих ассоциаций были рассмотрены в других обзорах. Необходимо создать дополнительные мышиные модели, которые повторяли бы генетические мутации, обнаруженные у пациентов с СКВ и волчаночным нефритом; конкретные мутации (однонуклеотидные полиморфизмы, вариации числа копий и сплайсинговые изоформы) должны быть в дальнейшем проверены на их способность вызывать СКВ в генетически модифицированных мышиных моделях.

Классификация генов, вовлеченных в СКВ

Обнаруженные гены, которые играют роль в патогенезе СКВ, могут быть распределены по четырем категориям: гены, влияющие на активацию лимфоцитов, В-клеток в частности; гены, влияющие на сигналлинг врожденного иммунитета, в особенности активация NF-kB и ИФН-I сигнальный путь; гены, действующие в почках и способствующие их повреждению; и гены, которые влияют на судьбу дебриса апоптотических клеток, хроматина и иммунных комплексов, которые их удаляют. Эти категории были собраны на основании априорной информации о типах клеток, в которых экспрессируются данные гены, и функциях этих генов, однако альтернативные пути и модели не могут быть исключены.

Генетические особенности СКВ и волчаночного нефрита

Несмотря на то, что пациент может иметь множество мутаций даже из одной категории, является наследование одной или нескольких мутаций в генах-кандидатах необходимым для развития СКВ и/или волчаночного нефрита, остается не ясно. Мышиные модели оказались весьма полезными в изучении генов из всех четырех категорий методами прямой и обратной генетики.  Исследования на конгенных организмах (в которых множество генов, ответственных за развитие полигенного заболевания, разделили на коллекцию конгенных линий) и смешанных конгенных организмах (в которых каждая конгенная линия скрещена с другой по отдельности), обладающих мутациями, ассоциированными с СКВ, навели исследователей на три важных идеи. Во-первых, мутации в генах, влияющих только на функции лимфоцитов, могут привести к продукции антител против ядер или развитию IgM-опосредованной иммунореактивности, но не к началу волчаночного нефрита, что означает, что присутствие только лишь айтоантител недостаточно для развития почечной патологии. Во-вторых, гены, которые изолированно активируют сиганаллинг врожденного иммунитета, приводят к накоплению умеренного количества антител против ДНК (по сравнению с полигенными линиями-моделями СКВ) и непролиферативному гломерулонефритуу. Наконец, в-третьих, для развития СКВ необходимо эпистатическое развитие генов разных категорий. Зарождающаяся концепция генетических взаимодействий подтверждается целой серией экспериментов на конгенных и смешанных линиях C57Bl/6 (B6) мышей, что проиллюстрировано на 1 картинке. Экстраполируя данные, полученные в генетических экспериментах на конгенных и смешанных линиях, можно смело утверждать, что гены из разных функциональных категорий действуют в совокупности в развитии волчаночного нефрита у пациентов. Несмотря на то, что для большинства генов известны молекулярные пути, в которых они задействованы, остаются еще гены, для которых они не известны. Например, гены и белки системы комплемент могут потенциально оказывать эффект на несколько молекулярных путей, включая сборку хроматина и активацию В-клеток.

Активация адаптивной иммунной системы

Модуляция сигналлинга В-клеточного рецептора

Была показана существенная роль Т-клеток, В-клеток и аутоантител в развитии волчаночного нефрита, что подтверждается в исследованиях на мышах. Конгломерат генов, ассоциированных с развитием СКВ, коллективно регулирует работу В-клеточного рецептора, ВКР. BANK1 это адапторный белок скаффолда, экспрессирующийся преимущественно в В-клетках. Связываясь с киназами семейства Src, такими как LYN, активируя IP3 рецептор, он усиливает В-клеточный сигналлинг и способствует входу кальция в клетку. Стимуляция ВКР обеспечивает ассоциацию BANK1 и PLCγ2, результатом которой служит активация последнего, а также экспрессия IP3 и DAG и последующей активации PRKCB, другого гена, вовлеченного в СКВ. RasGRP3 – одна из молекул, которая активируется в ВКР сигнальном пути, - также вовлечена в развитие СКВ. RasGRP3 амплифицирует Ras-опосредованный ERK и MAPK сигналлинг в В-клетках, а его работа ассоциирована с пролифирацией В-клеток и продукцией антитез. PRKCB и RasGRP3 экспрессируются в В-клетках, Т-клетках, миелоидных и эндотелиальных клетках, и способствуют развитию СКВ через множество сигнальных путей. Хотя исследования, включающие генетические манипуляции с Bank1 и Rasgrp3 еще не опубликованы, по имеющимся данным мутации в PRKCB могут быть необходимы для развития СКВ и волчаночного нефрита.

Семейство Src тирозин киназ

Три гена, экспрессируемые В-клетками, мутации в которых ассоциированны с развитием СКВ, LYN, BLK и CSK, являются белками Src семейства тирозин киназ, играющих как прямую, так и косвенную роль в ингибировании ВКР сигналлинга. То, что у Lyn-дефицитных мышей развивается гиперактивность В-клеток, является хорошо известным фактом. Ингибиторный эффект LYN на В-клеточный сигналлинг опосредуется в частности через фосфорилирование ингибиторных поверхностных рецепторов В-клеток, CD22 и FcGR2B. CD22 и FcGR2B рецепторы функционируют через SHIP и SHP-1 фосфатазы, ослабляя активацию В-клеток. Одной из функций BLK является стабилизация взаимодействий между BANK1 и PLCγ2 (2 картинка). Снижение экспрессии BLK ассоциировано со сниженным количеством пре-В клеток и В-клеток маргинальной зоны. Снижение экспрессии BLK также ухудшает течение почечной болезни у мышей линии В6, склонных к развитию СКВ. Третья киназа Src семейства, CSK, фосфорилирует и регулирует работу LYN. Оверэкспрессия CSK часто наблюдается у пациентов с СКВ, несущих мутированный аллель, что ведет к избыточному фосфорилированию LYN; это состояние аасоциировано с повышенной продукцией антител и транзиторных В-клеток.

PTPN22

PTPN22 участвует в развитии нескольких аутоимунных заболеваний, включая СКВ. Влияние варианта Ptpn22, ассоциированного с болезнью, на иммунитет было подтверждено на мышиных моделях. PTPN22 регулирует CSK, а также модулирует порог активации ВКР и ТКР сигналлинга с последующей активацией АКТ в В- и Т-клетках. В дополнение к активации В-клеток, PTPN22 модулирует избыток регуляторных Т-клеток (Трег) и влияет на сигналлинг миелоидных клеток. В частности, число тимических Трег клеток обратно коррелирует с уровнем PTPN22, тогда как дефицит PTPN22 сокращает продукцию IFN-I и усиливает воспаление. В настоящий момент нет полного понимания, как взаимодействуют LYN, BLK, CSK и PTPN22, поддерживая баланс ВКР сигналлинга, или точнее, как однонуклеотидные замены генов этой оси могут влиять на эффективность сигнального каскада в целом. Принимая во внимание, что однонуклеотидные замены во всех перечисленных генах могут модулировать избыток ВКР сигналлинга, будет интересно посмотреть, создает ли повышенное количество полиморфизмов в генах этого пути повышенный риск развития СКВ или волчаночного нефрита, так как данных в поддержку этой концепции сейчас нет. Myshki картинка 1   Пошаговые этапы развития СКВ как последствие генетических нарушений. Схема отражает, как исследования на конгенных линиях мышей используются для описания этапов развития СКВ. Локусы Sle1 и Sle3 были изначально картированы на линии мышей NZM2410, склонных к развитию СКВ, а после были получены линии мышей C57Bl/6 (B6) с теми же локусами. В этих исследованиях было показано, что гены, ассоциированные с СКВ, могут играть различную роль в патогенезе заболевания, включая срыв толерантности лимфоцитов, активацию врожденного иммунитета и регуляцию воспаления в органах-мишенях. а| Ly108 является виновником развития СКВ в локусе Sle1, который у мышей линии C57Bl/6 вызывал активацию адаптивной иммунной системы. b| Добавление локуса Sle3, который активирует врожденный иммунитет, приводит к развитию стойкого аутоиммунного фенотипа в биконгенных линиях. c| Наконец, наличие генов (например, Klk), регулирующих функцию органов-мишеней, таких как почки, ведет к развитию СКВ.

Взаимодействие ВКР и TLR

Взаимодействие между сигнальными путями, запускаемыми ВКР и TLR (Toll-like receptors), могут амплифицировать В-клеточный сигналлинг. Аутоантигены СКВ, такие как ДНК и РНК могут связываться с TLR, такими как TLR7 и TLR9. Это взаимодействие в свою очередь запускает сигнальный путь общий для иммунных клеток врожденного иммунитета, включающий MYD88, IRAK4 и IRAK1, что в итоге ведет к активации NF-κB, IRF5, и IRF7 (2 картинка). Эти транскрипционные факторы ответственны за выживание В-клеток, продукция аутоантител и некоторых цитокинов, включая IFN-I. Важно отметить, что несколько молекул из этого пути составляют группу генов, ассоциированных с СКВ, включающую TLR7, IRAK1, IRF5, IRF7 и молекулы, которые регулируют активацию NF-κB, такие как UBE2L3, TNFAIP3 и TNIP3 (2 картинка). Эти гены будут разобраны при анализе врожденной иммунной системы.

Перекрестное взаимодействие между Т- и В-клетками

Гены, ассоциированные с СКВ, могут опосредовать перекрестные взаимодействия между лимфоцитами. В-клетки способны фагоцитировать и процессировать аутоантигены, с которыми они связываются, с последующим представлением пептидов, полученных при процессинге аутоантигенов, Т-хелперам через молекулы ГКГС (главного комплекса гистосовместимости) II класса, что было продемонстрировано на примере эпитопов гистонов нуклеосом. Молекулы ГКГС II класса, особенно HLA-DR2 и HLA-DR3, показывают наиболее сильную ассоциацию с СКВ, однако доступную информацию касательно их роли в СКВ очень трудно интерпретировать. Многие аллели HLA-DR2 и HLA-DR3 наряду с несколькими дополнительными HLA аллелями ассоциированы с СКВ. Сила ассоциации аллелей, вовлеченных в развитие СКВ, зависит от этнической группы, в которую входит пациент, и клинической картины. Некоторые HLA аллели ГКГС II класса, ассоциированые с развитием СКВ, вовлечены в развитие и других аутоиммунных заболеваний, таких как сахарный диабет и синдром Шегрена. Костимуляторные молекулярные пары, такие как CD28–CD80, CD40–CD40L и OX40–OX40L (Также известный как TNFSF4), играют важную роль в билатеральной амплификации перекрестного взаимодействия лимфоцитов. Среди представленных костимуляторных молекул OX40L и CD80 вовлечены в появление склонности к развитию СКВ. Взаимодействия между OX40L и CD80 или TNFSF4 при активации Т-клеток может приводить к генерации IL-10 продуцирующих Трег клеток. Те же самые пары молекул могут также регулировать взаимодействие между специализированными антиген-представляющими клетками, такими как дендритные клетки, и Т-клетками (2 картинка).

Генерация иммунных эффекторных клеток

Активация В- и Т-клеток ведет к появлению эффекторных клеток, которые вызывают повреждение ткани. Примером таких эффекторных клеток могут служить плазмациты или Тх17 (Т-хелперы 17 типа), оба типа клеток вовлечены в патогенез волчаночного нефрита. ETS1 и PRDM1 (также известный как BLIMP1) это молекулы, ответственные за генерацию плазмоцитов и Тх17 клеток. По экспериментальным данным экспрессия мРНК транскрипта ETS1, который является негативным регулятором, уменьшается в мононуклеарных клетках периферической крови пациентов с СКВ, а уменьшение Ets1 ведет к развитию СКВ у мышей. Наоборот, блокада или дефицит PRDM1 уменьшает тяжесть СКВ у мышей. Важность генерации Тх17 и плазмоцитов в патогенезе СКВ подтверждается как в ПГАА исследованиях у людей, так и в экспериментах на мышах. Секреция IL-17 и количество Тх17 клеток повышено как у мышиной модели, так и у пациентов с СКВ, и коррелирует с тяжестью заболевания. Более того, дефицит IL-17 защищает мышь от развития СКВ-ассоциированного гломерулонефрита, хотя есть исследования с обратным результатом. Полиморфизмы в гене PPP2A, обнаруженные у пациентов с СКВ, ассоциированы с увеличенной экспрессией каталитической субъеденицы PP2A (PP2Ac) в Т-клетках и со сниженной продукцией IL-2, которая регулируется miRNA–155. Для трансгенных мышей, оверэкспрессирующих Pp2ac, характерна увеличенная продукция IL-17 Т-клетками и склонность к нефриту опосредованному антителами.  Блокада IL-17 введением антител интраперитонеально значительно снижает протеинурию и повреждения, обнаруживаемые гистологически, на трансгенной мышиной модели. Было показано, что Pp2ac нарушает работу локуса IL-17 посредством усиления ацетилирования 3 гистона; этот эффект был обнаружен как в Т-клетках Pp2ac трансгенных мышей, так и у пациентов с СКВ. Некоторые из генов, ответственных за развитие болезни, из этой категории уже показаны, как ассоциированные с волчаночным нефритом, в таблице 1. Среди них однонуклеотидные замены в BLK, HLA DRB1, STAT4 и OX40L. Наличие однонуклеотидных замен в OX40L наряду с высоким уровнем экспрессии OX40L на поверхности мононуклеарных клеток периферической крови ассоциированы с развитием волчаночного нефрита. BTsR Картинка 2 Продукты генов, ассоциированных с СКВ, которые могут влиять на работу адаптивной иммунной системы. Схема отображает взаимодействия и сигнальные каскады, включающие известные гены, ассоциированные с СКВ, которые потенциально влияют на функцию лимфоцитов. Эти гены разделены на три группы в зависимости от типа клетки, на котором они экспреммируются: антиген-презентирующие клетки (дендритные клетки), Т-клетки и В-клетки. Результатом всех взаимодействий этих трех клеточных типов является продукция эффекторных клеток, включая Th 17 клеток и плазмоцитов. Черные стрелочки отражают активацию, тупиковые линии отражают ингибирование таргетного гена или процесса. Прерывистые линии отражают результат всех взаимодействий. Сокращения: TCR, T-cell receptor; TH17 cells, T‑helper 17 cells; TLR, Toll-like receptor.

Активация сигналлинга врожденного иммунитета

Модуляция IFN-I сигналлинга

СКВ детей и взрослых все чаще узнается по молекулярной подписи, характеризующейся сверхактивацией ИФН-I сигнального пути. ИФН-I сигналлинг играет важную роль в миелоидных клетках, включая моноциты и дендритные клетки, а также в функционировании собственных клетках почки. Предыдущие работы представляют потенциальную генетическую основу для объяснения повышенной экспрессии ИФН-I, наблюдаемой при СКВ; однонуклеотидные замены в генах этого пути, ассоциированные с развитием СКВ, представлены в таблице 1. ИФН-I  сигналлинг регулируется через JAK1, TYK2 и различные STAT белки, включая STAT4. Важно отметить, что однонуклеотидные замены в TYK2 и STAT4 ассоциированы с СКВ. Другой ассоциированный с СКВ ген, IKZF1, регулирует транскрипцию STAT4, а полиморфизмы в IKZF1 также ассоциированы с волчаночным нефритом (3 картинка). Картинка 3 Картинка 3 Продукты генов, ассоциированных с СКВ, которые могут влиять на работу сигналлинга врожденного иммунитета. Схема иллюстрирует сигнальные каскады в миелоидных клетках, вовлекающие гены, которые влияют на функции клеток врожденного иммунитета (отмечены звездочками). На схеме также изображены три класса поверхностных рецепторов миелоидных клеток (ITGAM, рецепторы семейства FcR и IFNAR), чьи сигнальные каскады инициируются после презентации иммунных комплексов. Результатом этих взаимодействий является регуляция транскрипции генов, которая приводит к выживанию клетки и продукции цитокинов и ИФН-I. Черные стрелочки отражают активацию, а тупиковые линии – ингибирование таргетного гена или процесса. Прерывистые линии отражают результат всех взаимодействий. Сокращения: TLR, Toll-like receptor.

JAK–STAT сигналлинг

Активация STAT4 происходит не только в лимфоцитах, но и в активированных моноцитах и дендритных клетках; в частности моноциты из почек пациентов с аутоиммунными заболеваниями экспрессируют STAT4 на высоком уровне.  Было показано, что JAK-STAT молекулярный путь задействован в развитии почечного фиброза, хотя роль TYK2, STAT4 и IKZF1 в этом процессе до конца не ясна. Интересно, что у пациентов с СКВ с мутациями в гене STAT4 симптомы заболевания развиваются раньше, чем у пациентов без оных; эти пациенты также имеют более высокий уровень антител против дцДНК и у них развивается тяжелый волчаночный нефрит. Более того, дефицит STAT4 у мышей усугубляет течение волчаночного нефрита по сравнению с нормальными по STAT4  мышами. Учитывая, что STAT4 экспрессируется разными тканями, раскрытие молекулярных и клеточных механизмов, посредством которых однонуклеотидные замены в этих генах вносят вклад в развитие болезни, становится нетривиальной задачей.

Активация ИФН рецептора интерлейкинами

IL-12 и IL-23 могут активировать ИФН рецептор α/β (ИФНАР), что приводит к увеличению выработки ИФН-I. В результате активируется большое количество генов, регулируемых ИФН-I, которые и составляют СКВ ассоциированную РНК сигнатуру. Некоторые из генов, регулируемых ИФН-I, такие как IRF5, IRF7, ILT3 и IFIH1 являются СКВ-ассоциированными генами, и некоторые сами в свою очередь способны регулировать экспрессию ИФН-I и прочих цитокинов, ассоциированных с заболеванием. Примечательным является IRF5 аллель, вовлеченный в развитие СКВ и ассоциированный с высокой активностью ИФН-I в сыворотке и продукцией антител против  дцДНК. Подобным образом действует ILT3 аллель, ассоциированный с заболеванием, который коррелирует с повышенной экспрессией ИФН-I и ФНО у пациентов с СКВ. Предполагается, что повышенная продукция ИФН-I, вызванная «больными» аллелями, формирует цепь положительного обратного ответа, что приводит к лавинообразному увеличению продукции ИФН-I. Патогенная роль этой цепи подтверждается тем фактом, что генетическая или фармакологическая блокада ключевых молекул оси, таких как  IRF5, подавляет развитие СКВ у мышей. Кроме того однонуклеотидные замены в гене IRF5 ассоциированы с развитием СКВ и волчаночного нефрита. В итоге многочисленные свидетельства дают основание полагать, что генетические мутации в множестве генов ИФН-I молекулярного пути могут приводить к увеличению склонности к развитию заболевания, как было показано для генетических взаимодействий между IRF5, IKZF1 и STAT4.

Fc рецепторы к иммуноглобулинам

Fc рецепторы (FcR) для IgG представляют другое семейство рецепторов, которые играют большую роль в активности миелоидных клеток. Однонуклеотидные замены и вариации числа копий, затрагивающие множество членов данного семейства, включая FCGR2A, FCGR3A и FCGR3B, ассоциированы с развитием волчаночного нефрита и характеризуются сниженной экспрессией FcR на мембране миелоидных клеток; это наблюдение привело к гипотезе, гласящей, что сниженная способность к FcR-опосредованному удалению иммунных комплексов приводит к развитию волчаночного нефрита. С другой стороны полное удаление FcR предотварщает развитие волчаночного нефрита, несмотря на наличие антител против ДНК. Эти данные служат основой для предположения, что миелоидные клетки это основной тип клеток, через который экспрессия FcR может влиять на патогенез волчаночного нефрита. FcR не только активируют миелоидные клетки, но и позволяют им поглощать иммунные комплексы в процессе эндоцитоза. Иммунные комплексы могут содержать ядерные антигены, такие как РНК или ДНК, позволяя поглощенным иммунным комплексам активировать TLR, такие как TLR7, TLR8 и TLR9. При активации этих рецепторов в работу включаются MYD88 наряду с серией дополнительных молекул, включая IRAK4, IRAK1 и TRAF6, которые инициируют различные транскрипционные программы, включая те, которые запускаются NF-κB, IRF5 и IRF7. Эти транскрипционные процессы играют важную роль в усилении продукции провоспалительных цитокинов, включая ИФН-I. Некоторые из этих молекул, такие как TLR7, TLR9, IRAK1, IRF5 и IRF7 являются СКВ-ассоциированными генами, среди которых TLR9 и IRF5 ассоциированы напрямую с волчаночным нефритом. Вдобавок, генетическое удаление или фармакологическая блокада на мышиной модели СКВ помогли обнаружить патогенную роль Tlr7, Irak1 и Irf5 в развитии болезни. Усиление экспрессии Tlr7 путем дупликации гена увеличивает склонность к СКВ и волчаночному нефриту у мышей. Таким образом, есть множество свидетельств, подтверждающих важную роль этой оси в патогенезе СКВ  и волчаночного нефрита. Картинка 4 Картинка 4 Продукты генов, ассоциированных с СКВ, которые могут влиять на события в почках, ведущие к развитию волчаночному нефриту. Схема изображает гены, ассоциированные с СКВ, которые могут влиять на события в почках, ведущие к развитию волчаночному нефриту (отмечены звездочками). Миелоидные клеткипрезентируют антигены резидентным клеткам почек через Fc рецепторы, которые действуют совместно с молекулами системы комплемент (С1-С4). При стимуляции иммунными комплексами резидентные клетки почек активируют множество сигнальных путей, что приводит к активации NF-κB, IRF5 и IRF7. Таким образом может регулироваться транскрипция генов с соответствующими эффектами на выживание клеток, продукцию цитокинов и экспрессию ИФН-I. Черные стрелочки отражают активацию, а тупиковые линии – ингибирование таргетного гена или процесса. Прерывистые линии отражают результат всех взаимодействий. Сокращения: TLR, Toll-like receptor.

Модуляция активации NF-κB

Активация NF-κB вовлечена в патогенез СКВ и волчаночного нефрита. Nf-kB может быть негативно регулирован TNFAIP3 (также известный как A20) и TNIP3 (также известный как ABIN3), действующими как независимо, так и совместно. В последнем случае TNIP3 связывается с TNFAIP3, чтобы облегчить ингибирование Nf-kB. UBE2L3 это E2 убиквитин-связывающий фермент, который может регулировать уровень активации Nf-kB и, таким образом участвующий в клеточной пролиферации. Однонуклеотидные замены в TNFAIP3, TNIP3 и UBE3L3 ассоциированы с СКВ у людей. Остается неуточненным, насколько сильным эффектом на активацию Nf-kB обладают многочисленные нарушения в работе этого молекулярного пути. Новые свидетельства в поддержку роли этого молекулярного пути в развитии СКВ были получены на мышиных моделях. Сниженная экспрессия TNFAIP3 в В-клетках усиливает продукцию аутоантител и В-клеток герминативного центра, а также осложняет развитие почечной патологии. TNFAIP3 и TNIP3 также ассоциированы с волчаночным нефритом у людей. ITGAM (также известный как CD11B или MAC‑1)является специфичной для миелоидных клеток молекулой адгезии, взаимодействующей с многочисленными лигандами, такими как ICAM1, ICAM2, C3bi и FGA. ITGAM выполняет многочисленные функции при физиологических условиях, включая регуляцию активации миелоидных клеток (что приводит к продукции NF-κB, IL-6 и TNF), фагоцитоз, захват иммунных комплексов и обеспечение взаимодействий между миелоидными клетками, лимфоцитами, тромбоцитами и эндотелиальными клетками. ITGAM Arg77His аллель имеет сниженную эффективность связывания с ICAM1, благодаря чему реализуется его потенциальный эффект на клеточную адгезию. Arg77His аллель коррелирует с тяжестью течения заболевания, что проявляется в развитии волчаночного нефрита, гематологических и неврологических расстройств.

Внутрипочечное развитие тканевых повреждений

Активация Т- и В-клеток почек

Гены, ассоциированные с СКВ, могут вносить вклад в патогенез волчаночного нефрита как прямо, так и косвенно. Известно, что клетки, составляющие адаптивную систему иммунитета (Т- и В-клетки), инфильтрируют почки. В предыдущих работах было показано наличие структурных остатков герминативных центров и других кластеров лимфоцитов в воспаленных почках у пациентов с волчаночным нефритом. Все гены, описанные выше в работе адаптивной иммунной системы, могут потенциально влиять на развитие волчаночного нефрита путем активации Т- и В-клеток, как системно, так и изолированно в почках.

Активация внутрипочечных миелоидных клеток

Клетки врожденного иммунитета, такие как макрофаги и нейтрофилы, присутствуют в больших количествах в почках пациентов с волчаночным нефритом. Все гены, участвующие в сигналлинге врожденного иммунитета, могут потенциально влиять на развитие волчаночного нефрита путем активации внутрипочечных миелоидных клеток. В дополнение, некоторые из этих генов, в основном ITGAM и FcR могут влиять на степень активации миелоидных клеток в гломерулярном матриксе из-за похожих сайтов связывания иммунных комплексов, накапливающихся в клубочках. Полиморфные варианты ITGAM и FcR могут увеличивать связывание с компонентами системы комплемент (например, С3b) или с Fc фрагментом IgG и усиливать активацию миелоидных клеток; однако на данный момент нет биохимических и других свидетельств в поддержку этой гипотезы. Наоборот, у пациентов с СКВ снижен уровень экспрессии FcR и снижена их способность связываться с IgG, что будет обсуждаться ниже.

Удаление иммунных комплексов в клубочках

Факты свидетельствуют в пользу того, что генетические полиморфизмы, ассоциированные с развитием СКВ, могут влиять на удаление иммунных комплексов из клубочков. СКВ-ассоциированные однонуклеотидные замены в FCGR2A (Arg131) и FCGR3A (Phe158) могут изменять аффинность связывания IgG. Схожим образом вариации числа копий FCGR3B могут уменьшать уровень экспрессии этих молекул на поверхности клеток. Оба этих эффекта могут приводить к снижению захвата и удаления иммунных комплексов из гломерулярного матрикса, не только инфильтрированными миелоидными клетками, но и резидентными мезангиальными клетками, которые, как известно, экспрессируют те же FcR при стимуляции ИФН-γ. При прямом сравнении роль экспрессии FcR на поверхности миелоидных клеток кажется более значимой, чем экспрессия FcR на поверхности резидентных клеток почек.

Накопление ядерного материала в клубочках

Гены, ассоциированные с СКВ, могут увеличивать количество и доступность нуклеосомального материала доступного для накопления в гломерулярном матриксе, что будет обсуждено в следующей секции. Строгие экспериментальные свидетельства говорят в пользу идеи, согласно которой ядерные антигены, экспресированные в гломерулярном матриксе, могут взаимодействовать с антителами. Гены, которые контролируют круговорот ДНК (например, DNASE1 and TREX1), аутофагию, а также уровни системы комплемент могут контролировать количество ядерного материала, который откладывается в гломерулярном матриксе, наряду с последующим накоплением иммунных комплексов и активацией лейкоцитов.

Генетическая регуляция в резидентных клетках почки

Генетические полиморфизмы, ассоциированные с развитием СКВ, могут регулировать специфические молекулярные пути, вовлеченные в патогенез заболевания, внутри резидентных клеток почки, включая мезангиальные клетки, подоциты, гломерулярные эндотелиальные клетки и тубулярные эпителиальные клетки. Гены из этой категории включают ACE, молекулы экстраклеточного матрикса (COL25A1 и LAMC2), KLK и гену, которые активируют ИФН-I, TLR  и Nf-kB сигнальные пути. Гены, вовлеченные в развитие СКВ и влияющие на иммунный сигналлинг, могут оказывать эффект на развитие заболевания двумя способами: во-первых, изменяя уровень инфильтрации лейкоцитами, и, во-вторых, изменяя внутренние свойства клеток почки. Также возможно, что некоторые гены, ассоциированные с развитием СКВ, могут производить различные эффекты на локальном и системном уровне, что может быть проиллюстрировано на примере с CD80. CD80 в иммунной системе отвечает за взаимодействие лейкоцитов, однако его функции в подоцитах кардинально отличаются. В частности, стимуляция TLR3 и TLR4 приводит к апрегуляции CD80 в подоцитах через NF-κB сигнальный путь, что ведет к отключению фильтрационной функции гломерулярного барьера и последующей протеинурии. Нефропатии, характеризующиеся этим молекулярным механизмом, могут быть излечены определенными биологическими терапиями, хотя эти механизмы и требуют дальнейшего изучения.

Новые гены-кандидаты, ассоциированные с волчаночным нефритом

В дополнение к молекулам, приведенным выше, следующие молекулы могут также играть важную роль в развитии волчаночного нефрита, хотя эти гены и не были обнаружены в полногеномных исследованиях ассоциаций. Примечательным примером служит ген CAMK4. У мышей с СКВ ингибирование CAMK4 ассоциировано со сниженной продукцией IL-2 в Т-клетках, сниженной клеточной пролиферацией и сниженной продукцией IL-6 в мезангиальных клетках, стимулированных PDGF. Абляция Camk4 в склонной к развитию СКВ мышиной линии MRL/lpr приводит к ослаблению гломерулонефрита, сопровождающемуся сниженной продукцией цитокинов Т-клетками и макрофагами. Остальные исследования мышиных моделей не менее интересны в этом аспекте. Серия исследований на конгенных новозеландских склонных к развитию СКВ мышах (NZM2328) позволила разделить гены, которые влияют на продукцию антител, от генов, которые осложняют течение хронического и острого гломерулонефрита, а также почечной болезни последней стадии. Регион на дистальном конце 1 хромосомы размером 1,34 Мб, содержащий 45 генов (Cgnz1 локус), ассоциирован с хроническим гломерулонефритом, однако у не аутоимунных мышей он вносит вклад в резистентность к повреждению органа-мишени. Несмотря на то, что конкретный ген в Cgnz1 локусе, отвечающий за развитие заболевания, выделен не был, этот регион содержит несколько генов-кандидатов, которые влияют на клеточный метаболизм и выживание. Эти исследования важны по двум причинам. Во-первых, разделение между антителами и нефритом может объяснить наличие почечной патологии у пациентов с СКВ в отсутствие достаточного титра антител. Во-вторых, концепция, гласящая, что гены могут обеспечивать защиту от повреждения органа-мишени, изменяет некоторые из длительно существовавших представлений о патогенезе волчаночного нефрита и объясняет значительную наблюдаемую вариабельность проявлений заболевания между пациентами, что имеет серьезный вклад в развитие медицинских рекомендаций.

Доступность апоптотического дебриса

Последняя категория генов, которые вносят вклад в развитие СКВ, включает гены, имеющие влияние на уровень циркулирующего доступного локально хроматина, который появляется в результате апоптоза клеток и накапливается в виде иммунных комплексов. В эту категорию попадают DNASE1, TREX1, FcR, ITGAM, C1Q (и другие компоненты системы комплемент) и ATG5. Несмотря на то, что дефицит этих генов ассоциирован с СКВ, механизмы, лежащие в основе данного процесса, остаются неизученными. В частности, ATG5 ген играет ключевую роль в биологии подоцитов, что подтверждается тем фактом, что при нарушении его работы возникают множественные нефропатии. Интересно, что подоцит-специфическая делеция ATG5 гена на мышиной модели приводит к накоплению убиквитинированных и окисленных белков, развитию стресса эндоплазматического ретикулума и протеинурии, что говорит о важности аутофагии как гомеостатического механизма поддержания функции подоцитов и предотвращения развития гломерулярных повреждений.

Обнажение ядерных антигенов

В ходе предыдущих исследований было установлено, что ядерные антигены являются мишенью антител при СКВ, что характеризуется сильным иммунным ответом на ДНК, гистоны и рибонуклеарные протеины. Эти ядерные антигены обычно находятся в недосягаемости для иммунной системы, так как они изолированы клеточной и ядерной мембранами. Поэтому многие исследования ставили целью раскрытие процессов , в ходе которых ядерные антигены обнажаются и запускают СКВ-ассоциированный аутоиммунный ответ. Несмотря на то, что известно множество путей, которыми клетка идет к гибели (а многие еще и предстоит найти), они все же предпочитают в основном погибать посредством апоптоза. Быстрое удаление апоптотировавших клеток уменьшает иммуногенность и способность инициировать воспалительные реакции. Экспериментальные факты говорят о том, что апоптотический дебрис, накапливающийся в результате нарушения работы механизмов удаления, играет важную роль в аутоиммунитете при СКВ.

Удаление апоптотических клеток

Множество лигандов, рецепторов, опсонинов и других классов молекул вовлечено в процесс удаления апоптотических клеток и другого дебриса, образовавшегося при гибели клеток. Генетический нокаут и фармакологические исследования продемонстрировали, как гены, влияющие на удаление аутоантигенов, регулируют выработку аутоантител против ядерных антигенов и запускают СКВ. Тем не менее, не все эти гены вовлечены в развитие СКВ у человека. Это можно проиллюстрировать примерами из исследований на мышиных моделях, включая дефицит Tyro‑3, Axl и Mertk (также известный как Tam) — рецепторы, важные для связывания апоптотических клеток для их последующего поглощения — что приводит к появлению аутоантител, артрита, кожной сыпи и отложению иммунных комплексов в гломерулах. Мыши, дефицитные по T-клеточному IgG4 (TIM-4), который связывается с остатками фосфатидил серина на поверхности апоптотических клеток, проявляют высокий уровень антител против ДНК, В-клеточной и Т-клеточной активации. Другие белки, регулирующие удаление апоптотических клеток включают MFGE8, MBL2, APCS и CRP.

Неттоз

Неттоз это специализированная форма клеточной гибели, которая происходит преимущественно у нейтрофилов, во время которой высвобождаются нейтрофильные внеклеточные ловушки (NET). NET состоят из ДНК с гистонами, наряду с цитоплазматическими гранулами и ключевыми медиаторами, такими как HMGB1. NET рассматриваются как основной источник ядерных антигенов и других воспалительных факторов, которые могут запускать аутоиммунитет при СКВ. У больных с СКВ NET образуются чаще, и их удаление затруднено, возможно, из-за присутствия антител против DNASE1 и NET. NET могут стимулировать выработку ИФН-I дендритными клетками, а также вызывать прямое повреждение ткани. DNASE1 является необходимым фактором для деградации NET и, следовательно, основным фактором их удаления. У мышей с дефицитом Dnase1 развивается СКВ-подобный синдром, а у многих пациентов с СКВ активность DNASE1 снижена. Более того, генетические мутации в DNASE1 ассоциированы с СКВ у пациентов. Остается неизученным тот факт, имеют ли влияние гены, ассоциированные с СКВ, на неттоз.

Опсонизация

Опсонизация апоптотических телец сыворотычными протеинами играет основную роль в их удалении. Опсонин C1Q помимо участия в удалении NET тесно связан с развитием СКВ. C1q-дефицитные мыши проявляют иммунитет против ядерных антигенов, и практически у всех пациентов с дефицитом C1Q развивается СКВ. Кроме того, у пациентов с СКВ часто находят антитела против C1Q, что может приводить к состоянию похожему на C1Q дефицит и препятствовать удалению апоптотических клеток. Другие белки системы комплемент, такие как C2, C3, и C4 могут быть необходимы для фагоцитоза; действительно, не только генетические мутации в C1Q, но также и в C2, C4, CR3 наряду с ингибированием системы комплемент ассоциированы с развитием СКВ. Наконец, хотя ассоциацию C1Q с СКВ и относят к нарушению удаления погибших клеток, находки из нескольких исследований говорят также о роли белков комплемента в нескольких других областях, имеющих отношение к патогенезу СКВ, включая регуляцию активации лимфоцитов и экспрессии ИФН-I.

Заключение

Генетические работы по изучению СКВ и волчаночного нефрита обнаружили более 50 генов-кандидатов, имеющих вклад в развитие заболевания, многие из которых могут быть отнесены к одному из четырех ключевых молекулярных путей. Несмотря на то, что предстоит еще открыть много генов в ближайшие годы, молекулярные пути, в которых эти гены участвуют, дают ключ к пониманию этапов важных для развития СКВ и волчаночного нефрита. Гены, которые нарушают иммунную толерантность и усиливают выработку аутоантител, особенно против дцДНК, могут действовать в совокупности с генами, усиливающими сигналлинг врожденного иммунитета и продукцию ИФН-I, в процессе чего генерируются волны секреции эффекторных лейкоцитов и высвобождению медиаторов воспаления и аутоантител, которые все вместе инициируют повреждение почек. Присутствие схожих антигенов в гломерулярном матриксе наряду с внутренними аномалиями в резидентных клетках почек могут ухудшать течение заболевания у пациентов с волчаночным нефритом. Активация различных молекулярных путей, которые обсуждались в этом обзоре, может предположительно приводить к различной клинической картине у пациентов с СКВ и волчаночным нефритом. Распознавание молекулярных основ заболевания у каждого пациента может помочь врачам лучше подобрать соответствующую терапию. Например, пациенты с генетическими полиморфизмами, которые ведут к активации Т- и В-клеток, лучше отвечают на терапию, нацеленную на определенные сигнальные молекулы или костимуляторные сигнальные пути, закодированные этими генами. Пациенты с аллелями генов, увеличивающими риск развития СКВ и усиления воспаления в органе-мишени, могут лучше отвечать на терапию, нацеленную на вовлеченные молекулярные пути в почках. Тем не менее, в данной области остается еще много белых пятен. Во-первых, спектр генов, ответственных за развитие СКВ, все время увеличивается, а генетические аномалии, ведущие к развитию заболевания, только начинают открываться. Во-вторых, необходимы более эффективные биомаркеры, чтобы быстро классифицировать пациентов согласно молекулярным путям, лежащим в основе их заболевания. В-третьих, необходим больший арсенал терапевтических средств, направленных на конкретные пути развития заболевания. Наконец, необходимо еще провести клинические испытания, чтобы оценить действительно ли специфическая терапия с учетом особенностей заболевания сократит смертность у пациентов с СКВ в долговременной перспективе. Очевидно, что в следующем десятилетии мы станем свидетелями повышенной активности в этих направлениях.

Ключевые моменты:

  • Некоторые гены, вовлеченные в развитие СКВ и волчаночного нефрита, могут играть роль в патогенезе заболевания, обуславливая срыв иммунной толерантности и усиливая выработку антител
  • Определенное число генов, ассоциированных с СКВ и/или волчаночным нефритом, могут усиливать сигналлинг системы врожденного иммунитета; прочие гены, ассоциированные с СКВ, регулируют молекулярные пути, ведущие к повреждению ткани почек
  • Гены, контролирующие доступность и удаление апоптотического материала и хроматина, также играют роль в развитии СКВ и волчаночного нефрита
  • Наличие антигенов гломерулярного матрикса, родственных ненормальным молекулам резидентных клеток почек, может осложнять течение волчаночного нефрита
  • Различная вовлеченность перечисленных механизмов у пациентов может объяснить наличие широкого спектра клинических фенотипов, наблюдаемых у пациентов с СКВ и волчаночным нефритом
Перевод: Василий Цветков

Оригинал