Интерферонопатии I типа — это группа наследственных заболеваний, при которых чрезмерно активируется система интерферонов I типа (ИФН-I). Эти цитокины обеспечивают противовирусную защиту и участвуют в регуляции воспаления. Интерферонопатии — моногенные заболевания, так как они возникают из-за мутаций в отдельных генах.
Один из механизмов развития интерферонопатий — повышенная выработка ИФН-I. Это происходит при мутациях в генах, участвующих в метаболизме нуклеиновых кислот — например TREX1, SAMHD1, ADAR1, — а также в генах сенсорных белков и компонентов сигнального пути — RIG-I, IFIH1, STING, COPA. Такие мутации приводят к накоплению молекул, которые активируют иммунные сигнальные пути, или к усилению функции иммунных сигнальных путей. В результате клетки начинают вырабатывать больше интерферонов I типа.
Другой механизм связан не с повышенной продукцией интерферона, а с усиленным клеточным ответом на него. После связывания ИФН-I с рецептором IFNAR активируются сигнальные белки JAK1, TYK2, STAT1, STAT2 и IRF9. Это приводит к увеличению активности интерферон-стимулированных генов (ISG). Если в этих сигнальных белках возникают мутации, которые усиливают их функции, — например в JAK1 или STAT1 — сигнал становится чрезмерным. Аналогичный эффект возникает при мутациях потери функции в белках, которые обычно ограничивают этот путь, таких как USP18 и ISG15. Также встречаются мутации в определенной области STAT2, нарушающие его способность поддерживать функцию USP18.
Несмотря на общие признаки интерферонопатий I типа — устойчиво повышенный уровень ИФН-I в крови, усиленную экспрессию ISG и кальцификации базальных ганглиев — клиническая картина может различаться в зависимости от конкретной генетической мутации.
Для многих интерферонопатий с избыточной продукцией ИФН-I — например для синдрома Айкарди-Гутьера — характерны поражения, похожие на обморожения. Это пурпурные папулы и узлы на пальцах рук и ног, которые возникают на участках с более низкой температурой. Поражения легких при этом синдроме обычно не описывают. В то же время заболевания, при которых постоянно активирована передача сигнала ИФН-I или повышена активность ISG — например при мутациях усиления функции STING или при дефиците ISG15 — могут сопровождаться воспалительными патологиями легких.
Кожные проявления при дефиците ISG15 также отличаются от обморожений: высыпания чаще возникают на спине, туловище и верхней части бедер. Эти различия отражают особенности регуляции сигнального пути ИФН. При постоянной сигнализации ИФН-I часть сигнала может ограничиваться накоплением отрицательных регуляторов, тогда как при дефиците ISG15 клетки продолжают постоянно активировать гены ISG, что приводит к различным патологическим проявлениям.
Белок ISG15 является отрицательным регулятором IFNAR. Он связывается с белком USP18 и защищает его от разрушения в протеасомах. USP18, в свою очередь, вытесняет JAK1 из комплекса с рецептором IFNAR2, что прекращает передачу сигнала ИФН.
ISG15 выполняет и другие функции. Свободно секретируемый ISG15 может усиливать выработку ИФН-γ в CD8 Т-клетках и NK-клетках через рецептор LFA-1. Кроме того, ISG15 способен присоединяться к белкам в процессе ISGилирования. В этом процессе участвуют ферменты UBE1L, UBCH8 и HERC5. Хотя сам механизм ISGилирования хорошо описан, его функциональные последствия изучены пока недостаточно.
У людей с дефицитом ISG15 наблюдаются характерные клинические проявления: кальцификации базальных ганглиев, спонтанные кожные поражения — без васкулита, но с периваскулярным воспалением — и интерстициальные заболевания легких.
Эксперименты in vitro показывают, что ISG15 важен для структуры кожи: его отсутствие нарушает синтез коллагена и ответ TGFβ. Кроме того, дефицит ISG15 может проявляться восприимчивостью к микобактериальным инфекциям. Вероятно, это связано с утратой его внеклеточной активности.
Хотя генетические причины дефицита ISG15 и молекулярные механизмы усиленной сигнализации ИФН-I уже описаны, процессы, которые приводят к воспалительному повреждению тканей, остаются недостаточно понятными. Американские ученые исследовали патофизиологию дефицита ISG15 с точки зрения клинически выраженного воспалительного повреждения тканей и описали новую патогенную мутацию гена ISG15.
Новая мутация ISG15 и тяжелый фиброз легких
Ученые описали случай 16-летней пациентки из Катара, родившейся в семье родственных родителей, у которой развилось тяжелое рестриктивное заболевание легких. Функциональные тесты показали резкое снижение емкости легких — до 27%, гипоксемию и вторичную легочную гипертензию. Инфекционная причина заболевания была исключена.
У пациентки выявили гомозиготную мутацию ISG15 (c.463insC). Та же мутация была обнаружена у ее старшего брата, у которого развился тяжелый фиброз легких. Заболевание привело к дисфункции правого желудочка и легочной гипертензии, и в 28 лет пациенту выполнили двустороннюю трансплантацию легких. Исследование удаленных легких подтвердило терминальную стадию заболевания с выраженным интерстициальным фиброзом и признаками воспаления.
У пациентки обнаружили повышенную экспрессию ISG (IFI27, MX1, SIGLEC1, IFIT1) в крови. В крови присутствовала мРНК ISG15, однако функциональные анализы показали отсутствие самого белка и процесса ISGилирования.
Для предотвращения прогрессирования фиброза пациентке назначили пероральные стероиды и ингибитор JAK1/JAK2 — руксолитиниб.
Сравнение образцов кожи пациентки с дефицитом ISG15 и здоровых людей
Поскольку биопсии легких у пациентки из Катара и ее брата были недоступны, ученые исследовали биопсии кожи другой пациентки с дефицитом ISG15 — женщины из США, родившейся в 2015 году — и сравнили их с кожей здоровых людей.
Из-за почти полной потери производства ISG15 у пациентки развились язвенные поражения кожи. Одно из поражений — с обильным количеством гиф Aspergillus, проникающих в подкожную ткань. Предыдущее применение топических кортикостероидов усугубляло язвы. Пораженная ткань была хирургически удалена, и поражение зажило с сильными рубцами через 2 года после обнаружения.
Сравнение биопсий кожи. Структура слоев кожи сохранялась, однако в пораженных участках ученые выявили признаки аномальной клеточной гибели — неспецифическое повреждение тканей и склероз. Дополнительный анализ показал повышенные уровни маркеров апоптоза — CASP3, CASP8, BAX, BAK1 и CYCS, особенно в дерме. Также ученые наблюдали выраженное повышение экспрессии ISG — IFIT1, USP18, MX1, IFI27 и IFI44L в 60-90% кожных биопсий при дефиците ISG15, но не в контрольной группе.
Повышение маркеров апоптоза было наиболее заметно в воспаленных участках тканей. Это указывает на то, что усиленная сигнализация ИФН-I может способствовать гибели клеток при дефиците ISG15. Эксперименты in vitro подтвердили повышенную чувствительность клеток с дефицитом ISG15 к цитотоксическому действию ИФН-I. У таких клеток усиленно активировался апоптоз и нарушалась способность к миграции при восстановлении повреждений. При этом значимого вклада некроптоза или аутофагии обнаружено не было.
Воспаление и заживление ран
Воспалительная реакция при острой травме является нормальной частью заживления раны. Повреждение тканей активирует резидентные макрофаги и вызывает высвобождение хемокинов, которые привлекают к месту повреждения нейтрофилы и моноциты. Нейтрофилы первыми поступают в очаг повреждения и способствуют привлечению моноцитов, после чего на более поздних стадиях воспаления следует инфильтрация Т-клеток.
В острой фазе макрофаги находятся в провоспалительном состоянии (M1), что обеспечивает удаление патогенов и поврежденных тканей. После завершения очистки они переходят в противовоспалительное состояние (M2), способствуя разрешению воспаления и восстановлению тканей.
При хронических ранах этот переход нарушается: макрофаги M1 сохраняют активность, поддерживают воспаление и препятствуют заживлению, что в конечном итоге приводит к формированию рубцовой ткани.
Влияние иммунных клеток при дефиците ISG15
Анализ иммунных клеток показал повышенное присутствие провоспалительных макрофагов M1 и усиленную продукцию воспалительных цитокинов. Это указывает на хроническую активацию макрофагов в очагах повреждения тканей, что продлевает время заживления ран и способствует развитию фиброза. Особенно заметным было повышение продукции TGFβ как в макрофагах, так и в эпидермисе пациентки с дефицитом ISG15.
Эксперименты in vitro показали, что под действием ИФН-α и TGFβ эпителиальные клетки легких с дефицитом ISG15 быстро превращаются в миофибробласты. Длительное воздействие ИФН-α и TGFβ на фибробласты также приводило к активации миофибробластов при дефиците ISG15. В клетках дикого типа такие изменения не возникали.
Модель воспалительного повреждения тканей при дефиците ISG15
На основе полученных данных ученые предложили следующую модель. При дефиците ISG15 усиливаются эффекты ИФН-I, что нарушает миграцию и пролиферацию клеток и препятствует нормальному заживлению ран. Это приводит к хроническому повреждению тканей и аномальной активации макрофагов. Активированные макрофаги начинают выделять TGFβ, который запускает эпителиально-мезенхимальный переход (EMT) в клетках эпидермиса. Образующиеся миофибробласты дополнительно продуцируют TGFβ, что распространяет EMT на соседние участки ткани и усиливает развитие фиброза.
Вывод
Дефицит ISG15 формирует состояние повышенной склонности к апоптозу и фиброзу. Это может приводить к повреждению кожи и легких и нарушению их функции. Тяжелый фиброз легких представляет серьезную угрозу для жизни и в отдельных случаях требует трансплантации. Кроме того, хронические раны повышают риск инфекций, а фиброз кожи приводит к утрате волосяных фолликулов, потовых желез и других структур, необходимых для поддержания нормального состояния тканей.
