Objawy połączonego niedoboru odporności komórek T i B

U ludzi ciężki złożony niedobór odporności został po raz pierwszy opisany w 1950 roku w Szwajcarii u kilku niemowląt z limfopenią, które zmarły z powodu infekcji w pierwszym roku życia. Dlatego też przez wiele lat w literaturze spotykano się z określeniem „szwajcarski typ SCID”. W kolejnych latach ujawniono, że ciężki złożony niedobór odporności obejmuje wiele zespołów o różnym pochodzeniu genetycznym i różnych typach dziedziczenia (sprzężone z chromosomem X w 46% przypadków i autosomalne recesywne w 54%). Całkowita częstość występowania SCID wynosi 1:50 000 noworodków. Obecnie znane jest pochodzenie genetyczne około 15 form SCID, które na podstawie różnic w fenotypie immunologicznym można podzielić na 5 grup: T-B+ NK+, TB- NK+, T-B+ NK-, T+B+NK- i TB-NK-.

Główne objawy kliniczne ciężkiego złożonego niedoboru odporności są praktycznie niezależne od defektu genetycznego. Pacjenci z SCID charakteryzują się wczesnym, w pierwszych tygodniach i miesiącach życia, wystąpieniem objawów klinicznych choroby w postaci hipoplazji tkanki limfoidalnej, uporczywej biegunki, zaburzeń wchłaniania, zakażeń skóry i błon śluzowych, postępującego uszkodzenia dróg oddechowych. Czynnikami wywołującymi zakażenia są bakterie, wirusy, grzyby, drobnoustroje oportunistyczne (głównie Pneumocyctis carini). Zakażenie cytomegalowirusem występuje w postaci śródmiąższowego zapalenia płuc, zapalenia wątroby, enterowirusy i adenowirusy powodują zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych. Bardzo powszechne są kandydoza błon śluzowych i skóry, grzybica paznokci. Typowy jest rozwój regionalnego i/lub uogólnionego zakażenia BCG po szczepieniu. Na tle ciężkich zakażeń obserwuje się opóźnienie w rozwoju fizycznym i motorycznym. Należy pamiętać, że nawet w przypadku ciężkiego złożonego niedoboru odporności u niemowląt nie rozwijają się od razu wszystkie powyższe objawy, a przez 2-3 miesiące mogą one rosnąć i rozwijać się prawie normalnie, zwłaszcza jeśli nie wykonano szczepienia BCG. Transplacentalny transfer limfocytów matczynych może powodować objawy choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi (GVHD), w tym przypadku nazywanej matczyno-płodową GVHD. Objawia się ona głównie w postaci skórnej rumieniowatej lub grudkowej wysypki i uszkodzenia wątroby.

Badania laboratoryjne w większości przypadków ujawniają ciężką limfopenię, hipogammaglobulinemię i zmniejszoną aktywność proliferacyjną limfocytów. Prawie normalna liczba limfocytów może być wynikiem przezłożyskowego transferu limfocytów od matki. Jak wspomniano powyżej, limfocyty T są znacząco zmniejszone we wszystkich postaciach ciężkiego złożonego niedoboru odporności, ale liczba i funkcje limfocytów B i komórek NK zależą od defektu genetycznego leżącego u podstaw SCID. W rzadkich przypadkach obserwuje się prawidłowe stężenia immunoglobulin, ale ich niewystarczająca specyficzność prowadzi do całkowitej nieskuteczności połączenia humoralnego. Poniżej rozważymy niektóre cechy patogenezy różnych postaci ciężkiego złożonego niedoboru odporności.

Molekularne cechy genetyczne różnych postaci ciężkiego, złożonego niedoboru odporności

T-B-NK-TKIN

• Dysgenezja siateczki

Dysgenezja siateczkowata jest rzadką postacią ciężkiego złożonego niedoboru odporności charakteryzującego się upośledzonym dojrzewaniem prekursorów limfoidalnych i mieloidalnych na wczesnych etapach rozwoju w szpiku kostnym. Zakłada się dziedziczenie autosomalne recesywne, ale ze względu na rzadkość występowania choroby nie zostało to udowodnione. Molekularne podłoże genetyczne choroby jest nieznane. Choroba charakteryzuje się ciężką limfopenią, granulocytopenią, trombocytopenią, ciężkimi zakażeniami prowadzącymi do przedwczesnej śmierci pacjentów.

T-B+ NK-TKIN

• Ciężki złożony niedobór odporności sprzężony z chromosomem X

SCID sprzężony z chromosomem X, czyli niedobór łańcucha g, jest najczęstszą postacią (ponad 50% wszystkich postaci ciężkiego złożonego niedoboru odporności). Rozwija się w wyniku mutacji w genie wspólnego łańcucha g (CD132) receptorów interleukin 2, 4, 7, 9, 15. Mutacja w łańcuchu prowadzi do blokady receptorów, w wyniku czego komórki docelowe nie są w stanie odpowiedzieć na działanie odpowiednich interleukin. Zaburzenia immunologiczne rozwijające się u tych pacjentów charakteryzują się brakiem komórek T i komórek NK oraz wzrostem liczby komórek B. W wyniku braku regulacji komórek T produkcja immunoglobulin przez komórki B ulega znacznemu zmniejszeniu.

• Niedobór Jak3

Kinaza tyrozynowa rodziny Janus Jak3 jest wymagana do przekazania sygnału aktywacji ze wspólnego łańcucha IL2, 4, 7, 9, 15 do jądra komórkowego. Niedobór jak3 powoduje takie samo głębokie upośledzenie różnicowania komórek T i NK, jak niedobór wspólnego łańcucha. Nieprawidłowości immunologiczne i objawy kliniczne u pacjentów z niedoborem Jak3 są podobne do tych w SCID sprzężonym z chromosomem X.

• Niedobór CD45

Transbłonowa kinaza białkowa tyrozynowa CD45, specyficzna dla komórek hematopoetycznych, jest niezbędna do przekazywania sygnału z receptora antygenowego komórek T i B. Mutacje w genie CD45 prowadzą do rozwoju SCID, charakteryzującego się gwałtownym spadkiem liczby komórek T, normalnych komórek B i postępującym spadkiem stężeń immunoglobulin w surowicy. Liczba limfocytów NK jest zmniejszona, ale nie całkowicie.

T-B-NK+TKIN

• Całkowity niedobór RAG1/RAG2

Produkty białkowe genów aktywujących rekombinację (RAG1 i RAG2) inicjują powstawanie immunoglobulin i receptorów komórek T niezbędnych do różnicowania komórek B i T. W ten sposób mutacje genów RAG prowadzą do powstania ciężkiego złożonego niedoboru odporności. W tej postaci niedoboru odporności komórki T i B są nieobecne, podczas gdy liczba komórek NK jest prawidłowa. Ilość immunoglobulin w surowicy jest znacznie zmniejszona.

• SCID radiowrażliwy (niedobór Artemidy)

W 1998 roku zidentyfikowano pacjentów z ciężkim złożonym niedoborem odporności TB-NK+ bez mutacji genu RAG1/RAG, wysoce wrażliwych na promieniowanie jonizujące i upośledzoną naprawą pęknięć dwuniciowego DNA. Limfocyty T i B rozpoznają antygeny za pomocą cząsteczek receptora komórek T (TCR) i immunoglobuliny. Antygenowo specyficzne regiony tych receptorów składają się z trzech segmentów: V (zmienny), D (różnorodność) i J (unifikacja). Polimorfizm antygenowo specyficznych regionów TCR i immunoglobulin jest zapewniany przez proces przegrupowania somatycznego i rekombinacji V(D)J. Podczas rekombinacji genów immunoglobulin i TCR, białka RAG indukują pęknięcia dwuniciowego DNA. Naprawa pęknięć DNA wywołanych promieniowaniem i spontanicznych wymaga szeregu kinaz białkowych i niedawno zidentyfikowanego czynnika zwanego Artemis. Artemis jest wymagana do zatrzymania cyklu komórkowego w przypadku uszkodzenia DNA.

Mutacje w genie Artemis powodują rozwój autosomalnego recesywnego ciężkiego złożonego niedoboru odporności ze zwiększoną radiowrażliwością, charakteryzującego się brakiem limfocytów T i B oraz niestabilnością chromosomową. Charakterystyczną cechą objawów klinicznych, oprócz tych charakterystycznych dla scex SCID, jest obecność zmian typu nomo błony śluzowej jamy ustnej i innych lokalizacji.

T-B+NK+TKIH

• Niedobór IL-7R

Prekursory komórek T i B wyrażają funkcjonalny IL7R składający się z łańcucha a i wspólnego łańcucha y. Ekspresja tego receptora jest krytyczna dla dojrzewania limfocytów T, ale nie dla rozwoju limfocytów B. Mutacje w genie łańcucha alfa IL-7R powodują SCID z fenotypem TB-NK+ i wyraźnie zmniejszonymi stężeniami immunoglobulin w surowicy.

T+ B+ NK- TKIN

W 2001 roku Gilmour KC i in. po raz pierwszy opisali pacjenta z niską bezwzględną liczbą limfocytów T, prawidłową liczbą komórek B i całkowitym brakiem komórek NK. Chociaż nie znaleziono mutacji w genach wspólnego łańcucha Y ani JAK3, badania funkcjonalne wykazały upośledzoną fosforylację JAK3 poprzez kompleks IL2R. Późniejsza analiza cytometrii przepływowej wykazała znaczący spadek ekspresji łańcucha beta receptora IL15 (IL15Rbeta). Jednak nie wykryto mutacji w genie IL15Rbeta, co sugeruje obecność defektów transkrypcyjnych, które były odpowiedzialne za brak ekspresji łańcucha IL15Rbeta.

• Niedobór enzymu metabolizmu puryn

Niedobór dwóch enzymów katalizujących metabolizm puryn - deaminazy adenozyny (ADA) i fosforylazy nukleozydów purynowych (PNP) - wiąże się z rozwojem łącznego niedoboru odporności. Z powodu braku tych enzymów gromadzą się toksyczne dla komórek produkty - deoksyadenozyna i deoksyguanozyna, które są częściowo fosforylowane w komórkach limfoidalnych, przekształcając się w odpowiednie trójfosforany deoksynukleozydów. Toksyczność tych produktów jest szczególnie ważna w szybko dzielących się komórkach i polega na hamowaniu syntezy DNA, indukcji apoptozy, zaburzeniu metylacji itp. Oba te stany są niejednorodne w objawach klinicznych w zależności od lokalizacji mutacji wzdłuż genów i stopnia, w jakim cierpi na tym funkcja odpowiedniego enzymu.

• Niedobór deaminazy adenozyny (ADA)

Niedobór deaminazy adenozyny jest jedną z pierwszych zidentyfikowanych postaci SCID. Gen deaminazy adenozyny znajduje się na 20ql3.ll. Znanych jest ponad 50 mutacji genu ADA. Istnieje związek między genetycznie uwarunkowaną resztkową aktywnością deaminazy adenozyny a fenotypem metabolicznym i klinicznym. ADA jest wyrażana w różnych tkankach, jej ekspresja jest szczególnie wysoka w niedojrzałych tymocytach i limfocytach B, przy czym ekspresja ADA zmniejsza się w miarę dojrzewania komórek. W niedoborze deaminazy adenozyny w komórkach gromadzą się deoksyadenozynotrifosforan i S-adenozylohomocysteina. Metabolity te hamują proliferację limfocytów TT i B.

Większość pacjentów z niedoborem deaminazy adenozyny wykazuje wszystkie cechy SCID we wczesnym wieku. Są to zazwyczaj pacjenci z najniższą liczbą limfocytów oraz najwcześniejszymi i najcięższymi objawami. U tych pacjentów nie obserwuje się przeszczepu limfocytów matczynych. Oprócz zaburzeń immunologicznych, zaburzenia metabolizmu puryn mogą powodować zaburzenia szkieletu. Tak więc badanie rentgenowskie ujawnia powiększone stawy chrzęstno-żebrowe (jak w krzywicy), poszerzone końce żeber, dysplazję miednicy. U pacjentów opisano również następujące zmiany neurologiczne: oczopląs, głuchotę sensoryczną, zaburzenia spastyczne, upośledzony rozwój psychomotoryczny (niezależny od infekcji). Częstym objawem niedoboru deaminazy adenozyny jest wzrost transaminaz, prawdopodobnie wskazujący na obecność toksycznego zapalenia wątroby.

W ostatnich latach opisano „późne” warianty niedoboru ADA, a nawet zidentyfikowano zdrowe osoby z częściowym niedoborem enzymu.

Leczenie pacjentów z ciężkimi objawami niedoboru ADA praktycznie nie różni się od leczenia innych SCID. Jednak metodą eksperymentalną jest podawanie terapii substytucyjnej enzymem PEG-ADA domięśniowo w dawce 15-30 mg/kg/tydzień. Korekcja defektów wymaga długotrwałego i ciągłego leczenia. Liczba i funkcja limfocytów T zwykle poprawia się po 6-12 tygodniach terapii, ale nawet po długotrwałym leczeniu (10 lat) u większości pacjentów utrzymuje się limfopenia i upośledzona odpowiedź mitogenna.

• Niedobór fosforylazy nukleotydów purynowych (PNP)

Gen PNP znajduje się na 14ql3. W przeciwieństwie do ADA, aktywność fosforylazy nukleozy purynowej wzrasta wraz z dojrzewaniem limfocytów T. Przy niedoborze PNP, trójfosforan deoksyguanozyny gromadzi się w komórkach, hamując proliferację limfocytów T.

Podobnie jak w przypadku niedoboru deaminazy adenozyny, u większości pacjentów z niedoborem fosforylazy nukleozy purynowej objawy kliniczne SCID rozwijają się w okresie niemowlęcym, chociaż w niektórych przypadkach opisano ich późniejszy początek. Zespoły związane z niedoborem PNP to urykemią i urycurią. Pacjenci z niedoborem fosforylazy nukleozy purynowej często mają objawy autoimmunologiczne (niedokrwistość hemolityczna, trombocytopenia, neutrolenia, toczeń rumieniowaty układowy) i neurologiczne (plegia, niedowład, ataksja, drżenie, upośledzenie umysłowe). Pacjenci mają zwiększoną skłonność do raka. Badania laboratoryjne wykazują gwałtowny spadek liczby limfocytów T i, z reguły, prawidłową liczbę limfocytów B. Objawy dysregulacji limfocytów B obejmują zwiększone poziomy immunoglobulin, gammapatię i obecność autoprzeciwciał.

• Niedobór MHC II

Zespół nagich limfocytów to wrodzony niedobór odporności, który rozwija się z powodu braku ekspresji cząsteczek klasy II głównego układu zgodności tkankowej (MHC II) na powierzchni komórki. W tej chorobie, z powodu defektów w genach kontrolujących MHC II, nie ma ekspresji jego cząsteczek niezbędnych do różnicowania i aktywacji komórek CD4+, selekcja komórek T w grasicy jest upośledzona i rozwija się ciężki niedobór odporności. Uszkodzone geny kodują cztery wysoce specyficzne czynniki transkrypcyjne (RFXANK, RFX5, RFXAP i CITA), które regulują ekspresję MHC II. Pierwsze trzy są podjednostkami RFX (Regulatory Factor X), trimerycznego kompleksu wiążącego DNA, który reguluje wszystkie promotory MHC II. CIITA (Class II Trans activator) jest niewiążącym DNA współaktywatorem, który kontroluje ekspresję MHC II.

Choroba charakteryzuje się typowymi objawami klinicznymi SCID, które jednak są łagodniejsze. Tak więc w grupie 9 pacjentów z tą chorobą, u których nie wykonano przeszczepu, średnia długość życia wynosiła 7 lat.

Badania laboratoryjne ujawniają znaczny spadek limfocytów CD4+, przy ogólnie prawidłowej liczbie limfocytów CD8+. Niektórzy pacjenci wykazują brak ekspresji nie tylko cząsteczek MHC II, ale także MHC I. Ogólnie rzecz biorąc, występuje wyraźny niedobór odpowiedzi komórek T, a produkcja immunoglobulin jest również znacznie zmniejszona.

• Niedobór TAP

TAP (Transporter Associated Protein) jest niezbędny do transportu peptydów antygenowych do siateczki śródplazmatycznej i ich przyłączania do cząsteczek MHC klasy I. Zidentyfikowano defekty podjednostek TAP 1 i 2 (TAP1 i TAP2). Charakterystyczne objawy laboratoryjne u pacjentów z niedoborem TAP to: brak ekspresji MHC klasy I, prawie normalne poziomy immunoglobulin (u niektórych pacjentów obserwowano selektywny niedobór IgM) i brak odpowiedzi przeciwciał na antygeny polisacharydowe. U różnych pacjentów liczba limfocytów T CD8 była prawidłowa lub stopniowo zmniejszała się, podczas gdy inne subpopulacje limfocytów były zwykle prawidłowe. Ta postać CIN wiąże się z dużą podatnością na infekcje bakteryjne błony śluzowej dróg oddechowych, a charakterystyczne są ziarniniakowe zmiany skórne. Zakażenia wirusowe i zakażenia wywołane przez patogeny wewnątrzkomórkowe są rzadkie. U niektórych pacjentów opisano przebieg bezobjawowy i późny początek objawów klinicznych niedoboru odporności.

• Niedobór CD25

Mutacje w genie łańcucha alfa receptora IL-2 (IL2Rct) {CD25) powodują rozwój CIN ze zmniejszeniem liczby i upośledzoną proliferacją obwodowych komórek T i prawidłowym rozwojem komórek B. Różnicowanie tymocytów nie jest upośledzone, ale pomimo prawidłowej ekspresji CD2, CD3, CD4 i CD8, CD25, tymocyty korowe nie wyrażają CD1. Pacjenci mają zwiększoną wrażliwość na infekcje wirusowe (CMV itp.) i od najmłodszych lat cierpią na nawracające infekcje bakteryjne i grzybicze, przewlekłą biegunkę. Pacjenci mają również limfoproliferację podobną do tej w ALPS. Przypuszcza się, że jest ona oparta na upośledzonej regulacji apoptozy w grasicy, co prowadzi do ekspansji autoreaktywnych klonów w różnych tkankach.

• Niedobór SVZ i CD3e

Kompleks receptora rozpoznającego antygen komórek T składa się z samego receptora komórek T (TCR) i cząsteczki CD3. Istnieją dwa typy TCR, każdy składający się z dwóch łańcuchów peptydowych - ab i yv. Główną funkcją TCR jest wiązanie peptydu antygenowego związanego z produktami głównego kompleksu zgodności tkankowej, a CD3 ma przekazywać sygnał antygenowy do komórki. CD3 obejmuje cząsteczki 4-5 typów. Wszystkie łańcuchy kompleksu CD3 (y, v, e, £, t) są białkami transbłonowymi. Mutacje w genach łańcuchów y, v lub £ prowadzą do zmniejszenia liczby dojrzałych komórek T z niską ekspresją TCR. Mutacje w genie łańcucha e prowadzą do naruszenia różnicowania tymocytów na poziomie CD4-CD8-. U ludzi niedobór CD3 powoduje spadek limfocytów T CD8+ i CD4+CD45RA+, zawartość komórek CD4+CD45R0+, B i NK oraz stężenia immunoglobulin w surowicy są prawidłowe. Fenotyp kliniczny niedoboru CD3y i CD3e różni się nawet wśród członków tej samej rodziny od objawów do raczej łagodnego przebiegu choroby.

• Niedobór ZAP70

Kinazy białkowe tyrozynowe rodziny ZAP70/Syk odgrywają ważną rolę w przekazywaniu sygnału z receptora rozpoznającego antygen i są niezbędne do prawidłowego rozwoju limfocytów T. ZAP70 jest niezbędny do różnicowania limfocytów T. Niedobór ZAP70 powoduje selektywny niedobór komórek CD8+. Liczba krążących komórek CD4+ jest prawidłowa, ale mają one znaczące upośledzenia funkcjonalne w postaci braku produkcji IL-2 i aktywności proliferacyjnej. Stężenia immunoglobulin w surowicy są obniżone.