Медицинская загадка послужила толчком к проведению исследования под руководством Йельского университета, результаты которого имеют многообещающие перспективы в лечении ряда аутоиммунных заболеваний.

Молодая девушка обратилась в клинику с аномалиями клеток крови, затрудненным дыханием и позднее диареей. У нее также диагностировали рецидивирующие инфекции из-за низкого уровня выработки антител. Врачи лечили ее кортикостероидами, чтобы уменьшить воспаление легких и кишечника, и заместительной терапией иммуноглобулином, чтобы восстановить уровень антител.

Лаборатория Кэрри Лукас, доктора философии, доцента кафедры иммунобиологии Йельской школы медицины, работает с детьми, страдающими редкими иммунными нарушениями, вызванными мутацией одного (моногенного) гена, с целью лучшего понимания сложной схемы иммунологии человека.

С помощью секвенирования генома Лукас обнаружил, что симптомы девочки были вызваны мутациями, которые создали дефицит фосфатидилинозитол 3-киназы-гамма (PI3Kγ), сигнальной молекулы, которая находится в иммунных клетках. Исследовательская группа обнаружила, что иммунные дефекты, вызванные этой мутацией, приводили к иммуноопосредованному повреждению кишечника и легких девочки, а также снижали уровень ее антител.

Группа опубликовала свое первое открытие в сентябре 2019 года в журнале Nature Communications .

Открытие побудило команду Лукаса глубже изучить биологическую связь между PI3Kγ и ответом антител. Теперь ученые обнаружили, что PI3Kγ играет важную роль в том, чтобы позволить активированным В-клеткам, типу иммунных клеток, дифференцироваться в клетки, секретирующие антитела.

Исследователи надеются, что эти новые знания не только помогут понять причины редких случаев дефицита PI3Kγ у человека, но и принесут пользу другим пациентам.

Терапевтически блокируя PI3Kγ, врачи могут лечить перепроизводство антител, которое вызывает симптомы многих аутоиммунных заболеваний. Команда опубликовала свои новые выводы в Nature Immunology 3 июля.

«Такого рода моногенные заболевания с дефектом одного гена помогают нам изучать фундаментальную биологию непосредственно у пациентов», — говорит Лукас, который был главным исследователем исследования. «Мы рады, что это может потенциально помочь нам найти новый способ вмешательства в аутоиммунитет».

Как В-клетки становятся клетками, продуцирующими антитела?
Антитела являются одним из ключевых компонентов адаптивной (или приобретенной) иммунной системы и нацелены на чужеродных захватчиков, таких как бактерии или вирусы. В-клетки играют жизненно важную роль в выработке антител и в иммунной памяти, которая защищает нас от повторного заражения.

В-клетки активируются, когда антиген [вещество, которое запускает иммунный ответ организма] связывается с его рецепторами. После активации В-клетки образуют то, что называется «зародышевыми центрами».

«Мы рассматриваем зародышевые центры как фабрики, где В-клетки становятся оптимальными секреторами антител и выбирают судьбу клеток для поддержки этой функции», — говорит Лукас.

У В-клеток есть несколько потенциальных судеб, включая превращение в клетки памяти или клетки, секретирующие антитела (ASC). Роль клеток памяти заключается в том, чтобы «запоминать» определенные антигены, чтобы организм мог быстрее инициировать иммунный ответ, если антиген вернется.

В свою очередь, ASC начинают высвобождать очень большое количество антител, которые нацелены на нарушителя в крови. Однако иммунобиологи не поняли всех деталей процесса дифференциации B-клеток.

PI3Kγ играет важную роль в дифференцировке В-клеток
Вдохновленная генетической мутацией и низким уровнем антител у своего пациента , команда Лукаса попыталась изучить потенциальную роль PI3Kγ в выработке антител.

Во-первых, им нужно было создать мышиную версию своего человеческого пациента. Поэтому команда использовала генетически модифицированных мышей, у которых был отключен PI3Kγ. Еще в 2019 году они тестировали этих мышей, имитируя то, как люди, в отличие от «чистых» лабораторных мышей , живут в среде, полной микробов.

«Нокаутированные» и контрольные лабораторные мыши были подвергнуты воздействию микробов из зоомагазина, чтобы ввести микробов в лабораторных мышей, с которыми животные никогда не сталкивались, находясь в изоляции в лаборатории. Исследователи обнаружили, что у нокаутированных мышей (у которых отсутствует PI3Ky) также наблюдалось дефектное производство антител после воздействия этих новых антигенов от мышей из зоомагазина. «Это сказало нам, что эта киназа имеет решающее значение для антител у мышей, так же как и у людей», — говорит Лукас.

Перейдем к их последней публикации — теперь исследователи хотели узнать, какие конкретные типы иммунных клеток используют PI3Kγ. Поэтому они создали различные мышиные модели, в которых PI3Kγ был выключен только из одного типа иммунных клеток, таких как В-клетки, Т-клетки, макрофаги или дендритные клетки. Затем они иммунизировали мышей и измеряли выработку антител.

Они обнаружили, что удаление PI3Kγ конкретно из В-клеток привело к почти идентичному снижению реакции антител, которое они наблюдали у своего пациента. «Это было наше первое погружение в то, что происходит в иммунной системе — В-клеткам нужна эта киназа для правильного функционирования», — говорит Лукас.

Далее исследователи хотели выяснить, какую роль PI3Kγ играет в В-клетках во время иммунного ответа. Их модели показали, что PI3Kγ не важен во время активации или формирования зародышевого центра, а скорее во время дифференциации В-клетки в ASC.

Ингибиторы PI3K потенциально могут лечить аутоиммунные заболевания
Лукас взволнован этими открытиями, которые начались с открытия, инициированного пациентами, и их значимостью для здоровья человека. Ее команда определила не только главного игрока в том, как В-клетки выбирают дифференциацию, но и потенциальную цель для лечения аутоиммунных заболеваний. Текущие методы лечения аутоиммунных заболеваний часто включают полное уничтожение В-клеток. «Это может быть весьма полезно, но также подвергает пациента риску инфекций», — говорит она.

Ингибиторы PI3K уже используются для лечения некоторых видов рака и редких заболеваний. Могут ли эти препараты также помочь восстановить сверхактивную иммунную систему? Она задавалась вопросом.

Чтобы начать исследование, ее группа объединилась с Нилом Д. Ромбергом, доктором медицины, доцентом кафедры педиатрии (аллергология/иммунология) Детской больницы Филадельфии, и его коллегами для проведения исследований на моделях органоидов миндалин человека.

После обработки моделей препаратом, нацеленным на PI3Kγ, исследователи обнаружили, что он успешно блокирует способность В-клеток дифференцироваться в ASC. «Это дает нам прямые человеческие данные в сочетании с нашими данными по мышам, чтобы повысить нашу уверенность в том, что наши выводы актуальны для отключения текущих реакций антител», — говорит Лукас.

В будущих исследованиях команда Лукаса планирует протестировать ингибиторы PI3K на доклинических моделях аутоиммунитета у мышей, чтобы дополнительно оценить их как потенциальные варианты лечения. Работа ее команды подчеркивает, что изучение редких генетических заболеваний может также предоставить более широкие знания, которые будут значимы для большей части населения, говорит она.

«Здесь мы начали с пациента, узнали, какой ген затронут, а затем проследили эту нить, чтобы найти новый уровень механистического понимания», — говорит она. «Это позволило нам взять новые идеи, которые пришли из совершенно другой области — в данном случае иммунодефицита — и теперь перейти к их применению к аутоиммунитету».