Наследственная недостаточность TNF повышает риск заболевания туберкулезом

Авторы новой статьи в Nature описали случай генетического заболевания у двух родственных взрослых с необъяснимыми рецидивами легочного туберкулеза. Считается, что около четверти населения Земли инфицировано бактериями комплекса Mycobacterium tuberculosis, но только 5–10% инфицированных проявляют симптомы туберкулеза. С другой стороны, существует менделевская восприимчивость к микобактериальным заболеваниям (MSMD) — редкое генетическое заболевание, разновидность первичного иммунодефицита, при котором слабовирулентные микобактерии окружающей среды или вакцина БЦЖ могут вызвать у здорового в остальном человека респираторные симптомы, лихорадку, бронхиальную инфекцию. Для таких пациентов опасны и более вирулентные микобактерии — M. tuberculosis и другие внутриклеточные микроорганизмы.

За исключением случая дефицита ZNFX1, все остальные известные генетические дефекты, вызывающие MSMD, затрагивают иммунитет, опосредованный интерфероном гамма (IFNγ). Варианты генов, вызывающих MSMD, нарушают производство IFNγ, реакцию на IFNγ, оба процесса одновременно или привлечение моноцитов (мутации в гене рецептора хемокинов CCR2). Дефицит IFNγ, в свою очередь, препятствует продукции фактора некроза опухоли альфа (TNF) — мощного провоспалительного цитокина, в основном вырабатываемого макрофагами. TNF активирует выработку активных форм кислорода (ROS), включая супероксид-ион (O₂⁻) и перекись водорода (H₂O₂), необходимых для подавления и поглощения фагоцитами бактерий, грибов и паразитов. Известно, что пациенты с нарушенной продукцией ROS крайне чувствительны к тяжелым и (или) рецидивирующим инфекциям, в том числе вызванных БЦЖ и M. tuberculosis.

В новой работе исследовали двух колумбийцев из одной большой семьи, внутри которой часто заключались кровнородственные браки. Первой пациентке, 28-летней женщине, диагноз «легочный туберкулез» поставили в 19 лет, она прошла 12-месячный курс лечения изониазидом, что привело к полной ремиссии. Спустя 14 месяцев, легочный туберкулез был диагностирован снова, и еще раз удалось добиться ремиссии. В 22 года у пациентки во время беременности выявили Listeria monocytogenes в крови, инфекцию вылечили за семь дней. Второй пациент — 36-летний мужчина, двоюродный брат первой пациентки (их отцы — родные братья, и обе матери принадлежат к той же семье). В 18 лет у него был диагностирован левосторонний легочный туберкулез с плевритом, который лечили в течение 6 месяцев; спустя 8 месяцев произошел рецидив, потребовавший госпитализации. Других необычных инфекций бактериальными, вирусными или грибковыми патогенами у пациентов не отмечено. Тесты QuantiFERON-TB Gold и Манту были положительными у обоих, но отрицательными у их родителей и родного брата пациентки. Оба были вакцинированы БЦЖ без побочных эффектов.

Ученые провели полноэкзомное секвенирование секвенирование (WES) и полногеномный анализ сцепления у пациентов, их родителей и брата женщины, у которого не было признаков заболевания. Геномное исследование подтвердило их колумбийское происхождение и повышенную гомозиготность, вызванную близкородственными браками. Оба пациента были гомозиготны по нефункциональному варианту гена TNF с мутацией сдвига рамки считывания, тогда как их здоровые родственники оказались гетерозиготными.

Последующий анализ показал, что функциональный TNF у пациентов полностью отсутствует, лейкоциты его не продуцируют. По-видимому, это и есть причина их уязвимости для микобактериальных инфекций. При этом дефицит TNF не влиял на развитие основных подтипов миелоидных и лимфоидных клеток крови. Продукция IFNγ и реакция на него у лейкоцитов пациентов были нормальными. Секвенирование РНК единичных клеток (scRNA-seq) показало, что наследственный дефицит TNF приводил лишь к незначительным нарушениям транскрипции в неклассических популяциях моноцитах, тогда как остальные лимфоидные и миелоидные клетки были мало затронуты. В то же время дефицит TNF нарушал продукцию ROS в макрофагах, но не в других клеточных популяциях.

TNF действует через два трансмембранных рецептора — TNFR1 и TNFR2, которые экспрессируются на макрофагах и контролируют разные сигнальные пути. Ученые исследовали возможное влияние TNF на продукцию ROS, опосредованную одним или обоими TNF-рецепторами. Для этого получили изогенные макрофаги с нокаутом гена того или другого рецептора из индуцированных плюрипотентных клеток. Нокаут TNFR1 снижал продукцию ROS, тогда как нокаут TNFR2 на нее не влиял. Важность TNF для продукции активных форм кислорода подтвердил анализ на альвеолярных макрофагах, полученных in vitro (alveolar macrophage-like cells, AML), и легочных макрофагах ex vivo.

Наконец, исследователи проверили, изменены ли реакции на внутриклеточную инфекцию L. monocytogenes в TNF-дефицитных миелоидных клетках. На фоне дефицита TNF листерии активнее инфицировали клетки и (или) размножались в них, а стимуляция клеток пациентов TNF снижала количество жизнеспособных листерий. Затем клетки AML, полученные от здоровых доноров и от пациентов с дефицитом TNF, инфицировали M. tuberculosis; репликация была схожей в клетках пациентов и здоровых контролей, но значительно снижалась при добавлении в культуру TNF. Клетки пациентов секретировали больше провоспалительных цитокинов, и добавление TNF еще усиливало воспалительную реакцию.

Таким образом, TNF играет решающую роль в устойчивости к туберкулезной инфекции, а его отсутствие, вызванное мутацией, повышает риск развития болезни. Однако дефицит этого ключевого фактора у пациентов может компенсироваться за счет других иммунных механизмов, поэтому их подверженность разнообразным инфекциям не так высока, как можно было бы ожидать. Долгое время TNF считался ключевым стимулятором иммунного ответа, но результат этой работы говорит о том, что на самом деле он может играть гораздо более узкую роль.

Важный вклад в это исследование внесла лаборатория Жана-Лорана Казановы из Рокфеллеровского университета (PCR.NEWS не раз писал об их работах по предрасположенности к тяжелому течению COVID-19). Лаборатория Казановы изучает генетические факторы развития туберкулеза более 20 лет, привлекая к сотрудничеству врачей по всему миру. Они ведут постоянно растущую базу данных полноэкзомных последовательностей — более 25 000 человек на сегодня, из которых около 2 000 болели туберкулезом.

Туберкулез изменял геномы европейцев на протяжении 2000 лет