Снижение концентрации железа в Т-лимфоцитах облегчило воспаление при волчанке у мышей

Ученые смогли снизить внутриклеточную концентрацию железа в Т-лимфоцитах у мышей, больных системной красной волчанкой. Это снизило у животных уровень воспалительной активности лимфоцитов Th1 и Th17 — основных клеточных участников патогенеза при этой болезни, а также уменьшило поражение печени и почек — органов, которые прежде всего страдают при волчанке. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Immunology.

Системная красная волчанка (СКВ) — аутоиммунное заболевание, при котором аутоантитела поражают соединительную ткань. В России по разным подсчетам СКВ встречается с частотой примерно от 4 до 250 случаев на 100 тысяч человек. Основой лечения СКВ считают иммуносупрессивную терапию и введение антител, нацеленных на В-лимфоциты. Однако известно, что при СКВ наблюдается целый ряд нарушений, связанных с Т-лимфоцитами.

К ним относят множественные дефекты митохондрий Т-лимфоцитов, их повышенную цитокиновую активность и появление патогенных Т-хелперов. Учитывая эти изменения в Т-лимфоцитах, ученые уже пытались воздействовать на метаболические пути клеток, в частности блокировали реакции гликолиза, что снижало воспаление в мышиных моделях. Другим перспективным направлением может стать воздействие на микроэлементы в Т-лимфоцитах.

Железо играет важную роль в патогенезе СКВ. Во-первых, оно накапливается в проксимальных канальцах почек, активируя в них реакции окислительного стресса и повреждая их. Во-вторых, CD4-лимфоциты накапливают железо при СКВ, однако как именно оно влияет на развитие СКВ остается неясным. Группа ученых под руководством Джеффри Ратмелла (Jeffrey Rathmell) из Медицинского центра Вандербильтского университета в США изучала, как именно при волчанке меняется обмен железа, и каков его вклад в развитие болезни.

С помощью системы CRISPR-Cas9 ученые отключили гены Slc25a37 (митоферрин-1) и Tfrc (рецептор трансферрина-1, CD71) в недифференцированных лимфоцитах. Это привело к снижению популяции Th1-лимфоцитов и размножению Treg-лимфоцитов. После этого ученые обнаружили, что Th1-лимфоциты экспрессировали более высокие уровни CD71, чем Treg-лимфоциты, и содержали больше внутриклеточного железа.

Проанализировав ранее опубликованные геномы людей, болеющих волчанкой, ученые обнаружили, что и у них экспрессия Tfrc в периферических мононуклеарах и CD4-лимфоцитах была значительно выше, чем у здоровых людей. Экспрессия Slc25a37, который кодирует транспортер двухвалентных металлов митоферрин-1 увеличивалась у больных СКВ только в мононуклеарах периферической крови, но не в CD4-лимфоцитах. Изменения других регуляторных белков, которые отвечают за обмен железа в этих клетках, не показались ученым существенными, поэтому они сосредоточили свои усилия на на рецепторе трансферрина-1, CD71.

Известно, что в активированные T-лимфоциты поступает больше железа, а при волчанке их активация нарушается. Чтобы изучить регуляцию метаболизма железа при СКВ, ученые исследовали модифицированных мышей, у которых воспроизводились иммунологические процессы при СКВ у человека. CD71-рецептора было значительно больше на клеточной поверхности Т-лимфоцитов больных животных по сравнению со здоровыми. При этом транскриптов Tfrc было значительно меньше, чем в здоровых лимфоцитах, что указывает на посттранскрипционную регуляцию рецептора (что подтвердилось в дополнительных экспериментах).

Внутриклеточная концентрация железа также оказалась выше в Т-лимфоцитах больных мышей. Кроме того, повышенная внутриклеточная концентрация железа при СКВ изменяла транскрипционную чувствительность к регуляции ионами железа через железозависимый элемент и приводила к дифференцировке Т-лимфоцитов в Тh17-лимфоциты.

При действии анти-CD71 антител, которые блокировали отщепление от трансферрина железа и его поглощение в лимфоцит, экспрессия CD71-рецепторов на клеточной поверхности значимо снижалась. Это коррелировало со значительным снижением внутриклеточного лабильного железа, что подтверждает роль блокирующих антител в снижении внутриклеточной концентрации железа.

Поскольку экспрессия CD71 и обмен железа важны для активации Т-лимфоцитов, ученые проверили, будут ли анти-CD71 антитела предотвращать этот процесс. для этого они измеряли уровень интерлейкина-2, чей недостаток считают маркером активации Т-лимфоцитов. Так, после обработки анти-CD71 антителами T-лимфоцитов от больных СКВ мышей в них значительно повысилась концентрация интерлейкина-2. Это свидетельствует об изменении воспалительного фенотипа лимфоцитов и снижении их активации.

Так как уровень мишени рапамицина (mTORC1) повышается в T-лимфоцитах, и она негативно влияет на функцию Treg-лимфоцитов, ученые проверили, как CD71 влияет на mTORC1. mTORC1 контролирует фосфорилирование различных ферментов и стимулирует анаболизм в клетке. При блокаде CD71-рецепторов активность mTORC1, на которую указывает рибосомный белок p-S6, статистически значимо снижалась. Такие результаты согласуются с предыдущими исследованиями, в которых хелатирование железа также подавляло активацию mTORC1. Поскольку mTORC1 отвечает за анаболизм, его инактивация приводила к уменьшению размера Т-лимфоцитов.

В Т-лимфоцитах при СКВ также обнаруживается измененный метаболизм в митохондриях и низкая выработка АТФ. Блокада CD71-рецепторов приводила к значительному снижению массы митохондрий в Т-лимфоцитах независимо от наличия СКВ, однако у больных СКВ мышей улучшала их микроструктуру и клеточное дыхание с последующей выработкой аденозинтрифосфата (АТФ). Также блокада CD71-рецепторов подавляла эффекторные Т-лимфоциты и увеличивала продукцию противовоспалительного интерлейкина-10 Treg-лимфоцитами.

В эксперименте in vivo ученые вводили больным СКВ мышам антитела два раза в неделю в течение четырех недель, контрольной группе вводили плацебо. Степень активности болезни определяли по титру иммуноглобулина G (IgG) к двухцепочечной ДНК — маркеру СКВ. Спустя месяц у мышей, которым вводили анти-CD71 антитела, IgG к двухцепочечной ДНК оказался значительно ниже, чем у мышей из контрольной группы. Тенденция к снижению наблюдалась и у антинуклеарных и антигистоновых антител.

Кроме того, лечение анти-CD71 антителами значительно уменьшило размеры увеличенной селезенки, хотя общее количество В-лимфоцитов не изменилось. В селезенке и лимфатических узлах ученые обнаружили значительное снижение количества CD4-лимфоцитов у мышей, получавших анти-CD71 антитела.

При гистологическом исследовании почек исследователи выявили меньшую степень интерстициального нефрита и утолщения клубочковой мембраны у мышей, получавших лечение. В печени у таких мышей было меньше перипортальных лимфоцитарных инфильтратов и плазматических клеток, а в сыворотке обнаружилось больше противовоспалительного интерлейкина-10, причем синтезировали его и CD4-лимфоциты, и Treg-лимфоциты.

В экспериментальной модели с человеческими лимфоцитами клеточные эффекты от блокады CD71-рецепторов оказались такими же, как и в мышиной модели. Ученые надеются, что открытие нового патогенетического подхода к лечению СКВ побудит врачей и ученых к скорейшим клиническим исследованиям такой терапии.

Ранее мы рассказывали, что технология CAR-T вылечила волчанку у пяти человек. Пациентам вводили их собственные модифицированные Т-лимфоциты, которые успешно размножились и подавили популяцию B-лимфоцитов.