Nature: 血液多組學(xué)描繪唐氏綜合征患者的免疫圖譜

唐氏綜合征（Down’s syndrome, DS）患者很容易發(fā)生嚴(yán)重的傳染性疾病和出現(xiàn)自身免疫癥狀，例如甲狀腺炎、Ⅰ型糖尿病、腹腔疾病和斑禿。因?yàn)榇蠖鄶?shù)IFN受體亞基和自身免疫調(diào)節(jié)因子均在21號染色體上進(jìn)行表達(dá)，所以目前對DS患者的免疫疾病主要還是集中研究過度激活的干擾素和胸腺功能妨礙。然而免疫反應(yīng)的嚴(yán)格調(diào)控對于預(yù)防感染和過度炎癥至關(guān)重要，但是對DS患者免疫失調(diào)的研究以及導(dǎo)致上述臨床表現(xiàn)的原因仍然未知。因此，尋找DS自身免疫耐受的具體表現(xiàn)機(jī)制對于開辟更有效的治療藥物具有重要意義。

2023年2月，美國西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在Nature（IF= 69.504）上發(fā)表了針對DS患者體內(nèi)的自身免疫易感性機(jī)制的研究論文，通過對血漿細(xì)胞因子、外周血免疫細(xì)胞和患者體內(nèi)自身抗體的檢測，繪制了DS患者的免疫圖譜，發(fā)現(xiàn)有多達(dá)22種細(xì)胞因子持續(xù)升高，并檢測到易發(fā)生自身免疫的細(xì)胞亞群的變化，并證明了T細(xì)胞激活不僅可以用廣泛的免疫抑制劑（如Jak抑制劑）來解決，還可以用更有針對性的IL-6抑制療法，為臨床上DS的免疫治療提供了新思路。最后發(fā)現(xiàn)了很多DS患者特異自身抗體譜，為深入探討DS自身免疫疾病的機(jī)制提供了基礎(chǔ)。

Luminex檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)了三分之一DS患者的細(xì)胞因子表達(dá)失調(diào)（圖1a），相比健康對照，其中22個(gè)升高了2000倍,包括IL-13、IL-4、TNFβ、IL-6和IL-1α。細(xì)胞因子在DS患者相隔5個(gè)月和10個(gè)月的血液中的表達(dá)都是高度穩(wěn)定的（圖1b），同時(shí)研究結(jié)果表明了DS患者體內(nèi)的細(xì)胞因子水平和新冠肺炎患者相似，存在穩(wěn)定、長期的擾動，所以DS也可以被認(rèn)為是一種細(xì)胞因子病。

圖1. Luminex細(xì)胞因子檢測結(jié)果

利用質(zhì)譜流式（CyTOF）對DS患者和正常個(gè)體的全血進(jìn)行了60多個(gè)蛋白的檢測，結(jié)果顯示DS患者體內(nèi)的CD4和CD8 T細(xì)胞均傾向于記憶表型，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了DS患者的初始、活化和中央記憶CD4 T細(xì)胞中的磷酸化STAT3（pSTAT3）升高，表明細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)活躍（圖2a）。Jak抑制劑tofacitinib會顯著減弱DS患者CD4 T細(xì)胞中STAT3的磷酸化，基于前期結(jié)果發(fā)現(xiàn)IL-6在DS中顯著升高（圖1a），并且在DS患者全血中加入IL-6受體（IL-6R）拮抗劑完全消除了STAT3的活化（圖2b），這些結(jié)果說明了IL-6是DS中CD4激活的主要介質(zhì)。綜合結(jié)果顯示IL-6信號傳導(dǎo)在DS中的CD4 T細(xì)胞活化中存在重要意義，并為臨床治療提供了比Jak抑制更特異的治療靶點(diǎn)。CyTOF還發(fā)現(xiàn)了DS患者總的B細(xì)胞顯著減少，并且B細(xì)胞亞群相對含量發(fā)生了改變，特別是漿母細(xì)胞增加了近三倍。CD11c⁺B細(xì)胞一般被認(rèn)為來源于為成熟的B細(xì)胞，可以通過細(xì)胞因子和T細(xì)胞刺激的方式形成，是系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）的標(biāo)志。DS中的CD11c⁺B細(xì)胞的含量與總細(xì)胞因子水平存在相關(guān)性，特別是IL-6和濾泡輔助性T細(xì)胞（圖2c），這與原發(fā)性免疫缺陷情況相同。以上結(jié)果表明細(xì)胞因子和活化的CD4 T細(xì)胞有助于B細(xì)胞的分化。CD11c⁺B細(xì)胞比例與自身免疫癥狀的數(shù)量相關(guān)（圖2d），表明它們在自身免疫中的潛在作用。之后研究者通過功能實(shí)驗(yàn)證明了DS患者中確實(shí)存在“IL-6 — 活化T細(xì)胞 — B細(xì)胞分化”的作用機(jī)制路徑。

根據(jù)DS患者臨床的自身免疫表現(xiàn)以及對細(xì)胞因子和具有自身免疫傾向性B細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步探索DS是否會導(dǎo)致自身抗體的產(chǎn)生。采用人類蛋白質(zhì)組芯片，檢測了健康個(gè)體、DS、多內(nèi)分泌腺自身免疫綜合征-1（APS-1）、X性連鎖多內(nèi)分泌腺病、腸病伴免疫失調(diào)綜合征（IPEX）患者血漿的自身抗體譜。與健康個(gè)體相比，DS、APS-1和IPEX中差異顯著的自身抗原（fold change > 2, P < 0.05）分別有365、257和829個(gè)，表明DS的自身免疫程度與真正的自身免疫性疾病相似。而大部分的DS自身抗原與IPEX（由調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（T _reg）缺陷引起的嚴(yán)重的多器官炎癥綜合征）存在高度相似性，表明T細(xì)胞過度活化可能是DS中自身免疫B細(xì)胞激活的驅(qū)動因素（圖3a）。通過HPA數(shù)據(jù)庫溯源DS患者特異的的自身抗原，發(fā)現(xiàn)了這些自身抗原表達(dá)在多個(gè)器官組織，例如大腦細(xì)胞、免疫細(xì)胞、胃腸道細(xì)胞和皮膚細(xì)胞等，說明了DS患者具有系統(tǒng)性的疾病特征（圖3b）。綜上所述，本研究在DS患者血漿中檢測到了顯著的自身抗體圖譜，并結(jié)合B細(xì)胞和T細(xì)胞的活化過程，說明了廣泛的體液免疫會使DS患者形成高親和力的組織特異性抗體，這些抗體在臨床上就表現(xiàn)為自身免疫性疾病。

圖3. 人類蛋白組芯片檢測自身抗體結(jié)果

總結(jié)與討論

為研究唐氏綜合征（DS）自身免疫易感性的機(jī)制，本文繪制了患者的細(xì)胞免疫圖譜，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子失調(diào)、高度活化的CD4 T細(xì)胞和自身免疫傾向性的B細(xì)胞均會導(dǎo)致不正常的自身免疫，其與臨床免疫表現(xiàn)有直接的關(guān)聯(lián)，也許抑制DS的慢性穩(wěn)態(tài)炎癥可以防止自身反應(yīng)性自身抗體的積累，減輕疾病負(fù)擔(dān)。同時(shí)使用人類蛋白質(zhì)組芯片發(fā)現(xiàn)了DS患者表達(dá)的自身抗體共有365個(gè)，表明DS具有較高的自身免疫性（圖4）。研究人員還發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞的不正常激活不僅可以用具有廣泛免疫抑制功能的Jak抑制劑，還可以通過更具有針對性的IL-6，這為臨床治療自身免疫提供了新的研究思路。

圖4.唐氏綜合征的免疫耐受破壞: 細(xì)胞因子、活化T細(xì)胞和CD11c⁺ B細(xì)胞的三重作用。

華盈生物——血液免疫譜多組學(xué)解決方案

相關(guān)文獻(xiàn)

Malle:305-314. L, Patel RS, Martin-Fernandez M, Stewart OJ, Philippot Q et al. Autoimmunity in Down's syndrome via cytokines, CD4 T cells and CD11c+ B cells. Nature. 2023;615(7951)