Immunoglobulin A Nefropati Dicirikan Oleh Tindak Balas Kekebalan Humoral Antikomensal

Nefropati IgA(IgAN) ialahpunca utama kegagalan buah pinggang, namun sedikit yang diketahui tentangimunopathogenesis penyakit ini. IgAN dicirikan oleh pemendapan IgA dalamglomeruli buah pinggang, tetapi sumber dan rangsangan untuk pengeluaran IgA tidak diketahui. Data klinikal dan eksperimen mencadangkan peranan untuktindak balas imun yang menyimpangkepada mikrobiota mukosa dalam IgAN, dan di sesetengah negara dengan kelaziman penyakit yang tinggi, tonsilektomi dianggap sebagai terapi penjagaan standard. Untuk menilai hubungan antara mikrobiota dan tindak balas imun mukosa, kami mencirikan mikrobiota tonsil pada pesakit dengan IgAN berbanding peserta kumpulan kawalan dipadankan isi rumah yang tidak berkaitan danmengenal pasti peningkatan pengangkutan genusNeisseria dan peningkatan IgA serum sasaran Neisseria dalam pesakit IgAN. Kami menterjemah terbalik penemuan ini dalam IgAN eksperimen yang didorong oleh ekspresi berlebihan BAFF dalam tikus transgenik BAFF yang terdedah kepada jangkitan Neisseria dengan pengenalan transgen CEACAM -1 manusiawi (B × hC-Tg). Penjajahan tikus B × hC-Tg dengan Neisseria menghasilkan tahap tambahan IgA khusus Neisseria sistemik. Menggunakan ujian ELISPOT tersuai, kami menemui sel-sel perembesan IgA anti-Neisseria khusus dalam buah pinggang tikus ini. Penemuan ini mencadangkan peranan untuk tindak balas imun mukosa menyimpang yang didorong oleh sitokin kepada pathobionts orofaringeal, seperti Neisseria, dalam imunopathogenesis IgAN. Tambahan pula, dengan kehadiran BAFF yang berlebihan, IgA spesifik pathobiont boleh dihasilkan secara in situ dalam buah pinggang.

HERBA BARU UNTUKIGA NEFROPATHYOLEHPUNCA KEGAGALAN BUAH PINGGANG

pengenalan

Mekanisme yang mendasari patogenesis nefropati IgA (IgAN) kurang difahami, namun ia adalah salah satu punca kegagalan buah pinggang yang paling biasa. "Hipotesis berbilang hit" yang diterima secara meluas untuk pembangunan IgAN menumpukan pada penghasilan IgA kekurangan galaktosa patogenik1-yang mengandungi kompleks imun dalam peredaran dan disimpan dalam glomeruli buah pinggang pesakit dengan IgAN (1). Sumber (iaitu, tisu limfoid yang berkaitan dengan mukosa dan/atau sumsum tulang) dan rangsangan untuk pengeluaran kompleks imun tidak diketahui. Kami baru-baru ini telah menunjukkan bahawa sel plasma penghasil IgA dari usus boleh berhijrah ke tisu sistem bukan imun, seperti otak yang meradang dalam model ensefalitis eksperimen pelbagai sklerosis, secara radikal mengubah pandangan lazim mengenai sifat sel plasma (2). Oleh itu, adalah menggoda untuk membuat spekulasi bahawa sel-sel perembesan IgA yang berasal dari mukosa juga boleh direkrut ke organ lain, seperti buah pinggang.

Bukti klinikal dan eksperimen mencadangkan hubungan antara IgAN dan pendedahan mikrob mukosa. Pesakit dengan IgAN mengalami hematuria makroskopik serentak dengan faringitis (3), dan tonsilektomi dianggap sebagai penjagaan standard untuk pesakit dengan IgAN di Jepun (4-6). Kajian terdahulu kami mengenai model IgAN murine mencadangkan bahawa penjajahan mikrob komensal adalah penting untuk pembangunan IgAN pada tikus yang mengekspresikan BAFF ahli keluarga TNF (7, 8). Model ini berkongsi banyak ciri dengan IgAN manusia, termasuk IgA underglycosylated; ukuran klinikal dan histologi kecederaan buah pinggang, seperti proteinuria; dan glomerulonefritis yang dominan IgA (7, 8). Lokus TNFSF13 (APRIL) kemudiannya dikaitkan dengan IgAN dalam kajian persatuan seluruh genom (9). Memandangkan APRIL dan BAFF berkongsi reseptor yang sama, paksi BAFF/APRIL telah terlibat dalam patogenesis penyakit IgAN.

Oleh itu, kami membuat hipotesis bahawa dalam penetapan tahap BAFF / APRIL yang tinggi, sel-sel perembesan IgA yang berasal dari mukosa direkrut ke buah pinggang dan menyumbang kepada pembangunan IgAN. Untuk menguji hipotesis ini, kami mencirikan profil mikrobiom tonsil dan najis bagi kohort besar pesakit dengan IgAN berbanding dengan peserta kumpulan kawalan tidak berkaitan yang dipadankan dengan isi rumah. Kami mengenal pasti peningkatan pengangkutan Neisseria tonsil dan peningkatan pengeluaran IgA yang disasarkan anti-Neisseria dalam darah kohort pesakit kami. Kami menterjemah balik pemerhatian ini ke dalam model IgAN eksperimen dan mendapati bahawa tahap BAFF yang tinggi menimbulkan tindak balas imun sistemik berat sebelah IgA yang dipertingkatkan kepada pendedahan Neisseria mukosa. Kami mencatatkan peningkatan ekspresi RNA yang mengekodkan varian IgA yang dirembeskan di dalam buah pinggang tikus eksperimen kami, mencadangkan transkripsi IgA tempatan. Menggunakan ELISPOT tersuai, kami mendapati bahawa sel-sel perembesan IgA anti-Neisseria--khusus dapat dikesan dalam buah pinggang tikus ini. Penemuan kami menunjukkan bahawa tindak balas perumah maladaptif kepada organisma komensal dikaitkan dengan penyakit IgAN dan pengambilan sel perembesan IgA khusus komensal ke buah pinggang.

Keputusan

Analisis rRNA 16s mendedahkan perubahan dalam mikrobiom tonsil pesakit dengan IgAN berbanding dengan kawalan yang sihat.

Memandangkan perkaitan antara faringitis dan hematuria dalam IgAN (4), kami membandingkan mikrobiota tonsil dan najis kohort pesakit dengan IgAN (n=93) dengan individu padanan isi rumah yang tidak berkaitan yang sihat (n {{3} }) menggunakan penjujukan 16S rRNA V4. Ciri-ciri klinikal disediakan dalam Jadual 1. Kami tidak melihat sebarang perbezaan yang signifikan secara statistik dalam kepelbagaian Shannon atau kekayaan taksonomi antara kes dan sampel tonsil kawalan yang sihat (Tambahan Rajah 1; bahan tambahan tersedia dalam talian dengan artikel ini; https://doi.org/ 10.1172/jci.insight.141289DS1). Genus tonsil yang dominan berbeza antara kes dan kawalan (Rajah 1A), dengan trend ke arah perbezaan dalam Neisseria sebagai genus dominan dalam sampel tonsil IgAN (ujian χ2, P=0.15). Oleh itu, kami menilai perbezaan kelimpahan relatif (RA) Neisseria (Rajah 1B) dan mengesahkan kehadiran lebih banyak tonsil Neisseria dalam IgAN berbanding dengan kawalan (2-ujian-t tak terlaras ekor P {{19} }.002). Tiada perbezaan dicatatkan dalam kepelbagaian atau kekayaan taksonomi mikrobiota najis dalam IgAN berbanding dengan kawalan (Tambahan Rajah 2).

Tindak balas imun humoral terhadap Neisseria adalah berat sebelah terhadap IgA berbanding IgG pada pesakit dengan IgAN. Berdasarkan perbezaan yang diperhatikan dalam kelimpahan mikrob tonsil, kami membuat hipotesis bahawa pesakit mungkin menunjukkan titer antibodi antikomensal yang diubah dalam peredaran mereka. Oleh kerana Neisseria mewakili genus yang paling banyak dalam pesakit, kami mengukur tindak balas humoral anti-Neisseria, menilai nisbah anti-Neisseria IgA kepada anti-Neisseria IgG dalam serum. Nisbah ini dilaporkan sebagai tindak balas purata IgA/IgG terhadap panel 4 spesies Neisseria mensal (anti-N. lactamica, N. sicca, N. cinerea dan N. flavescens) dan 4 N. men gingivitis (Nme) patogenik. strain (90/18311, H4476, 208 dan 860800). Seperti yang digambarkan dalam Rajah 2, pesakit dengan IgAN mempamerkan peningkatan dalam nisbah titer antibodi anti-Neisseria IgA/IgG plasma. Peningkatan titer IgA terhadap Neisseria diperhatikan sebagai tindak balas kepada kedua-dua Nme patogenik dan strain komensal (Tambahan Rajah 3). Oleh itu, pesakit dengan IgAN menunjukkan kecenderungan ke arah menghasilkan tindak balas IgA yang dipertingkatkan kepada pelbagai spesies Neisseria komensal dan strain Nme berbanding dengan kawalan sihat.

Kesan overexpression BAFF pada tindak balas imun terhadap Nme dalam tikus BAFF-transgenik. Kami sebelum ini melaporkan bahawa sitokin APRIL (TNFSF13) telah dinaikkan dalam serum pesakit dengan IgAN berbanding dengan kawalan dalam 2 kohort bebas (8). Kami mengesahkan bahawa APRIL dinaikkan pada pesakit dengan IgAN dalam kohort semasa (median 1.98 lwn. 1.55; IQR 1.75, {{10}}.38; P < 0.01). Selain itu, kami memerhatikan korelasi positif antara paras APRIL serum dan proteinuria (Spearman's ρ=0.28, P=0.01). Seperti dalam kajian terdahulu kami, kami tidak melihat perbezaan dalam tahap BAFF serum.

APRIL mengikat TACI, reseptor TNF yang menggalakkan pertukaran kelas kepada IgA (10). TACI juga dirangsang oleh multimer tertib tinggi BAFF, dan overexpression BAFF dalam tikus BAFF-transgenik (BAFF-Tg) adalah mencukupi untuk merangsang TACI, dengan itu meniru isyarat APRIL/TACI (11). Yang penting, apabila mereka berumur, tikus BAFF Tg mempamerkan penyakit seperti IgAN yang dicirikan oleh IgA underglycosylated dalam serum, pemendapan IgA dalam buah pinggang, peningkatan proteinuria, dan patologi buah pinggang (8). Kami sebelum ini menunjukkan bahawa mikrobiota adalah kofaktor penting yang menggalakkan pemendapan kompleks imun IgA dalam buah pinggang BAFF berbanding menekan tikus BAFF-Tg (8). Ini menunjukkan bahawa interaksi hos-mikrobiom mungkin memainkan peranan dalam etiologi IgAN, sekurang-kurangnya pada tikus. Walau bagaimanapun, dalam kajian terdahulu kami, kami tidak menilai sama ada calon mikrob tertentu boleh mempercepatkan patogenesis penyakit seperti IgAN dalam tikus BAFF-Tg.

Oleh itu, kami seterusnya meneroka kemungkinan bahawa tindak balas imun yang disasarkan oleh Neisseira, IgA boleh diperhatikan dalam tikus yang mengekspresikan BAFF. Nama menjangkiti epitelium melalui reseptor CEACAM-1. Kerana Nama akan mengikat manusia tetapi bukan tetikus CEACAM-1 kami menyeberangi tikus BAFF-Tg dengan tikus yang menyatakan bentuk manusia CEACAM-1 (hC-Tg) untuk menjana tikus transgenik berganda (B × hC- Tg). Tikus transgenik dan kawalan rakan bersepah mereka telah dijangkiti secara hidung dengan Nme, dan serum dan lavages hidung kemudiannya dikumpulkan untuk analisis. Seperti yang digambarkan dalam Rajah 3A, walaupun tikus hC-Tgneg (WT) tidak dikolonkan dengan ketara oleh tikus Nme, hC-Tg, dan B × hC-Tg menunjukkan kadar penjajahan Nme yang sama (80% vs. 100%, P {{ 15}} NS) dan beban bakteria yang serupa (192.9 lwn. 116.7, P=NS) pada 5 hari selepas jangkitan. Data ini menunjukkan bahawa tikus B × hC-Tg tidak mempunyai kadar penjajahan Nme yang diubah berbanding dengan tikus WT.

Kami sebelum ini telah menunjukkan bahawa 2 jangkitan hidung diperlukan untuk mendorong imuniti terhadap jangkitan hidung ketiga berikutnya dalam tikus hC-Tg (12). Untuk menentukan sama ada tikus B × hC-Tg menunjukkan pelepasan Nme yang lebih baik berbanding dengan kawalan hC-Tg, kami menjangkiti tikus secara hidung dua kali, pada hari 1 dan 14. Pada 24 jam selepas jangkitan sekunder, kadar jangkitan tikus hC-Tg dan Tikus B × hC-Tg adalah serupa (85% vs. 80%), menunjukkan kekurangan imuniti meneutralkan yang disebabkan oleh 1 pendedahan Nme sebelumnya (Rajah 3B). Ini menunjukkan bahawa ekspresi berlebihan BAFF tidak menghilangkan keperluan untuk 2 jangkitan untuk mendorong perlindungan terhadap penjajahan dalam model tetikus kami.

Memandangkan tiada kesan jelas overexpression BAFF terhadap kerentanan hidung kepada Nme, kami melihat tindak balas antibodi tetikus terhadap penjajahan Nme. Pertama, kami menilai tindak balas IgA dan IgG tempatan kepada Nme. IgG khusus Nme hidung, seperti yang dinilai dalam cecair lavage nasofaring, tidak dikesan dalam mana-mana tikus, dan titer anti-Nme IgA hidung adalah serupa untuk kedua-dua tikus B × hC-Tg dan hC-Tg (Rajah 3C). Kami seterusnya mengukur tindak balas antibodi sistemik terhadap jangkitan Nme. Selepas jangkitan hidung kedua, kedua-dua tikus hC-Tg dan B × hC-Tg menunjukkan tindak balas IgG khusus Nme dalam serum di atas garis dasar, dengan tikus hC-Tg menunjukkan titer IgG anti-Nme min 2-kali ganda lebih besar daripada bahawa dalam tikus B × hC-Tg (164 ng/mL berbanding 54.6 ng/mL) (Rajah 3D). Sebaliknya, tikus B × hC-Tg menunjukkan purata titer anti-Nme IgA dalam serum yang 10-kali ganda lebih tinggi daripada kawalan hC-Tg (321.7 ng/mL berbanding 33.09 ng/mL) (Rajah 3E) . Diambil bersama, penemuan kami menunjukkan bahawa manakala tindak balas IgA tempatan terhadap Nme adalah setanding antara tikus hC-Tg dan B × hC-Tg, tindak balas imun humoral sistemik terhadap pendedahan Nme hidung adalah berat sebelah IgA dalam tikus B × hC-Tg (Rajah 3F).

Kesan penjajahan Nme pada IgA dalam buah pinggang tikus BAFF-Tg. Memandangkan tahap IgA khusus Nme sistemik telah meningkat dengan ketara dalam tikus BAFF-Tg, kami membuat hipotesis bahawa gabungan transgen BAFF dan jangkitan Nme boleh mempercepatkan patologi buah pinggang berbanding tikus BAFF-Tg yang tidak dijangkiti. Oleh itu, kami menilai pengembangan mesangial glomerular dengan mengotorkan bahagian buah pinggang dengan asid berkala-Schiff (PAS). Menggunakan skor separa kuantitatif pengembangan mesangial, kami melihat trend yang tidak ketara ke arah peningkatan pengembangan mesangial dalam tikus B × hC-Tg (Rajah 4, A dan B).

Kami seterusnya mengkaji kesan jangkitan Nme pada pemendapan IgA dalam buah pinggang, ciri diagnostik IgAN. Menggunakan imunohistokimia, pemendapan IgG mesangial tidak dikesan dalam mana-mana tikus (data tidak ditunjukkan). Selain itu, kami tidak melihat IgA mesangial dalam buah pinggang tikus WT atau hC-Tg. Sebaliknya, tikus B × hC-Tg dan BAFF-Tg mempamerkan pemendapan IgA di kawasan pengembangan mesangial PAS + (bahagian perwakilan dalam Rajah 4C). Untuk analisis yang lebih kuantitatif, ekspresi mRNA yang mengekodkan bentuk sambatan yang dirembeskan IgA dinilai oleh PCR kuantitatif dalam buah pinggang semua kumpulan tikus (Rajah 4D). Terdapat perbezaan yang ketara dalam ekspresi bentuk sambatan yang dirembeskan IgA merentas kumpulan (Kruskal-Wallis 1-cara ANOVA, P=0.01), dengan tikus transgenik berganda (B × hC-Tg) menunjukkan tahap ekspresi IgA yang jauh lebih tinggi berbanding dengan kumpulan eksperimen lain (ujian perbandingan berbilang Dunn diselaraskan P <0.05 untuk semua perbandingan). Keputusan ini menunjukkan bahawa penjajahan tikus BAFF-Tg dengan Nme menghasilkan ekspresi IgA yang ditambah dalam buah pinggang itu sendiri.

Baru-baru ini mendapati bahawa sel-sel perembesan IgA yang berasal dari mukosa berhijrah ke tisu otak pada tikus dengan ensefalitis eksperimen (2), kami membuat hipotesis bahawa ekspresi intrarenal mRNA IgA mungkin mencerminkan kehadiran sel-sel penghasil IgA antikomensal yang telah berhijrah dari tapak pendedahan awal pathobiont. Oleh itu, kami mereka bentuk ujian ELISPOT tersuai untuk mengesan sel rembesan anti-badan khusus Nme. Plat ELISPOT pertalian tinggi disalut dengan Nme yang dibunuh haba dan diinkubasi dengan penggantungan sel tunggal sel imun yang berasal dari buah pinggang daripada tikus eksperimen kami; Antibodi pengesanan IgA konjugasi HRP kemudiannya ditambah. Kami mendapati bahawa sel-sel perembesan IgA khusus Nme telah dikenal pasti dalam parenchyma buah pinggang tikus yang dijangkiti Nme, terutamanya dalam penetapan tahap BAFF yang meningkat (B × hC-Tg tikus, Rajah 5).

Figure 1. Tonsil microbiota. (A) The most abundant genus (>2× kelimpahan relatif genus yang paling banyak seterusnya) dalam swab tonsil pada pesakit dengan IgAN ialah Neisseria. Setiap warna mewakili genus individu, dan paksi-y menunjukkan perkadaran sampel dengan genus tersebut sebagai organisma yang paling banyak (χ2, P=0.18). (B) Kelimpahan relatif genus Neisseria adalah lebih tinggi dengan ketara dalam IgAN berbanding individu kawalan sihat dipadankan isi rumah yang tidak berkaitan (2-ujian-t tak terlaras ekor P=0.002).