Hlavní studie říká, že reinfekce malárie vytváří speciální imunitní buňky

V průkopnickém objevu, který by mohl přetvořit naše chápání imunitního systému a připravit cestu pro revoluční nové vakcíny a drogy, vědci charakterizovali dříve méně srozumitelnou imunitní buňku s silnými regulačními funkcemi.

Zjistili, že imunitní buňky zvané t_R1 buňky hrají dominantní roli při montáži imunitní odpovědi na malárii. Důsledky studie, zveřejněné v časopise Vědecká imunologie25. dubnajsou dalekosáhlé a potenciálně otevírají nové cesty k dobytí nejen malárie, ale i mnoha dalších „obtížných“ infekcí, pro které nám v současné době chybí efektivní vakcíny.

Linie obrany

Lidský imunitní systém má komplexní vícevrstvou obranu proti infekcím. Jeho arzenál zbraní zahrnuje četné komponenty a subkomponenty s přesně definovanými úkoly. Musí se také navzájem koordinovat, aby se zajistilo, že odpověď je účinná a minimalizuje sebepoškozování.

Když infekční agent poruší první vrstvy obrany (kůže a sliznice), reagují specializované ramena imunitního systému. Prvním z nich je vrozená imunita: působí proti jakékoli hrozbě, která není specificky, zatímco aktivuje jiné ramena systému, které se společně nazývají adaptivní imunita.

Kromě jednání proti hrozbě ukládá adaptivní imunita záznam o molekulárním podpisu hrozby nebo antigenu s pomocí paměťových buněk. Každý antigen má specifické paměťové buňky. Když rozpoznají antigen, se kterým se setkali dříve, zrychlují a zvyšují imunitní odpověď.

Tato adaptivní imunita má dva důležité subkomponenty. Humorální imunita zprostředkovaná protilátkou je zprostředkována hlavně B-buňkami, zatímco imunita zprostředkovaná buňkami zahrnuje T-buňky.

Skuteční hrdinové

Nová studie vedená Jasonem Nidefferem ze Stanfordské univerzity se zaměřila na podtyp T-buněk s názvem CD4⁺ buňky. Rovněž se nazývají pomocné buňky, protože pomáhají aktivovat B-buňky, T-buňky a imunitní buňky jako makrofágy během imunitní odpovědi.

Tým zkoumal pomocné buňky u dětí a dospělých, kteří několikrát trpěli malárií. Jednou podmnožinou pomocných buněk jsou regulační T-buňky typu 1 nebo t_R1 buňky. Další podmnožinou pomocných buněk je t_H1 buňky.

Studie byla provedena ve východní Ugandě, kde parazit malárie Plasmodium falciparum (Pf zkrátka) se trvale přenáší. Ugandské děti mladší 5 let často trpí každým rokem tři až pět epizod malárie. Po několika epizodách se stanou klinicky imunními asi do věku asi 10 let: tj. Nevyvíjejí příznaky, přestože se infikují Pf znovu.

Vědci to předpokládali Pf-Specifické pomocné buňky hrají klíčovou roli při rozvoji této klinické imunity.

Konkrétně, po mnoho let učebnice malárie uvedla, že lidské tělo reagovalo na a Pf infekce namontováním „klasické“ imunitní odpovědi zprostředkované CD4⁺ T_H1 buňky. Ale sekvenováním více než 500 000 jednotlivých CD4⁺ T-buněk a sledováním jejich genetických čárových kódů vědci zjistili, že T_R1 buňky jsou skuteční hrdinové. Zatímco tvoří pouze asi 3 % klidových buněk CD4⁺, představují téměř 90 % ze všech Pf-Specifické pomocné buňky.

To nás nutí přehodnotit, jak vypadá účinná antimalariální reakce T-buněk.

Technika, která otočila tabulky

Výzkumný tým využil probíhající tříleté studie s názvem Malarie v Uganda Systems Biology and Computational Access Study (Musical). Studie se snaží porozumět malárii v Ugandě pomocí biologických a výpočetních přístupů pokročilých systémů. Vyšetřovatelé sledují účastníky s pravidelným dohledem, včetně krevního nátěru, kvantitativních testů PCR, vzorkování mononukleárních buněk periferní krve.

V nové studii vědci sledovali klony pomocných buněk prostřednictvím více infekcí u lidí, aby posoudili jejich dlouhodobou stabilitu a účinnost, s jakou mohli usnadnit imunitní reakci uvnitř těla po dobu stovek dnů. (Pomocňové buňky, které reagují na stejný antigen, se říká, že jsou navzájem klony.)

Zdravotnický pracovník připravuje očkování proti malárii. Světová zdravotnická organizace schválila použití vakcíny proti malárii Mosquirix u dětí ve věku pěti měsíců do pěti let v říjnu 2021 | Foto kredit: AFP

Prvním jedinečným rysem studie byla jeho podélná povaha. Všechny předchozí studie o tomto tématu byly průřezové, tj. Studium populace v jednom okamžiku. Longitudinální studie jsou náročnější, protože vyžadují opakované biologické vzorkování, aktivní vyhledávání případů a dlouhodobá sledování účastníků.

Vědci použili pokročilou techniku ​​zvanou sekvenováním RNA a T-buněk (TCR) s jedním buňkami a TCR) ke sledování relativní proliferace různých CD4⁺ Klonotypy T-buněk (klony odvozené ze stejné buňky předchůdců), jejich změny poté a zda se po každé infekci vynásobily stejným způsobem. Společně tato data označují paměťový potenciál buněk (jak dobře si pamatují) a klonální věrnost (jak dobře si dělají kopie sebe).

To byl druhý jedinečný rys této studie. Předchozí studie na CD4⁺ Reakce T-buněk na malárii byla založena na jejich charakterizaci pomocí enzymově vázaných imunosorbentových bodových testů nebo přístupů založených na průtokové cytometrii, které mají mnoho inherentních omezení. Výsledkem je, že vědci dosud měli potíže s potvrzením, zda t_R1 buňky vyvolané malárií byly a Bona fide třída pomocných buněk odlišných od ostatních t_H1 buňky.

Sledujte čárový kód

Sekvenováním paměti CD4⁺ T-buňky před, během a vícekrát po opakovaných epizodách malárie získali vědci nezaujatý obrázek CD4⁺ Paměť T-buněk v těle. K provádění svých specifických funkcí potřebuje každá buňka specifické proteiny. Technika sekvenování odhaluje, které proteiny vytváří buňka. Říkejte tomu genetický čárový kód, který sekvenování zní a odhaluje současný stav buňky.

Tým zjistil, že téměř všechny klonotypy vykazovaly silnou preferenci pro jednu ze sedmi podskupin CD4⁺ T-buňky. Toto zjištění bylo možné pomocí týmu používat jednobuněčné genomiku nadarmo. Snad největším zjištěním bylo, že t_R1 buňky také vykazovaly vysokou průměrnou klonální věrnost. Studie také identifikovala t_R1 buňky jako dominantní CD4⁺ T-buněčná podmnožina vyvolaná po dětské malárii a že jsou schopna dlouhodobou paměť s klonální věrností po reinfekci.

Sekvenční vzorky u stejných jedinců také odhalily mnoho klonotypů ve více časových bodech, které si udržely jejich věrnost po stovky dní.

Vědci použili sekvenci TCR čárového kódu každého T-buněk, aby sledovali „kdo byl kdo“, protože buňky přecházely z klidu, klidového stavu do otočného a aktivovaného stavu. Tato technika je nechal vidět-bez jakéhokoli hádání-které geny převrátily všeobecně a které se převrátily pouze v, řekněme, t_R1 buňky. Odhalil přítomnost čerstvých genů specifických pro podmnožinu. Také to ukázalo, že zatímco pomocné buňky „křičely“ vyjádřením TNF a IL-2 geny, regulační buňky zasáhly brzdy exprimujícím FAS gen.

Vědci také provedli další test, který přirovnával sedm podmnožin CD4⁺ T-buněk k armádě se sedmi pluky. Když vyhodili hlasitý roh, každý voják se nabil dopředu. Ale když zamávali konkrétní nepřátelskou vlajku – v tomto případě, Pf-nfikované červené krvinky -pouze jeden pluk, t_R1 Mírověřiči, vykročili vpřed.

Tyto t_R1 vojáci jsou obvykle malou menšinou, ale téměř všechny odznaky T-buněk zaznamenajících malárii patřily k nim. Jinými slovy, lidé, kteří nikdy bojovali s malárií, tento pluk nemají, takže se nic moc neděje, když jejich buňky vidí konkrétní vlajku. Stručně řečeno, vědci byli schopni ověřit, že t_R1 buňky namontovaly zaostřenou, antigen-specifickou reakci na malárii ve stádiu krve a ne širokou, nespecifickou reakci.

S podélnými sledováními vědci zjistili, že T_RHodnota 1 buněk se zvýšila s každou infekcí – i když k druhé infekci došlo stovky dní od prvního – a po několika infekcích se více než ztrojnásobil. Hojnost také korelovala s frekvencí Pf parazity v krvi, což naznačuje, že t_R1 odezva buněk závisí na zatížení antigenu.

Ačkoli hojnost také trochu klesla z vrcholu, jakmile se jednotlivec zotavil z infekce, stále udržoval vyšší základní hladiny u klinicky imunitních jedinců.

Ve skutečnosti, i když podmnožina pomocných buněk zvaná t_H1 buňky se také klonálně rozšířily po symptomatické infekci, nerozšiřovaly se po oživení – zatímco t_R1 pomocné buňky ano. To naznačovalo, že t_H1 buňky pravděpodobně ne Pf-specifické a že jejich expanze po první infekci nesouvisela s infekcí je malárie. Zjištění je důležité, protože téměř zcela neguje návrh z předchozích studií, že malárie primárně indukuje t_H1 odpověď.

Vědci také našli některé předběžné důkazy, které naznačují, že t_R1 Reakce buněk je kódována epigeneticky, což znamená, že odpověď je kontrolována způsobem, který je nezávislý na gentech. Studie genové exprese t_R1 buňky ukázaly, že existují odlišné podskupiny těchto buněk: naivní podobný t_R1 buňky, efektor t_R1 buňky a paměť t_R1 buňky. Rozšíření a kontrakce těchto subpopulací během a po symptomatických infekcích prokázala, že se jedná o funkčně odlišné entity a ověřovaly paměťový potenciál jednotlivce Pf-konkrétní t_R1 klony.

Vyladění imunitního systému

Tyto vhledy do imunitní reakce proti malárii budou pravděpodobně změny her: v přístupech k prevenci nebo řízení infekcí malárie a také z hlediska otevření nových cest k výslechu určitých onemocnění a toho, jak na ně naše těla reagují.

Například prokázáním, že t_R1 buňky jsou ty, které sledují během reinfekce malárie, studie nabízí nové způsoby, jak vyvinout účinné vakcíny proti malárii.

Pokud t_R1 buňky přijímají centrestage a vzhledem k tomu, jak fungují, mohou pomoci tělu nosit Pf Parazity, aniž by to vážně nemocné. Jejich specifická role také otevírá dveře terapiím zaměřeným na hostitele, IE zlepšuje výsledky léčby „laděním“ imunitního systému spíše než za cílení na samotný patogen.

Zjištění mohou také otevřít nové cesty výzkumu imunologie jiných infekčních chorob a nové způsoby, jak je dobýt.

Puneet Kumar je lékař, Kumar Child Clinic, Nové Dillí.