人类替代NF-κB通路缺陷中的抗I型干扰素自身抗体

Autoantibodies against type I IFNs in humans with alternative NF-κB pathway deficiency

作者信息Tom Le Voyer, Audrey V Parent, Xian Liu, Axel Cederholm, Adrian Gervais, Jérémie Rosain, Tina Nguyen, Malena Perez Lorenzo, Elze Rackaityte, Darawan Rinchai, Peng Zhang, Lucy Bizien, Gonca Hancioglu, Pascale Ghillani-Dalbin, Jean-Luc Charuel, Quentin Philippot, Mame Sokhna Gueye, Majistor Raj Luxman Maglorius Renkilaraj, Masato Ogishi, Camille Soudée, Mélanie Migaud, Flore Rozenberg, Mana Momenilandi, Quentin Riller, Luisa Imberti, Ottavia M Delmonte, Gabriele Müller, Baerbel Keller, Julio Orrego, William Alexander Franco Gallego, Tamar Rubin, Melike Emiroglu, Nima Parvaneh, Daniel Eriksson, Maribel Aranda-Guillen, David I Berrios, Linda Vong, Constance H Katelaris, Peter Mustillo, Johannes Raedler, Jonathan Bohlen, Jale Bengi Celik, Camila Astudillo, Sarah Winter, NF-κB Consortium, COVID Human Genetic Effort, Catriona McLean, Aurélien Guffroy, Joseph L DeRisi, David Yu, Corey Miller, Yi Feng, Audrey Guichard, Vivien Béziat, Jacinta Bustamante, Qiang Pan-Hammarström, Yu Zhang, Lindsey B Rosen, Steve M Holland, Marita Bosticardo, Heather Kenney,
PMID37938781
期刊Nature
发布时间2023-11
DOI10.1038/s41586-023-06717-x

实验完整度

本研究包含多层级证据:体外功能实验(NFKB2变异体的过表达、荧光素酶报告基因、Western blot、共聚焦显微镜)、患者队列分析(n=73)、患者样本检测(自身抗体中和活性、CyTOF、蛋白芯片)、胸腺组织免疫荧光以及Nfkb2+/Y868*小鼠模型验证,明确了机制链路。

主要模型

HEK293T细胞 HeLa细胞 患者来源的原代成纤维细胞 Nfkb2+/Y868*小鼠 患者外周血和胸腺组织

重点核对

NFKB2变异体的功能分类(p52LOF/IκBδGOF, p52LOF/IκBδLOF, p52GOF/IκBδLOF) 抗I型干扰素自身抗体的检测和中和活性(IFNα-2, IFNω, IFNβ) 患者胸腺组织中AIRE表达和mTEC发育 Nfkb2+/Y868*小鼠模型中的AIRE+ mTEC数量和AIRE表达水平 COVID-19严重程度与AAN-I-IFN存在的关联

摘要

由常染色体隐性AIRE缺陷引起的自身免疫性多内分泌腺病综合征1型(APS-1)患者产生的自身抗体能够中和I型干扰素(IFNs),这使其易患危及生命的COVID-19肺炎。本文报道,常染色体隐性NIK或RELB缺陷,或特定类型的常染色体显性NF-κB2缺陷患者,也产生中和I型干扰素的自身抗体,并且患危及生命的COVID-19肺炎的风险更高。在常染色体显性NF-κB2缺陷患者中,这些自身抗体仅见于携带同时与转录(p52活性)功能丧失(LOF)(由于p100加工生成p52受损)和调节(IκBδ活性)功能获得(GOF)(由于未加工的p100积累,从而增加IκBδ的抑制活性)相关的变异的杂合个体(以下简称p52LOF/IκBδGOF)。相比之下,在携带导致p100和p52单倍剂量不足的NFKB2变异(以下简称p52LOF/IκBδLOF)或p52功能获得(以下简称p52GOF/IκBδLOF)的杂合个体中,未发现中和I型干扰素的自身抗体。与APS-1患者相比,NIK、RELB或NF-κB2缺陷患者的组织特异性自身抗体很少。然而,他们的胸腺结构异常,表达AIRE的髓质胸腺上皮细胞很少。人类替代NF-κB通路的先天错误损害表达AIRE的髓质胸腺上皮细胞的发育,从而成为产生抗I型干扰素自身抗体和易患病毒性疾病的基础。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
人类替代NF-κB通路的先天错误是否会导致抗I型干扰素自身抗体的产生,从而增加病毒性疾病的易感性?
核心机制
人类替代NF-κB通路(NIK/RELB/NF-κB2-p52)的缺陷损害了胸腺中表达AIRE的髓质胸腺上皮细胞(mTECs)的发育,导致AIRE表达不足,破坏了中央耐受,从而产生抗I型干扰素自身抗体,增加了病毒性疾病的易感性。
主要证据
通过体外过表达实验将NFKB2变异体分类;在患者队列中检测到AAN-I-IFNs;免疫荧光显示患者胸腺缺乏AIRE和Hassall小体;Nfkb2+/Y868*小鼠模型显示AIRE+ mTEC数量减少和AIRE表达降低;并且这些自身抗体在COVID-19患者中阻止了ISG的诱导,而外源性IFNβ可恢复。
研究意义
该研究定义了一组新的先天免疫错误,其通过损害AIRE依赖性中枢耐受导致AAN-I-IFNs的产生。这有助于识别具有严重COVID-19肺炎和其他病毒性疾病风险的患者,并提示增强的预防或治疗干预可能改善预后。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

NFKB2变异体的功能分类

确定患者携带的NFKB2变异体对p52转录活性和IκBδ调节活性的功能性影响。

通过过表达实验,在HEK293T细胞中进行荧光素酶报告基因检测以评估p52活性,通过Western blot和共聚焦显微镜评估p100加工、p52核转位和IκBδ功能。

2

患者队列的临床和免疫学特征分析

描述不同NF-κB2缺陷类型患者的临床表现和免疫学特征。

通过国际协作招募患者,收集临床数据,使用CyTOF和UMAP聚类分析外周血免疫细胞。

3

检测抗I型干扰素自身抗体

检测患者血浆中是否存在中和I型干扰素的自身抗体。

使用Gyros、多重微球法和基于荧光素酶的中和实验检测并量化抗I型干扰素自身抗体的存在和功能。

4

胸腺组织学和AIRE表达分析

评估患者胸腺结构和AIRE表达是否正常。

通过免疫荧光染色分析胸腺组织样本,评估皮层/髓质结构、mTEC标记物(如UEA-1、K5、K8)和AIRE的表达。

5

小鼠模型验证

在体内模型中验证p52LOF/IκBδGOF变异对mTEC发育和AIRE表达的影响。

分析Nfkb2+/Y868*小鼠的胸腺,通过流式细胞术和免疫荧光评估TEC亚群和AIRE表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
X-tremeGENE 9 DNA转染试剂Merck--
Dual-Glo荧光素酶检测系统Promega--
RIPA裂解缓冲液----
PROTEAN TGX预制蛋白胶Bio-Rad--
Pierce ECL蛋白质印迹底物Thermo Fisher Scientific--
抗p100/p52抗体Cell Signaling Technology4882
抗p105/p50抗体Cell Signaling Technology3035
抗p65抗体Santa Cruz Biotechnologysc-372
抗RELB抗体Santa Cruz Biotechnologysc-48366
抗REL抗体Santa Cruz Biotechnologysc-6955
腔室盖玻片iBidi80826
ProLong-gold封片剂----
重组人IFNα-2Miltenyi Biotec130-108-984
重组人IFNωMerckSRP3061
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素Thermo Fisher ScientificA39257
Alexa Fluor 647山羊抗人IgGThermo Fisher ScientificA21445
Gyrolab X-Pand仪器Gyros Protein TechnologiesP0020520
Bioaffy 1000 CDGyros Protein TechnologiesP0004253
双荧光素酶报告基因1000检测系统PromegaE1980
重组人IFNβMiltenyi Biotec130-107-888
HuProt蛋白芯片CDI laboratories--
AnteoTech多重微球激活试剂盒AnteoTechA-LMPAKMM-10
MagPlex磁珠Luminex--
抗内因子抗体Thermo Fisher Scientific14-5668-01
SARS-CoV-2 R基因检测试剂盒bioMérieux--
NUCLISENS easyMAG核酸提取仪bioMérieux--
Bio-Rad CFX96仪器Bio-Rad--
BioFire呼吸道2.1 plus检测板bioMérieux--
Maxwell16 LEV simplyRNA血液提取试剂盒Promega--
Nanostring技术Nanostring--
FilmArray 2.0和FilmArray Torch仪器BioFire Diagnostics--
Helios仪器Fluidigm--
抗K8抗体Abcamab192468
抗K5抗体Abcamab193894
抗AIRE抗体eBioscience14-9534-82
抗泛角蛋白抗体Abcamab9377
抗K10抗体Abcamab194231
生物素化的UEA-1Vector LaboratoriesB-1065-2
Live/Dead可固定蓝色死细胞染料Thermo Fisher Scientific--
抗小鼠CD16/CD32抗体UCSF Hybridoma Core Facility--
FOXP3染色缓冲液试剂盒eBioscience--
抗AIRE抗体(5H12)eBioscience53593482
抗CD45抗体(30-F11)BioLegend103130
抗EPCAM抗体(G8.8)BioLegend118218
抗I-Ak抗体(10-3.6)BioLegend109908
DAPIBioLegend422801
Leica SP8激光共聚焦显微镜Leica--
GraphPad Prism软件GraphPad Softwarev.9.5.0
Illumina NovaSeq S2仪器Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
NFKB2变异体功能分类
NFKB2变异体的具体类型(p52LOF/IκBδGOF, p52LOF/IκBδLOF, p52GOF/IκBδLOF)和所使用的功能性实验(荧光素酶报告基因、Western blot、共聚焦显微镜)
阅读提示:Methods: Functional evaluation of NFKB2 variants
患者队列研究
患者队列的样本量(n=73)、NFKB2变异体的类型、临床和免疫学数据的收集方法
阅读提示:Methods: Participants and samples, Definitions and outcome measures
抗I型干扰素自身抗体检测
检测方法(Gyros、多重微球法、荧光素酶中和实验)、所使用的细胞系、细胞处理条件、IFN刺激浓度和中和活性的判定标准
阅读提示:Methods: Detection and functional evaluation of anti-cytokine autoantibodies
胸腺组织学分析
胸腺样本的来源、固定和包埋方法、抗原修复方法、抗体浓度、染色步骤
阅读提示:Methods: Immunostaining of human thymus sections
小鼠模型分析
小鼠品系(NOD)、基因型(Nfkb2+/Y868*)、养条件、组织处理和免疫染色方法
阅读提示:Methods: Mice, Mouse mTEC isolation and flow cytometry, Immunostaining of mouse thymus sections
COVID-19严重程度评估
COVID-19严重程度的评判标准(NIH评分)、患者是否接种疫苗
阅读提示:Methods: Definitions and outcome measures
统计方法
所使用的统计学检验方法(Mann-Whitney U检验、Student t检验、方差分析)和样本量
阅读提示:Methods: Statistical methods
IFN score测定
RNA提取方法、所用Nanostring试剂盒、内部参考基因
阅读提示:Methods: Blood and nasal IFN score determination
蛋白芯片
芯片类型(HuProt)、血清稀释度、孵育时间和缓冲液、数据分析方法(log2 FC cutoff)
阅读提示:Methods: Protein microarray
多重微球法
所使用的分析物、微球类型、样品稀释度和孵育步骤
阅读提示:Methods: Multiplex bead arrays
CyTOF
抗体panel、染色和固定方法、仪器设置
阅读提示:Methods: CyTOF
RNA-seq
RNA提取、文库制备、测序平台和深度、数据分析流程
阅读提示:Methods: RNA extraction, sequencing and analysis
胸腺体积CT评估
患者CT扫描的选择标准、胸腺测量的具体维度(厚度、宽度、高度)、对照组的选择
阅读提示:Methods: Thymus CT scan
组织学分析
组织固定和染色程序(H&E)、淋巴细胞浸润的评估方法
阅读提示:Methods: Histology
PhIP-seq
噬菌体文库类型、血清样本信息、免疫沉淀和测序流程、数据标准化和hit定义
阅读提示:Methods: PhIP–seq with a mouse proteome library