Charakterisierung des Interferonsignalweges in T- und B-Zellsubpopulationen bei COVID-19 Erkrankung und beim primären Sjögren Syndrom

Abstract

Einführung: Interferone (IFN) sind sowohl in der viralen Immunabwehr von Sars-CoV 2 Viren als auch in der Pathogenese von Autoimmunerkrankungen wie dem primären Sjögren Syndrom (pSS) von wesentlicher Bedeutung. Gleichzeitig sind die Zellen des adaptiven Immunsystems maßgeblich an der spezifischen viralen Immunabwehr beteiligt. Auf der anderen Seite spielen B-Zellen eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie des pSS.

Methoden: Periphere T- und B-Zellsubpopulationen von COVID-19 Patient:innen, pSS-Patient:innen, sowie gesunden Kontrollen wurden hinsichtlich ihres Expressionsniveaus von IFN-Signalmolekülen (STAT1/2, IRF1, IRF9) in T- und B-Zellsubpopulationen analysiert. Zusätzlich wurden relevante Phosphorylierungsstellen nach IFN Stimulation untersucht und die Krankheitsaktivität, sowie klinische und serologische Merkmale ausgewertet.

Ergebnisse: Es konnten erhöhte STAT1, STAT2 und IRF9 Moleküle in allen T- und B-Zellsubpopulationen von Patient:innen mit milder und schwerer COVID-19 Erkrankung im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe festgestellt werden. Interessanterweise zeigten schwere COVID-19 Verläufe eine Tendenz zu niedrigeren IFN-Signalwegmolekülen im Vergleich zu leichteren Verläufen. Nach 48h IFNα und IFNỿ Stimulation fanden sich deutlich erhöhte STAT1 Proteine in Gesunden und in milden COVID-19 Erkrankten. Diese Erhöhung fiel bei schweren COVID-19 Verläufen weniger deutlich aus.

Im zweiten Teil wiesen pSS Patient:innen in den meisten T- und B-Zellsubpopulationen erhöhte Werte von Molekülen des IFN-Signalweges auf. Zusätzlich lag bei pSS Patient:innen im Vergleich zu HDs ex vivo im Grundzustand ein geringeres Verhältnis von phosphoryliertem STAT1 und STAT2 zum entsprechenden unphosphorylierten Protein vor. Gleichzeitig zeigten B-Zellsubpopulationen von pSS Patient:innen erhöhte STAT1 Phosphorylierungen nach IFN-Stimulation. Hohe STAT1- und IRF9-Konzentrationen in B-Zellen beim pSS waren signifikant mit einer Hypergammaglobulinämie sowie mit Anti-SSA Autoantikörpern verbunden. Des Weiteren konnte STAT1 als Biomarker zur Identifikation von pSS Patient:innen mit extraglandulären Manifestation genutzt werden. Die IRF9-Werte korrelierten in T- und B-Zellsubpopulationen mit dem Krankheitsaktivitätsindex (ESSDAI).

Schlussfolgerung: Insgesamt zeigt die vorliegende Dissertation, dass bei Patient:innen mit COVID-19 Erkrankung ein aktivierter IFN-Signalweg in T- und B-Zellen vorliegt, welcher in schweren COVID-19 Verläufen reduziert ist. Es konnte beim pSS eine verstärkte chronische IFN-Signalwegaktivierung in T- und B-Zellen gefunden werden. Diese Dauerstimulation spiegelt sich in erhöhter serologischer Autoimmunität wider. Zusätzlich konnte STAT1 als Biomarker für extraglanduläre pSS Manifestationen identifiziert werden, während IRF9-Werte als Biomarker für die Krankheitsaktivität eingesetzt werden können.

Introduction: Interferons (IFN) are essential in the viral immune defence of Sars-CoV 2 viruses as well as in the pathogenesis of autoimmune diseases such as Sjögren's disease (SjD). At the same time the cells of the adaptive immune system are significantly involved in the specific viral immune defence. On the other hand, B cells play an important role in the pathophysiology of SjD.

Methods: Peripheral T and B cell subsets of COVID-19 patients, SjD patients and healthy controls (HDs) were analyzed for their expression levels of IFN signaling molecules (STAT1/2, IRF1, IRF9) in T and B cell subsets. In addition, the phosphorylation sites were analyzed after IFN stimulation. Disease activity, associated clinical and serological characteristics were also evaluated.

Results: Increased STAT1, STAT2 and IRF9 molecules were detected in all T and B cell subsets of patients with mild and severe COVID-19 disease compared to the healthy control group. Interestingly, severe COVID-19 courses showed a tendency towards lower IFN signaling pathway molecules compared to milder courses. After 48h of IFNα and IFNỿ stimulation, significantly increased STAT1 proteins were found in healthy individuals and in mild COVID-19 patients. This increase was not as pronounced in severe COVID-19 cases. In the second part, SjD patients showed increased levels of IFN signaling pathway molecules in most T and B cell subsets. In addition, SjD patients had a lower ratio of phosphorylated STAT1 and STAT2 to the corresponding unphosphorylated protein compared to HDs ex vivo. At the same time, B-cell subsets of SjD patients showed increased STAT1 phosphorylation after IFN stimulation. High STAT1 and IRF9 levels in B cells in SjD were significantly associated with hypergammaglobulinaemia and Anti-SSA autoantibodies. Furthermore, STAT1 could be used as a biomarker to identify SjD patients with extraglandular manifestations. IRF9 values correlated with the EULAR Sjögren's syndrome disease activity index (ESSDAI) in T and B cell subsets.

Conclusion: Overall, the present work shows that patients with COVID-19 disease have an activated IFN signaling pathway in T and B cell subsets, which is disrupted in severe COVID-19 courses. SjD patients show increased chronic IFN signaling pathway activation in T and B cell subsets, which maintains permanent stimulation of T and B cells. This is reflected in increased serological autoimmunity. In addition, STAT1 was identified as a biomarker for extraglandular SjD manifestations, while IRF9 values could be used as a biomarker for disease activity.