Autosomal dominant Hyper-IgE syndrome (HIES) is caused by dominant negative mutations of STAT3, a transcription factor that is critical for T-cell differentiation and consequently for the correct functioning of the immune system. HIES patients present with uncontrolled, recurrent infections with opportunistic pathogens (S.aureus and C. albicans) and high levels of IgE antibodies, leading to eczema. While the reasons for the aberrant IgE production are incompletely understood, opportunistic pathogens persist because T-cells of HIES patients are unable to produce key pro-inflammatory cytokines, namely Interleukin (IL)-17.
STAT3-deficient CD4+ cells had indeed impaired IL-17A production as expected, but produced B-helper cytokines like IL-10 and IL-21 normally. Furthermore, STAT3-deficient CD4+ cells expressed reduced but detectable Th17 associated surface markers such CCR6 and CD161. Surprisingly, CD4+ T cells could acquire IL-17A production in vitro, although with a lower efficiency then STAT3-sufficient cells. Thus, HIES patients have a severe, but not complete defect in Th17-cell differentiation. Unbiased analysis, based on the use of FlowSOM clustering and dimensionality reduction technique UMAP, indicated that there was an increased number of naïve CD4+ T cells in HIES patients compared to healthy donors, suggesting a defect in the differentiation of CD4+ lymphocytes.
To better understand the defects of STAT3-deficient cells, we evaluated their ability to response to antigens belonging to opportunistic pathogens, such as S. Aureus, S. Pneumonia and C. Albicans, that cause recurrent infections in HIES patients. Compared to healthy donors, STAT3-deficient CD4+ cells show an increased production of both pro- (IFN-γ and IL-2) and anti- (IL-10) inflammatory cytokines in response to heat killed S. Aureus and S. Pneumoniae. These data suggest that STAT3-deficient CD4+ cells are not unresponsive to opportunistic pathogens but, at the same time, underline the presence of an altered cytokine production compared to healthy donors.
Our results represent an opportunity to understand the role of STAT3 in human immune responses and they could pave the way for novel therapies to control opportunistic infections (adoptive transfer of autologous, in vitro generated, pathogen-specific Th17-cells) in HIES patients.
Regolazione delle risposte mediate dai linfociti T nei pazienti con sindrome di Hyper-IgE (HIES)
La sindrome da iper-IgE (HIES) è una malattia genetica rara causata da un difetto del "Trasduttore di segnale e attivazione della trascrizione (STAT) 3", che svolge un ruolo chiave nella regolazione delle risposte immunitarie contro i patogeni. I pazienti con HIES infatti presentano una risposta inefficiente contro agenti patogeni opportunistici (come Candida Albicans e Staphylococcus aureus) e soffrono di conseguenza di infezioni ricorrenti. Questo difetto immunologico è causato da una classe di cellule appartenenti al Sistema immunitario (linfociti CD4+) che sono responsabili di una produzione insufficiente di due mediatori solubili, chiamati Interleuchina (IL) -17 e IL-22, che negli individui sani regolano la risposta ad agenti patogeni. Inoltre, come indicato anche dal nome della malattia, i pazienti HIES hanno una produzione di anticorpi di classe E (IgE) esagerata, che inducono reazioni come l'eczema. Anche questo secondo difetto immunologico è conseguenza di una funzione inappropriata dei linfociti T CD4 +, poiché quest'ultimi possono anche produrre mediatori solubili, chiamati IL-4 e IL-21, che inducono la produzione di IgE.
Visto il coinvolgimento dei linfociti CD4+ nella sindrome da iper-Ige, in questo progetto abbiamo caratterizzato da un punto di vista fenotipico e funzionale i linfociti T CD4+ ottenuti dal sangue di pazienti HIES e li abbiamo confrontati con quelli ottenuti da donatori sani. Abbiamo verificato come nei nostri pazienti ci sia una riduzione dei linfociti capaci di produrre IL-17 e IL-22, ma non la loro totale assenza. Abbiamo successivamente cercato di capire se queste cellule fossero in grado di rispondere agli agenti patogeni che causano infezioni ricorrenti nei pazienti HIES. I nostri dati indicano che I linfociti T CD4+ dei pazienti sono comunque in grado di rispondere a C. Albicans e S. Aureus, anche se i mediatori solubili prodotti da queste cellule sono diversi da quelli originati invece dai donatori sani, indicando come nei pazienti con sindrome da iper-IgE non vi sia una mancata risposta ai patogeni, ma piuttosto una risposta alterata.
I dati da noi ottenuti, aprono le porte per poter proverare ad espandere ed "educare" i linfociti T CD4 + da pazienti HIES, che riconoscono i patogeni opportunistici rilevanti, per produrre IL-22 e/o IL-17 in modo stabile. Queste cellule modificate potrebbero quindi essere reinfuse negli stessi pazienti per migliorare il controllo delle infezioni opportunistiche. Oltre a questi possibili impatti clinici futuri, questo progetto migliorerà significativamente la nostra comprensione dei linfociti T CD4+.