Type I Interferon system activation in primary Sjogren's syndrome

Sjögren syndrome (SS or autoimmune epithelitis) is a chronic autoimmune disease characterized by a lymphocytic infiltration and consequent progressive destruction of the exocrine glands (mainly salivary and lacrimal glands) leading to the loss of secretory function and mucosal dryness (xerostomia and xerophtalmia). SS is divided in primary (pSS) and secondary (sSS) when associated with other autoimmune diseases such as RA.A growing body of evidence suggests the pivotal role of Interferon (IFN) in the pathogenesis of many autoimmune diseases including pSS. IFNs are ubiquitous cytokines expressed by all mononuclear blood cells (especially plasmacytoid dendritic cells – pDCs) in response to mostly viral infections. IFNs are divided in 3 major types (known as type I, type II, and type III). In total, IFNs promote or inhibit the expression of more than 300 genes that are implicated in various physiological and pathological processes of innate and adaptive immunity.Genetic expression and microarray studies in both peripheral blood mononuclear cells and salivary glands of pSS patients provided evidence supporting the crucial role of IFN in pSS. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in genes implicated in IFN pathway (IRF5, STAT4, TNPO3) have been strongly associated with increased risk of pSS development. Additionally, histopathological data from salivary glands of pSS patients revealed the increased presence of pDCs (main producers of type I IFN). Inappropriately increased expression of endogenous nucleic acids either as a result of defective methylation or other unknown mechanisms was shown to activate type I IFN system in the salivary glands of pSS patients via the activation of TLR-7/-9 and other cytoplasmic receptors. SS is a systemic disease with up to 40% of patients showing evidence of diverse clinical features from multiple affected organs (extraglandular manifestations). Interestingly the majority of pSS patients presents psychiatric comorbidities such as severe and unexplained fatigue, depression, anxiety disorder and sleep impairment. Moreover, comparably to RA and SLE, recent studies underscored the strong association between SS and premature atherosclerosis as well as the heightened cardiovascular risk in pSS patients.Based on robust data demonstrating that exogenous administration of type I IFN in patients with hepatitis C and other diseases can bring out or deteriorate fatigue and other psychiatric manifestations as well as the recently observed association of type I IFN with subclinical atherosclerosis we aimed to explore the possible association between type I IFN induced gene expression in PBMCs and both the psychiatric comorbidities (anxiety disorder, depression, fatigue and sleep impairment) and the presence of premature atherosclerosis in the pSS patients of our cohort. In a cohort of 106 pSS patients, fatigue, depression, anxiety disorder, personality features and impaired sleep were assessed using the FACIT-F, Zung Depression Scale, Stae-Trait Anxiety Inventory, Eysenck Personality Questionnaire Scale and Athens insomnia Scale respectively. In peripheral blood samples, quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction technique was adopted in order to measure the levels of indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO-1) as well as other IFN inducible genes of type I IFN (IFIT-1, MX-1 and IFI-44) and of type II IFN (MIG-1, GBP-1). IDO-1 converts tryptophan, the precursor molecule of serotonin (5-Hydroxytryptamine), to kinurenine thus leading to decreased serotonin levels in the brain which is known to play a crucial role in the pathogenesis of psychiatric manifestations. Additionally, kinurenine metabolism products are thought to negatively affect central nervous system function. Given that type I IFN promotes the differentiation and activation of B-cells via BAFF gene induction, we then measured serum BAFF levels using ELISA as well as multiple autoantibodies against non-specific and tissue-specific autoantigens. The latter included the autoantibodies against adrenal autoantigen 21-hydroxylase (anti-21 (OH)), based on data from a previous study that associated these autoantibodies with dampened cortisol production which might contribute to the presence of fatigue in pSS patients. Fatigue- defined as FACIT-F 0.90 mm) in carotid and femoral arteries as determined by ultrasound. We initially chose 31 age-/sex-matched pSS patients, to investigate the association between the levels of type I and type II IFN inducible genes expression and the presence of atherosclerotic plaque and of increased IMT levels. No statistically significant difference was observed between increased type I IFN levels and atherosclerotic plaque (p=0.479) as well as hightened IMT levels (p=0.715). Similar results were noted for type II IFN signature. However BAFF mRNA expression levels were significantly associated with plaque formation (p=0.03) in these patients indirectly supporting the hypothesis implicating type I IFN system activation in pSS-related atherosclerosis.Given that sleep impairment and psychological disorders represent common comorbidities in pSS patients as well as significant risk factors for atherosclerosis in the general population, we then explored the possible association between psychological comorbidities and atherosclerosis in the 59 pSS patients from our cohort. 41 out of 59 (69.5%) of these pSS patients had evidence of atherosclerotic plaque and increased IMT levels as determined by ultrasound. In the univariate analysis, age and high triglyceride serum levels were associated both with atherosclerotic plaque and high IMT levels. Hypertension was significantly associated only with IMT levels. Whilst in the univariate analysis we observed a strong association of atherosclerotic plaque with state anxiety and impaired sleep, in the multivariate analysis sleep impairment alone emerged as an idependent risk factor for atherosclerotic plaque in pSS patients (OR = 4.2, 95% CI =1.1-15.6, p = 0.03). This is the first time a strong association between sleep impairment and subclinical atherosclerosis was observed in pSS patients. Provided these results are confirmed in larger studies, they will lead to the inclusion of sleep impairment in the list of risk factors for atherosclerosis in pSS patients. In conclusion, our study showed inverse correlation of type I IFN system activation with fatigue and positive association with premature atherosclerosis through BAFF activation in the setting of pSS. However it also provided new and significant associations of these comorbidities with the psychiatric/psychological profile of these patients.Το σύνδρομο Sjögren (SS ή αυτοάνοση επιθηλίτιδα) είναι μία χρόνια αυτοάνοση νόσος, χαρακτηριζόμενη από λεμφοκυτταρική διήθηση και προοδευτική καταστροφή των εξωκρινών (κυρίως σιελογόνων και δακρυϊκών) αδένων που οδηγεί στην απώλεια της εκκριτικής τους ικανότητας με αποτέλεσμα την εκδήλωση συμπτωμάτων ξηρότητας από τους βλεννογόνους (ξηροστομία και ξηροφθαλμία). Διακρίνεται σε πρωτοπαθές (pSS) και δευτεροπαθές (sSS), όταν εμφανίζεται σε συνδυασμό με άλλα αυτοάνοσα νοσήματα όπως η ρευματοειδής αρθρίτιδα (ΡΑ).Ένας διαρκώς αυξανόμενος αριθμός μελετών αποδεικνύει τον πρωταγωνιστικό ρόλο της ιντερφερόνης στην παθογένεση πολλών αυτοάνοσων νοσημάτων συμπεριλαμβανομένου και του pSS. Οι ιντερφερόνες (IFNs) είναι πανταχού παρούσες κυτταροκίνες που παράγονται από όλα τα μονοπύρηνα κύτταρα ως απόκριση σε λοιμώξεις κυρίως από ιούς. Διαχωρίζονται σε τρεις (3) μεγάλες κατηγορίες γνωστές ως ιντερφερόνες τύπου Ι, τύπου ΙΙ και τύπου ΙΙΙ. Συνολικά οι IFNs επάγουν ή αναστέλλουν την έκφραση τουλάχιστον 300 γονιδίων που εμπλέκονται σε διάφορους μηχανισμούς της φυσικής και επίκτητης ανοσίας. Δεδομένα από μελέτες μικροσυστοιχιών (microarrays) και γονιδιακής έκφρασης τόσο σε μονοπύρηνα κύτταρα του περιφερικού αίματος, όσο και στους σιελογόνους αδένες ασθενών πασχόντων από pSS έχουν αναδείξει τον πρωτεύοντα ρόλο των IFN. Πολυμορφισμοί γονιδίων που εμπλέκονται στο μονοπάτι της ιντερφερόνης (IRF5, STAT4, ΤΝΡΟ3) συσχετίστηκαν με τον κίνδυνο εμφάνισης pSS. Επιπρόσθετα, ανοσοιστοχημικές μελέτες κατέδειξαν την αυξημένη παρουσία πλασματοκυτταροειδών δενδριτικών κυττάρων (pDCs) – των κατεξοχήν κυττάρων παραγωγής IFN- στους σιελογόνους αδένες ασθενών με pSS. Η απρόσφορη έκφραση ενδογενών νουκλεικών οξέων είτε ως αποτέλεσμα διαταραχών μεθυλίωσης ή άλλων αδιευκρίνιστων έως τώρα μηχανισμών φάνηκε ότι οδηγεί σε υπερπαραγωγή τύπου Ι ιντερφερόνης στους σιελογόνους αδένες ασθενών με pSS μέσω ενεργοποίησης Τοll-like υποδοχέων 7 και 9 ή άλλων ενδοκυτταροπλασματικών υποδοχέων.Το SS είναι ένα συστηματικό αυτοάνοσο νόσημα με ως 40% των ασθενών να εμφανίζει κλινικές εκδηλώσεις από πολλαπλά όργανα (εξωαδενικές εκδηλώσεις). Είναι, επίσης, ιδιαίτερα αξιοσημείωτο ότι η πλειονότητα των ασθενών με SS παρουσιάζει ψυχιατρικές συννοσηρότητες όπως έντονο αίσθημα ανεξήγητης κόπωσης, κατάθλιψη, αγχώδης διαταραχή και αυπνία. Οι υποκείμενοι παθογενετικοί μηχανισμοί των συνοσηροτήτων αυτών παραμένουν αδιευκρίνιστοι. Δεδομένου ότι εξωγενής χορήγηση τύπου Ι IFN σε ασθενείς με ηπατίτιδα C και άλλα νοσήματα ευοδώνει ή επιδεινώνει την κόπωση καθώς και άλλες ψυχιατρικές εκδηλώσεις και της πρόσφατα αναδειχθείσας συσχέτισης μεταξύ τύπου Ι IFN με υποκλινική αθηροσκλήρυνση, σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να διερευνήσει την πιθανή συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων των επαγόμενων από την τύπου Ι IFN γονιδίων στο περιφερικό αίμα ασθενών με pSS και των εκδηλώσεων από την ψυχική σφαίρα (αγχώδης διαταραχή, κατάθλιψη, κόπωση και διαταραχές ύπνου) καθώς επίσης και με τα επίπεδα υποκλινικής αθηροσκλήρυνσης στους ασθενείς αυτούς. Σε 106 ασθενείς με pSS μελετήθηκαν η κόπωση, η κατάθλιψη, η αγχώδης διαταραχή, χαρακτηριολογικά χαρακτηριστικά και η διαταραχή ύπνου μέσω της χρήσης των ερωτηματολογίων Functional Assessment of Chronic Illness Therapy-Fatigue, Σκάλα Κατάθλιψης κατά Zung, State-Trait Anxiety Inventory, Eysenck Personality Questionnaire Scale, Athens Insomnia Scale αντίστοιχα. Με τη μέθοδο ποσοτικής ανάδρομης τρανσκριπτάσης- αλυσιδωτής αντίδρασης της πολυμεράσης υπολογίστηκαν σε δείγματα περιφερικού αίματος τα επίπεδα έκφρασης του γονιδίου της ινδολεαμίνης 2,3-διοξυγενάσης (IDO-1). To IDO-1 επάγεται από την IFN και μετατρέπει την τρυπτοφάνη, το πρόδρομο μόριο της σεροτονίνης (5-υδροξυτρυπταμίνη), σε κινουρενίνη με αποτέλεσμα να μειώνονται τα επίπεδα σεροτονίνης στον εγκέφαλο, γεγονός που ενοχοποιείται για την εκδήλωση ψυχιατρικών διαταραχών. Επιπλέον, οι μεταβολίτες της κινουρενίνης πιστεύεται ότι ασκούν τοξικές επιδράσεις στη λειτουργικότητα του εγκεφάλου. Με την ίδια μέθοδο (qRT-PCR) μετρήθηκαν τα επίπεδα και άλλων επαγόμενων γονιδίων από την τύπου Ι (IFIT-1, MX-1 και IFI-44) και τύπου ΙΙ (MIG-1, GBP-1) IFN. Δεδομένου ότι η ιντερφερόνη τύπου Ι επάγει τη διαφοροποίηση και ενεργοποίηση των Β-λεμμφοκυττάρων κυρίως μέσω παραγωγής του παράγοντα ενεργοποίησης των Β-λεμφοκυττάρων BAFF, προσδιορίσαμε τα επίπεδα BAFF στον ορό των ασθενών αυτών με τη χρήση ELISA καθώς επίσης και μιας σειράς αυτοαντισωμάτων έναντι μη ειδικών και οργανοειδικών αυτοαντιγόνων. Στα τελευταία συμπεριλήφθησαν αντισώματα έναντι του επινεφριδιακού αυτοαντιγόνου 21-υδροξυλάση (anti-21(OH)) τα οποία σε προηγούμενη μελέτη είχαν συσχετισθεί με μειωμένη απόκριση παραγωγής κορτιζόλης, που ενδεχομένως να συμβάλλει στο αίσθημα κόπωσης των ασθενών αυτών. Η παρουσία κόπωσης- οριζόμενη ως FACIT-F