Characterization of immunologic mechanisms in rare childhood chronic inflammatory diseases: implication for specific therapeutic intervention

A partire da osservazioni in clinica di pazienti con rare malattie genetiche della regolazione della risposta immune, in questo studio abbiamo analizzato le alterazioni delle vie coinvolte nei meccanismi di malattia con lo scopo di identificare target terapeutici specifici . In particolare lo studio si è focalizzato su due condizioni, l’una caratterizzata da un’anomalia nella risposta immune innata con flogosi cronica, l’altra caratterizzata da un’alterazione dei meccanismi di mantenimento della self tolerance: i) Una rara malattia autosomica dominante chiamata sindrome PAPA (pyogenic sterile arthritis, pyoderma gangrenosum, acne, OMIM 604410), che colpisce maggiormente le articolazioni e la pelle. La sindrome PAPA è classificata tra le malattie auto-infiammatorie croniche, caratterizzata da ricorrenti episodi infiammatori in assenza di un evento scatenante e in assenza di elevati livelli di auto-anticorpi o auto-antigeni. Questa malattia è causata da mutazioni del gene CD2BP1 (CD2 binding protein 1). Abbiamo studiato una famiglia affetta dalla sindrome PAPA e abbiamo osservato un’alterazione nella produzione delle citochine TNFtumor necrosis factor alfa) e IL-1 (interleuchina-1 beta). Questi risultati sperimentali hanno fornito il background per la somministrazione terapeutica di etanercept, un inibitore del TNF, con conseguente rapida remissione clinica del paziente. ii) Una severa malattia autoimmune multiorgano la sindrome IPEX (Immunodysregulation, Polyendocrinopathy, Enteropathy, X-linked OMIM 304790). Questa malattia è causata da mutazioni nel gene FOXP3 (transcription factor fork-head box protein 3) con conseguente alterazione e/o assenza della popolazione delle cellule T regolatorie (Treg). Abbiamo studiato due pazienti affetti da sindrome IPEX. Le mutazioni identificate non coinvolgono direttamente il dominio funzionale DNA-binding di FOXP3. La popolazione cellulare T CD4+CD25+ è stata isolata ed analizzata. È stata riscontrata un’alterazione del potenziale inibitorio delle cellule Treg. Recentemente è stato dimostrato che il trattamento di pazienti con la fotoferesi (ECP, “extracorporeal photopheresis”) aumenta i livelli circolanti di cellule Treg in vivo. Nonostante l’efficacia di tale trattamento debba essere ancora dimostrata in trials clinici controllati, la letteratura suggerisce che l’ECP rappresenti una valida alternativa alle convenzionali terapie immuno-soppressive. A scopo terapeutico, uno dei pazienti IPEX è stato sottoposto a trattamento con ECP. I nostri risultati dimostrano che il trattamento con ECP induce un significativo incremento della popolazione cellulare T CD4+CD25+ con proprietà inibitorie ed è associato ad un miglioramento clinico del paziente.The molecular defects recently identified in rare childhood immune-dysregulations outline critical steps in the pathways that contribute to the development of normal innate immune responses and the maintenance of self-tolerance. This project is based on the study of the mechanisms involved in the alteration of immune regulation, both in hereditary autoimmune diseases and in chronic inflammation, with the aim of developing a therapeutic target. Our attention has focused on: i) A rare autosomic dominant inherited disorder of childhood named PAPA syndrome (pyogenic sterile arthritis, pyoderma gangrenosum, acne, OMIM 604410), primarily affecting the joints and skin. This disease falls under the definition of chronic auto-inflammatory diseases, characterized by recurrent “unprovoked” inflammatory events which are not associated with high-titre of auto-antibodies or auto-antigen specific T cells. The disease has been associated with mutations in the CD2 binding protein 1 (CD2BP1) gene. We have observed a family affected with PAPA syndrome and identified an alteration in the tumor necrosis factor- α (TNFα) and early interluekine-1 (IL-1 production. This laboratory finding was associated with a valuable therapeutic goal represented by the administration of the TNF inhibitor etanercept which resulted in a rapid, sustained clinical remission. ii) A sever multi-organ autoimmune disease, the IPEX syndrome (Immunodysregulation, Polyendocrinopathy, Enteropathy, X-linked OMIM 304790). The disease is caused by mutations in the FOXP3 gene (transcription factor fork-head box protein 3) which results in absence/alteration of the regulatory T cells (Treg) population. We have studied two IPEX patients with a milder clinical phenotype and have identified their mutations which lay outside the FOXP3 functional DNA binding domain. The CD4+CD25+ T cell population was studied and analysed. A functional impairment in the suppressive properties of these cells was found. It has been recently demonstrated that extracorporeal photopheresis (ECP) treatment in humans increases the levels of circulating regulatory T cells in vivo. Although the efficacy of this treatment awaits definitive proof in controlled clinical trials, data in several published series suggest that ECP represents an alternative to standard immune-suppression. Based on these findings, with a therapeutic purpose, we tempted to modulate regulatory T cells in vivo in one of the IPEX patient. Our results show that treatment with ECP leads to a significant increase in CD4+CD25+ T cells with suppressive ability associated with a marked clinical response