Interferony

1. Profil rodziny

1.1. Definicja i podział

Interferony są cytokinami wydzielanymi w odpowiedzi na rozpoznanie wzorców molekularnych typowych dla patogenów — przede wszystkim kwasów nukleinowych znajdujących się w miejscu, w którym nie powinny się znaleźć. Dzieli się je na trzy typy, różniące się receptorem, rozmieszczeniem i skutkiem działania [1].

Podział ten ma znaczenie praktyczne, ponieważ tłumaczy różnicę w tolerancji: receptor typu I występuje na wszystkich komórkach, więc jego pobudzenie daje objawy ogólnoustrojowe, natomiast receptor typu III — niemal wyłącznie na nabłonkach, co czyni odpowiedź bardziej miejscową.

1.2. Budowa i właściwości

Wszystkie interferony są niewielkimi białkami zbudowanymi z wiązek helis alfa, o masie rzędu 20 kilodaltonów, wydzielanymi na zewnątrz komórki i działającymi miejscowo — na sąsiadki oraz na samą komórkę wytwarzającą. Nie są magazynowane w ziarnistościach; powstają dopiero na żądanie, wskutek indukcji transkrypcji, co odróżnia je od mediatorów uwalnianych natychmiast, takich jak histamina.

Rodzina typu I ma budowę genetyczną nietypową i wartą odnotowania. Geny interferonów α i β leżą w jednym skupieniu na chromosomie 9 i nie zawierają intronów, dzięki czemu transkrypt nie wymaga składania i powstaje szybciej. Rozwiązanie to ma sens biologiczny: przy zakażeniu wirusowym każda zaoszczędzona minuta przekłada się na liczbę komórek, które zdążą przejść w stan oporności.

Trzynaście podtypów interferonu α wiąże się z tym samym receptorem, lecz z różną siłą, a to prowadzi do odmiennych skutków. Podtypy o dużym powinowactwie uruchamiają pełny zestaw genów, w tym te odpowiadające za hamowanie podziałów komórkowych; podtypy o powinowactwie mniejszym pobudzają jedynie geny przeciwwirusowe. Komórka odczytuje więc nie sam fakt obecności interferonu, lecz siłę i czas trwania wiązania — jest to ten sam sposób kodowania, który występuje w sygnalizacji wewnątrzkomórkowej.

Odrębnie zachowuje się interferon λ4, którego gen występuje u części populacji w wariancie czynnym, a u części w nieczynnym. Nosicielstwo wariantu czynnego wiąże się paradoksalnie z gorszą eliminacją wirusa zapalenia wątroby typu C — obserwacja ta była podstawą oznaczania polimorfizmu IFNL przed erą leków bezpośrednio przeciwwirusowych.

1.3. Rys historyczny

W 1957 roku Alick Isaacs i Jean Lindenmann zaobserwowali, że komórki zakażone unieczynnionym wirusem grypy wydzielają do pożywki czynnik, który chroni inne komórki przed zakażeniem. Nazwali go interferonem — od zdolności do „interferowania” z namnażaniem wirusa.

Przez kolejne dwie dekady substancja ta uchodziła za obiecujący lek uniwersalny, a jej pozyskiwanie z leukocytów było kosztowne i mało wydajne. Sytuację zmieniło sklonowanie genu i produkcja rekombinowana na przełomie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych. Interferon alfa stał się wtedy pierwszym lekiem biotechnologicznym stosowanym w onkologii i w wirusowych zapaleniach wątroby — rolę tę utracił dopiero wraz z pojawieniem się leków bezpośrednio przeciwwirusowych.

Interferon lambda opisano najpóźniej, dopiero w 2003 roku, co tłumaczy, dlaczego w starszych opracowaniach wymienia się wyłącznie dwa typy.

2. Mechanizmy i funkcje

2.1. Jak komórka wykrywa zakażenie

Wytworzenie interferonu poprzedza rozpoznanie obcego kwasu nukleinowego przez receptory wewnątrzkomórkowe. Zasada jest wspólna: czujniki reagują nie na obcość sekwencji, lecz na nieprawidłową lokalizację lub strukturę materiału genetycznego.

• Receptory Toll-podobne w endosomach (TLR3, 7, 8, 9) rozpoznają dwuniciowy i jednoniciowy RNA oraz niemetylowane DNA
• Czujniki cytozolowe RIG-I i MDA5 wykrywają RNA wirusowy w cytoplazmie, gdzie własnego RNA o takiej strukturze być nie powinno
• Szlak cGAS–STING wykrywa DNA w cytozolu — obecność DNA poza jądrem i mitochondriami oznacza albo zakażenie, albo uszkodzenie własnego materiału genetycznego

Ostatni z tych szlaków jest przedmiotem szczególnego zainteresowania, ponieważ łączy odpowiedź przeciwwirusową ze starzeniem: uszkodzone mitochondria i komórki senescencyjne uwalniają własne DNA do cytozolu, co przewlekle pobudza wytwarzanie interferonu typu I i podtrzymuje zapalenie o niskim nasileniu.

2.2. Szlak sygnałowy i geny odpowiedzi

Po związaniu z receptorem interferon uruchamia szlak JAK–STAT: kinazy JAK1 i TYK2 fosforylują czynniki STAT1 i STAT2, które wraz z IRF9 tworzą kompleks przemieszczający się do jądra i wiążący się z odcinkami regulatorowymi kilkuset genów.

Białka kodowane przez te geny — nazywane zbiorczo genami pobudzanymi przez interferon — działają na różnych etapach cyklu wirusa:

Ostatnia pozycja pokazuje, że interferon nie tylko utrudnia namnażanie, ale i uwidacznia zakażoną komórkę dla układu odpornościowego. Jest to jednocześnie mechanizm nadzoru przeciwnowotworowego: komórki o obniżonej ekspresji MHC wymykają się limfocytom T, a interferon częściowo tę ucieczkę odwraca.

2.3. Interferon gamma — cząsteczka o innej roli

Mimo wspólnej nazwy interferon typu II różni się od pozostałych na tyle, że traktowanie ich łącznie bywa mylące. Wytwarzają go limfocyty T pomocnicze typu 1, limfocyty cytotoksyczne i komórki NK, a jego głównym zadaniem jest pobudzenie makrofagów do zabijania pochłoniętych drobnoustrojów.

Znaczenie tego mechanizmu widać najlepiej przy jego braku. Wrodzone defekty szlaku IFN-γ powodują zespół podatności na zakażenia prątkami — chorzy nie radzą sobie z drobnoustrojami przeżywającymi wewnątrz makrofaga, w tym z prątkami gruźlicy i szczepionką BCG, przy zachowanej odporności na większość innych patogenów.

Ten sam mechanizm tłumaczy, dlaczego leki blokujące TNF zwiększają ryzyko reaktywacji gruźlicy: utrzymanie ziarniniaka wymaga współdziałania TNF i interferonu gamma.

2.4. Cena odpowiedzi interferonowej

Reakcja obronna nie jest darmowa i warto to nazwać wprost, ponieważ tłumaczy część objawów, które pacjenci przypisują wyłącznie zakażeniu.

Interferony typu I wywołują zachowanie chorobowe: gorączkę, bóle mięśni i stawów, senność, brak apetytu i obniżenie nastroju. Nie są to objawy uszkodzenia przez wirusa, lecz skutek działania cytokin na ośrodkowy układ nerwowy. Potwierdza to obserwacja z farmakologii: podanie interferonu alfa jako leku wywołuje te same objawy, a u części chorych — pełnoobjawową depresję, która ustępuje po odstawieniu.

Zjawisko to jest jednym z najmocniejszych argumentów za udziałem zapalenia w patogenezie zaburzeń nastroju [4]. Interferon podany osobie zdrowej wywołuje objawy odpowiadające depresji — co przez lata stanowiło modelowy dowód w tej dyskusji.

Odpowiedź interferonowa hamuje też odnowę tkanek i podziały komórkowe, dlatego jej przedłużanie ponad potrzebę jest niekorzystne. Organizm dysponuje mechanizmami wygaszania, w tym białkami SOCS i USP18 — a ich defekt prowadzi do stanów opisanych niżej.

2.5. Nadzór przeciwnowotworowy

Hamowanie podziałów komórkowych, przedstawione wyżej jako koszt, w innym kontekście staje się funkcją pożądaną. Interferony uczestniczą w rozpoznawaniu i eliminowaniu komórek nowotworowych, działając na trzech poziomach jednocześnie.

Po pierwsze, zwiększają ekspresję cząsteczek MHC klasy I, przez co komórka nowotworowa staje się widoczna dla limfocytów cytotoksycznych. Utrata tej ekspresji jest jednym z najczęstszych mechanizmów ucieczki spod nadzoru, a interferon częściowo ją odwraca. Po drugie, interferon typu I dojrzewa komórki dendrytyczne i warunkuje prezentację antygenów nowotworowych limfocytom T. Po trzecie, hamuje angiogenezę i bezpośrednio spowalnia proliferację.

Mechanizm ten ma jednak drugą stronę, o której warto wspomnieć dla równowagi. Przewlekła, słaba sygnalizacja interferonowa w mikrośrodowisku guza sprzyja wyczerpaniu limfocytów T i nabywaniu oporności na immunoterapię — sytuacja odwrotna niż przy krótkim, silnym pobudzeniu. Powtarza się tu zasada obowiązująca w całym haśle: o skutku decyduje przebieg czasowy sygnału, nie sama jego obecność.

Praktyczną pozostałością tej wiedzy jest utrzymanie interferonu alfa w leczeniu nowotworów mieloproliferacyjnych oraz zainteresowanie agonistami szlaku STING jako sposobem na uczynienie guza „gorącym” immunologicznie.

2.6. Interferony a ośrodkowy układ nerwowy

Mózg nie jest wobec tej rodziny cytokin obojętny, choć długo uchodził za narząd odizolowany immunologicznie. Interferon typu I działa tam głównie przez astrocyty i mikroglej, zmieniając ich stan czynnościowy i profil wydzielanych mediatorów [6]. Astrocyty pobudzone interferonem ograniczają namnażanie wirusa, ale równocześnie zmieniają skład płynu wokół synaps i wpływają na przekaźnictwo glutaminianergiczne.

Drugą drogą jest szlak kynureninowy. Interferon gamma silnie pobudza dioksygenazę indoloaminową (IDO), enzym kierujący tryptofan w stronę kynureniny zamiast serotoniny [7]. Skutki są dwojakie: powstają metabolity o działaniu neuroaktywnym, w tym kwas chinolinowy pobudzający receptory NMDA, a jednocześnie ubywa substratu do syntezy serotoniny. Mechanizm ten jest dziś głównym wyjaśnieniem depresji obserwowanej w trakcie leczenia interferonem.

Trzecim skutkiem jest wpływ na sen i termoregulację przez podwzgórze, opisany w sekcji 2.4 jako zachowanie chorobowe. Ujęte razem, trzy drogi tłumaczą, dlaczego objawy neuropsychiatryczne w zakażeniu wirusowym nie są reakcją psychologiczną na chorobę, lecz następstwem tej samej odpowiedzi, która zwalcza patogen [4].

2.7. Jak wirusy omijają odpowiedź interferonową

Skuteczność tego układu najlepiej widać po tym, ile wysiłku wkładają w jego obejście wirusy. Praktycznie każdy wirus zakażający człowieka koduje przynajmniej jedno białko blokujące odpowiedź interferonową, a wirusy o większych genomach — kilkanaście. Jest to argument mocniejszy niż jakiekolwiek badanie: gdyby układ ten był mało istotny, presja selekcyjna nie doprowadziłaby do powstania tylu mechanizmów ucieczki.

Wirusy działają na czterech poziomach, odpowiadających kolejnym etapom opisanym w sekcjach 2.1 i 2.2:

Trzy obserwacje wynikające z tego zestawienia mają znaczenie praktyczne.

Po pierwsze, ciężkość przebiegu zakażenia zależy w dużej mierze od wyniku tego wyścigu, a nie od samej liczby cząstek wirusa. Jeśli komórka zdąży wydzielić interferon, zanim wirus zablokuje szlak, zakażenie pozostaje miejscowe; jeśli nie zdąży, rozprzestrzenia się ogólnoustrojowo.

Po drugie, opóźnienie odpowiedzi bywa gorsze niż jej brak. Przy części zakażeń — najlepiej opisano to dla koronawirusów — wirus tłumi wczesną odpowiedź interferonową, a ta uruchamia się dopiero po namnożeniu wirusa. Silne zapalenie pojawia się wtedy w niewłaściwym momencie: nie chroni już przed zakażeniem, a przyczynia się do uszkodzenia tkanek. Tłumaczy to, dlaczego leczenie interferonem podanym wcześnie bywa skuteczne, a podanym późno — obojętne lub szkodliwe.

Po trzecie, mechanizmy ucieczki są swoiste dla konkretnego wirusa, a nie uniwersalne. Nie istnieje więc substancja, która „wzmacniałaby odpowiedź interferonową” przeciw wszystkim zakażeniom naraz — jest to dodatkowy powód, dla którego deklaracje suplementów w tej kategorii nie mają podstaw mechanistycznych.

3. Zaburzenia i modyfikacja

3.1. Zbyt słaba odpowiedź

Wrodzone i nabyte defekty szlaku interferonowego objawiają się przede wszystkim ciężkim przebiegiem zakażeń, które u innych osób przebiegają łagodnie.

• Defekty szlaku TLR3–IFN typu I wiążą się z opryszczkowym zapaleniem mózgu u dzieci
• Defekty osi IFN-γ dają podatność na zakażenia prątkami i salmonellami
• Autoprzeciwciała przeciw interferonom typu I wykryto u części osób z ciężkim przebiegiem COVID-19 oraz u osób starszych; jest to jeden z lepiej udokumentowanych czynników ryzyka ciężkiego przebiegu tej choroby
• Leki hamujące szlak JAK zwiększają podatność na zakażenia wirusowe, w tym reaktywację półpaśca — jest to bezpośrednia konsekwencja mechanizmu

3.2. Zbyt silna odpowiedź

Przewlekła aktywacja jest zjawiskiem odrębnym i coraz lepiej opisanym.

Interferonopatie typu I to grupa chorób jednogenowych, w których zawodzi wygaszanie odpowiedzi lub usuwanie własnych kwasów nukleinowych z cytozolu. Objawiają się w dzieciństwie zapaleniem mózgu, zmianami skórnymi typu odmrozin i wapnieniami wewnątrzczaszkowymi.

Toczeń rumieniowaty układowy wiąże się z tak zwaną sygnaturą interferonową — trwale podwyższoną ekspresją genów odpowiedzi interferonowej u większości chorych. Obserwacja ta doprowadziła do opracowania leku blokującego receptor interferonu typu I, zarejestrowanego w tej chorobie.

Zespół Downa wiąże się z nadekspresją genów receptorów interferonowych, które leżą na chromosomie 21 — mechanizm ten wiąże się z częstszym występowaniem chorób autoimmunologicznych w tej grupie.

Zapalenie o niskim nasileniu w starzeniu jest częściowo podtrzymywane przez szlak cGAS–STING pobudzany przez własne DNA uwalniane z uszkodzonych mitochondriów i komórek senescencyjnych.

3.3. Interferony jako leki

Zestawienie to ilustruje zasadę powtarzającą się w immunologii: ta sama cząsteczka bywa lekiem i celem leku, zależnie od tego, czy problemem jest jej niedobór, czy nadmiar.

Leczenie interferonem alfa ma przy tym powikłanie o znaczeniu wykraczającym poza samą farmakologię. U kilkunastu procent leczonych rozwija się autoimmunologiczne zapalenie tarczycy, przebiegające jako przejściowa nadczynność, a następnie utrwalona niedoczynność. Zjawisko to jest jednym z najlepiej udokumentowanych przykładów wywołania choroby autoimmunologicznej przez znany, dający się datować bodziec — dlatego przed rozpoczęciem takiego leczenia oznacza się TSH i przeciwciała przeciwtarczycowe. Gospodarka tarczycowa jest przy tym wrażliwa na niedobory pierwiastków śladowych, przede wszystkim selenu i cynku, uczestniczących w pracy dejodynaz i w obronie antyoksydacyjnej tyreocytu [8].

3.4. Jak zbadać

Reguła praktyczna: oznaczanie interferonów w surowicy nie ma zastosowania klinicznego, a jedynym powszechnie stosowanym badaniem z tej rodziny jest test IGRA w diagnostyce gruźlicy.

3.5. Modyfikacja behawioralna

• Szczepienia — najskuteczniejszy sposób ograniczenia zapotrzebowania na odpowiedź interferonową, ponieważ przygotowują odporność swoistą przed zetknięciem z patogenem
• Sen — jego niedobór osłabia odpowiedź na szczepienie i zwiększa podatność na zakażenia wirusowe [5]
• Umiarkowana aktywność fizyczna — poprawia nadzór immunologiczny; wysiłek wyczerpujący działa przeciwnie
• Wyrównanie niedoboru witaminy D — wpływa na wytwarzanie peptydów przeciwdrobnoustrojowych przez nabłonki [2, 3]
• Zaprzestanie palenia — dym tytoniowy upośledza czynność nabłonka dróg oddechowych, czyli miejsca działania interferonu typu III
• Ograniczenie przewlekłego stresu — wpływa na odpowiedź przeciwwirusową i na skuteczność szczepień

3.6. Wsparcie suplementacyjne

Zastrzeżenie. Kategoria preparatów „pobudzających interferon” opiera się niemal wyłącznie na badaniach komórkowych i modelach zwierzęcych. Nie wykazano u ludzi, by którykolwiek z nich zwiększał odporność przeciwwirusową w sposób istotny klinicznie. Do tego dochodzi zastrzeżenie odwrotne: silne pobudzenie odpowiedzi interferonowej nie byłoby korzystne, ponieważ odpowiada ona za objawy chorobowe i hamuje regenerację tkanek.

Trzy uwagi praktyczne.

1. Witamina D jest jedyną pozycją tej tabeli z dowodami z metaanaliz danych indywidualnych, przy czym korzyść przypada głównie osobom z niedoborem, a dawkowanie dobowe przewyższa bolusy [2, 3].
2. W chorobach autoimmunologicznych z sygnaturą interferonową preparaty opisywane jako immunostymulujące wymagają uzgodnienia z lekarzem prowadzącym — kierunek ich działania jest tam niepożądany.
3. U osób leczonych inhibitorami JAK lub lekami biologicznymi każdy preparat „na odporność” należy zgłosić lekarzowi; ocena bezpieczeństwa takich połączeń nie została przeprowadzona.

4. Karta praktyczna

Jak to zbadać

Oznaczanie interferonów w surowicy nie ma zastosowania klinicznego — stężenia są bardzo niskie, a czas półtrwania krótki. Jedynym powszechnie stosowanym badaniem z tej rodziny jest test uwalniania interferonu gamma (IGRA) w diagnostyce zakażenia prątkiem gruźlicy. Sygnatura interferonowa i oznaczanie autoprzeciwciał przeciw interferonom pozostają narzędziami badawczymi lub specjalistycznymi.

Na co uważać

• Objawy grypopodobne w przebiegu zakażenia są w znacznej mierze skutkiem własnej odpowiedzi interferonowej, nie działania wirusa.
• Interferon alfa podawany jako lek może wywołać pełnoobjawową depresję — wymaga to czujności i nie jest reakcją psychologiczną na chorobę.
• Leki hamujące szlak JAK zwiększają ryzyko reaktywacji półpaśca i innych zakażeń wirusowych.
• Preparaty „pobudzające interferon” nie mają potwierdzenia klinicznego, a w chorobach autoimmunologicznych ich kierunek działania jest niepożądany.
• Test IGRA wykrywa zakażenie prątkiem, nie odróżnia postaci utajonej od czynnej.
• U osób z niedoborem odporności lub w trakcie leczenia immunosupresyjnego stosowanie preparatów immunostymulujących wymaga uzgodnienia z lekarzem.