Research Article | volume 2 Issue 6 (2024) | Published in 2024-06-19
Expression of PD-1 Receptor on T Cells in Acute and Chronic Brucellosis in Jordan: Implications for Immune Exhaustion and Disease Progression.
-
ABSTRACT
Brucellosis is a chronic infectious disease with high prevalence and considerable impact on public health. It disrupts immune regulation and alters the activity of immune cells, particularly T lymphocytes. This study aimed to investigate the expression of PD-1 on T cell surfaces in patients with acute and chronic brucellosis in Jordan, exploring its role as a potential marker for guiding therapeutic strategies. A descriptive cross-sectional design was employed, involving patients diagnosed with brucellosis. Blood samples were collected and cases were classified based on disease stage (acute or chronic). Flow cytometry was used to measure PD-1 expression on T cells. Statistical analyses were performed to evaluate differences in expression levels between groups and to explore associations with clinical and cellular parameters. Results demonstrated that PD-1 expression was significantly elevated in chronic cases compared to acute ones, reflecting immune stress and suppression of T cell function associated with disease progression. Moreover, PD-1 expression showed strong correlations with markers of cellular immune suppression, duration of infection, and severity of clinical manifestations. These findings suggest that PD-1 expression may serve as a valuable tool for assessing disease progression and highlight its potential in the development of targeted therapies aimed at enhancing immune response.
Keywords: PD1, T Cells, Chronic Brucellosis, Immune Exhaustion,
Disease Progression.
-
Expression of PD-1 Receptor on T Cells in Acute and Chronic Brucellosis in Jordan: Implications for Immune Exhaustion and Disease Progression.
تعبير مستقبل بي دي-1 على سطح الخلايا التائية في داء البروسيلات الحاد والمزمن في الأردن: دلالاته على استنزاف المناعة وتطور المرض
AbstractBrucellosis is a chronic infectious disease with high prevalence and considerable impact on public health. It disrupts immune regulation and alters the activity of immune cells, particularly T lymphocytes. This study aimed to investigate the expression of PD-1 on T cell surfaces in patients with acute and chronic brucellosis in Jordan, exploring its role as a potential marker for guiding therapeutic strategies. A descriptive cross-sectional design was employed, involving patients diagnosed with brucellosis. Blood samples were collected and cases were classified based on disease stage (acute or chronic). Flow cytometry was used to measure PD-1 expression on T cells. Statistical analyses were performed to evaluate differences in expression levels between groups and to explore associations with clinical and cellular parameters. Results demonstrated that PD-1 expression was significantly elevated in chronic cases compared to acute ones, reflecting immune stress and suppression of T cell function associated with disease progression. Moreover, PD-1 expression showed strong correlations with markers of cellular immune suppression, duration of infection, and severity of clinical manifestations. These findings suggest that PD-1 expression may serve as a valuable tool for assessing disease progression and highlight its potential in the development of targeted therapies aimed at enhancing immune response.الملخصداء البروسيلات مرضٌ مُعدٍ حيواني المنشأ، تُسببه بكتيريا من جنس *البروسيلا*، وينتقل من الحيوانات إلى البشر [1]. ينتشر هذا المرض بشكل خاص في المناطق التي تعتمد بشكل كبير على الثروة الحيوانية ومنتجاتها، حيث يُصنف كمرضٍ مُعدٍ مزمن ذي عواقب صحية واقتصادية وخيمة. تشمل الأعراض السريرية الحمى المتكررة، والتعرق الليلي، وآلام المفاصل والعضلات، والتعب المزمن، وكلها تؤثر بشدة على جودة الحياة والأداء اليومي [2]. يُقسم داء البروسيلات عمومًا إلى نوعين: النوع الحاد، الذي يتميز ببداية سريعة وأعراض شديدة، والنوع المزمن، الذي يستمر لأشهر أو سنوات ويصعب تشخيصه وعلاجه بسبب تداخل الأعراض السريرية والتغيرات المناعية المعقدة [3،4]. تلعب الخلايا الليمفواية التائية دورا محوريا في المناعة الخلوية من خلال التعرف على المستضدات الميكروبية وبدء الاستجابات المناعية الخلطية والخلوية. من خلال إنتاج الأجسام المضادة، وتنشيط الخلايا التائية المساعدة، وتحفيز الخلايا التائية السامة للخلايا، تُعدّ هذه الخلايا منظمات رئيسية لمكافحة العدوى [5]. ومع ذلك، في حالات العدوى المزمنة، غالبًا ما تُخفَّض الاستجابات المناعية بواسطة آليات تنظيمية معقدة مصممة للحفاظ على التوازن الداخلي ومنع المناعة الذاتية. ورغم أن هذا التعديل وقائي، إلا أنه قد يعيق أيضًا القضاء التام على مسببات الأمراض، مما يسمح باستمرار العدوى وتطور المرض[6].
يُعد بي دي-ون (موت الخلية المبرمج-1) أحد أهم المستقبلات التنظيمية المُعبَّر عنها على الخلايا التائية، والذي يحافظ على التوازن بين الدفاع المناعي ومنع فرط النشاط [7]. عند ارتباطه بروابطه بي دي-ال-ون و بي دي-ال-تو، يعمل بي دي -ون كنقطة تفتيش تُثبِّط نشاط الخلايا التائية. عادةً ما يرتفع مستوى بي دي-ون خلال الاستجابات المناعية، ويصبح ذا أهمية خاصة في سياق استنزاف المناعة [8]. يُعد ارتفاع مستوى بي دي-ون على الخلايا التائية سمة مميزة للعدوى والأمراض المزمنة، مما يدل على خلل في الخلايا التائية وكبت المناعة، مما يُعقِّد عملية التخلص من مسببات الأمراض. لهذا السبب، غالبًا ما يُشار إلى بي دي-ون على أنه "مفتاح" جزيئي للتنظيم المناعي [9]. في داء البروسيلا، قد يُسهم التعبير المفرط عن بروتين PD-1 في تثبيط المناعة، مما يُبرز الحاجة إلى استكشاف دوره في تطور الأمراض المزمنة[10]. على الرغم من أن داء البروسيلا معروف عالميًا، إلا أن الآليات المناعية الكامنة وراء تطوره لا تزال غير مستكشفة في العالم العربي، وخاصة في الأردن. في هذا السياق، توجد أبحاث محدودة حول تنظيم الخلايا التائية والعلاقة بين التعبير عن بروتين PD-1 ومراحل المرض المختلفة. تُعيق هذه الفجوة المعرفية تصميم استراتيجيات علاجية تهدف إلى تخفيف الضغط المناعي، وخاصةً تلك التي تتضمن أجسامًا مضادة علاجية تُعيق إشارات بروتين PD-1 [11]. لذلك، يُعدّ البحث في التعبير عن بروتين PD-1 لدى مرضى البروسيلا، وارتباطه بمدة العدوى وشدتها السريرية، أمرًا أساسيًا لتطوير أساليب علاجية مُعدّلة للمناعة[ 12).
تهدف هذه الدراسة إلى تقييم التعبير عن بروتين بي دي-ون على الخلايا التائية لدى مرضى البروسيلا، ومقارنة هذه المستويات مع الضوابط الأصحاء. من خلال تقييم ارتباطه بمدة العدوى والأعراض السريرية، تسعى الدراسة إلى توضيح دور التعديل المناعي في تطور المرض. علاوة على ذلك، يستكشف البحث إمكانات الاستراتيجيات العلاجية القائمة على بي دي-ون لتعزيز الاستجابات المناعية وتحسين نتائج العلاج والحد من تطور داء البروسيلات المزمن.
تصميم الدراسة
لتقييم تعبير بي دي-ون على سطح الخلايا التائية لدى مرضى داء البروسيلات الحاد والمزمن، ولاستكشاف علاقته بحالة المرض، اعتمدت الدراسة تصميمًا وصفيًا مقطعيًا. جُمعت عينات المرضى من مستشفى جامعة العقبة في الأردن بين يونيو/حزيران 2023 ويونيو/حزيران 2024. كان هذا التصميم مناسبًا لتقييم التغيرات المناعية طوال مسار المرض، ولتحديد الارتباطات الوظيفية والوبائية بين مختلف المتغيرات.
معايير الإختيار وحجم العينة
استرشادًا بالدراسات السابقة واعتبارات القوة الإحصائية، تألفت عينة الدراسة من 100 مريض، مع ما يقرب من 50 فردًا في كل مجموعة (حادة ومزمنة) [13،14]. تطلبت معايير الأهلية تشخيصًا مؤكدًا لداء البروسيلات من خلال الاختبارات المعملية والسريرية (مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل أو المزرعة) وعمرًا لا يقل عن ثمانية عشر عامًا. تم الحصول على موافقة مستنيرة كتابية من جميع المشاركين، وتم تسجيل الدراسة تحت رقم الملف 300615. وشملت معايير الاستبعاد الحمل أو الرضاعة الطبيعية، وتلقي العلاج المناعي أو التطعيم في غضون شهر واحد قبل جمع العينة، ووجود حالات مزمنة أخرى متعلقة بالمناعة (مثل الإيدز، وأمراض المناعة الذاتية، أو الأورام الخبيثة). في النهاية، تضمن مجتمع الدراسة المرضى الذين تم تشخيص إصابتهم بداء البروسيلات والذين استوفوا هذه الشروط وكانوا يتلقون الرعاية في مستشفى جامعة العقبة خلال فترة الدراسة.
جمع البيانات
جُمعت البيانات السريرية من السجلات الطبية للمرضى، بما في ذلك العمر عند بدء المرض، ومدة الأعراض، وشدتها. صُنفت الحالات إلى فئتين: حادة (المرحلة الأولى من العدوى، تستمر أقل من ستة أشهر) ومزمنة (أكثر من ستة أشهر أو تظهر أعراض مستمرة). وُثِّقت معلومات حول التاريخ الطبي، والمظاهر السريرية، ومسار العلاج. رُصدت مرحلة المرض وأعراضه من خلال المقابلات السريرية والتقييمات التشخيصية، كما قُيِّمت مستويات الوعي ودقة التشخيص. بالإضافة إلى ذلك، سُجِّل تاريخ العدوى والأعراض المرتبطة بالعلاج.
جمع العينات البيولوجية
جُمعت خمسة مليلترات من الدم الوريدي من كل مريض في أنابيب تحتوي على مضادات تخثر مثل عولجت العينات بالطرد المركزي لفصل البلازما عن خلايا الدم الحمراء والبيضاء. ثم طُبقت طرق مناعية كيميائية، بما في ذلك استخدام الأجسام المضادة المقترنة بالفلوريسين للتمييز بين أنواع الخلايا، لعزل الخلايا المناعية، مع التركيز بشكل خاص على الخلايا الليمفاوية التائية.
Assessing T Cell PD-1 Expression
لتحليل قياس التدفق الخلوي، حُضنت الخلايا بأجسام مضادة مُعَلَّمة فلوريًا تستهدف مستقبلات سطح PD-1، بالإضافة إلى أجسام مضادة خاصة بعلامات الخلايا التائية مثل CD3 وCD4 وCD8. ثم استُخدم مقياس التدفق الخلوي لتحديد نسبة الخلايا المُعبِّرة عن PD-1 ضمن كل مجموعة فرعية من الخلايا التائية. حُدِّدت مستويات الإيجابية والتعبير وفقًا لنطاقات الاختبار القياسية المُعتمدة، باستخدام عتبة خلفية ثابتة. لضمان الدقة، أُدرجت عينات ضابطة إيجابية وسلبية، وكُرِّرت القياسات على عينات منفصلة للتأكد من موثوقية النتائج وإمكانية تكرارها..
تحليل البيانات الاحصائية
أُجري تحليل البيانات باستخدام برنامج التحليل الاحصائي (أس بي أس أس)مع استخدام المتوسطات الحسابية والانحرافات المعيارية والتكرارات والنسب لوصف مجموعة البيانات. ومقارنةً بتوزيع البيانات، تمت مقارنة مستويات التعبير عن بي-دي-ون بين الحالات الحادة والمزمنة.
النتائج والمناقشة
بين داء البروسيلات الحاد والمزمن، توزيع التعبير عن بي دي-1 على الخلايا التائية
كشفت نتائج الدراسة عن ارتفاع في التعبير عن مستقبلات بي دي-1 على الخلايا التائية في حالات داء البروسيلات الحاد والمزمن. في المجموعة الحادة (عدد المرضى = 30)، بلغ متوسط التعبير عن بي دي-1 25.4% ± 4.2%، بينما في المجموعة المزمنة (عدد المرضى = 30)، بلغ 42.7% ± 5.1%. أظهر اختبار "تي" مستقل أن هذا الاختلاف ذو دلالة إحصائية (p < 0.001)، مما يشير إلى زيادة ملحوظة في التعبير عن بي دي-1 مع تطور المرض. توضح الشكل 1 هذه النتائج.
الشكل 1. منحنى توزيع تعبير بي دي-1 على الخلايا التائية بين داء البروسيلات الحاد والمزمن
العلاقة بين طول المرض وتعبير بي دي-1
أظهر تحليل الارتباط ارتباطًا إيجابيًا قويًا بين التعبير الجيني لـ بي دي-1 ومدة الإصابة (بالأسابيع)
(r = 0.78، p < 0.001). بلغ متوسط مستويات التعبير الجيني لدى المرضى الذين استمرت إصابتهم لأكثر من ستة أشهر حوالي 48%، بينما بلغ متوسطها لدى المرضى الذين استمرت إصابتهم أقل من شهر 22% فقط. وتُعرض هذه النتائج في الشكل 2.
الشكل 2. منحنى العلاقة بين طول المرض وتعبير بي دي-1
العلاقة بين نتائج الاختبارات المعملية والأعراض السريرية والتعبير عن بي دي-1
كان المرضى الذين أظهروا تعبيرًا عاليًا عن بي دي-1 (>45%) أكثر عرضةً لأعراض سريرية حادة، مثل تضخم الكبد والطحال (75% من الحالات) والحمى المستمرة (62%). كما ارتفعت العلامات المخبرية للالتهاب في هذه المجموعة، حيث بلغ متوسط معدل ترسيب كريات الدم الحمراء 65 مم/ساعة، ومتوسط مستوى البروتين التفاعلي-سي 40 ملغ/لتر، مقارنةً بالمرضى الذين أظهروا تعبيرًا منخفضًا عن بي دي-1 (<30%) (قيمة الاحتمال <0.05). علاوةً على ذلك، ارتبط ارتفاع التعبير عن بي دي-1 بانخفاض عدد الخلايا التائية النشطة (متوسط 150 خلية/ميكرولتر مقابل 300 خلية/ميكرولتر في المجموعة ذات التعبير المنخفض)..
كشفت الاختبارات المناعية أن المرضى الذين لديهم تعبير مرتفع عن بي دي-1 أظهروا نشاطًا أقل للخلايا التائية بشكل ملحوظ، مع انخفاض في الوظيفة المناعية المحايدة بنسبة 50% تقريبًا مقارنةً بالمجموعة ذات التعبير المنخفض. يشير هذا إلى أن ارتفاع مستويات بي دي -1 يحد من استجابة الخلايا التائية، مما يساهم في كبت المناعة وزيادة مقاومة العلاج.
تُظهر الدراسة أنه مع تطور داء البروسيلات من الحاد إلى المزمن، يزداد التعبير عن مستقبلات بي دي -1 على الخلايا التائية بشكل ملحوظ. يرتبط امتداد العدوى بارتفاع مستوياتبي دي -1، مما يعكس انخفاضًا تدريجيًا في الاستجابات المناعية، واستمرار الالتهاب، وانخفاض القدرة على القضاء على العامل الممرض [16]. علاوة على ذلك، يرتبط ارتفاع التعبير عن بي دي -1 بأعراض سريرية أكثر حدة، وزيادة في علامات الالتهاب مثل البروتين التفاعلي سي- ومعدل ترسيب كريات الدم الحمراء، وانخفاض في أعداد الخلايا التائية المنشطة ذات الاختلال الوظيفي. تُسلط هذه النتائج الضوء على الدور المحوري لـ بي دي-1 في التوسط في كبت المناعة والتدهور السريري، مما يدعم إمكاناته كهدف علاجي لتعزيز الاستجابات المناعية وتحسين نتائج المرضى [17]. تشير النتائج أيضًا إلى أن التعبير عن بي دي-1 قد يكون بمثابة مؤشر حيوي قيّم لتقييم حالة المرض، ومراقبة فعالية العلاج، وتتبع تطوره. إن دمج الاستراتيجيات العلاجية التي تعدل إشارات بي دي-1، سواءً من خلال ناهضات أو مضادات، يمكن أن يُحسّن السيطرة على المرض ويقلل المضاعفات(18).
في الختام، يُعد فهم آليات التنظيم المناعي في عدوى *البروسيلا*، وخاصةً دور مستقبل بي دي-1، أمرًا أساسيًا لتطوير علاجات أكثر فعالية وتركيزًا على المريض. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف العوامل المؤثرة على التعبير عن بي دي-1 وتفاعلاته مع مكونات أخرى من الجهاز المناعي لتحسين النتائج السريرية.
الخاتمة
تُظهر نتائج الدراسة بوضوح أن التعبير عن بي دي-1 على أسطح الخلايا التائية يُمثل مؤشرًا على الإجهاد المناعي ومؤشرًا هامًا على تطور داء البروسيلات، لا سيما في الحالات المزمنة. تعكس مستويات بي دي-1 المرتفعة لدى المرضى المزمنين، مقارنةً بالمصابين بعدوى حادة، درجة أعلى من الخمول المناعي، مما يُقدم رؤى جديدة حول الآليات التنظيمية للاستجابات المناعية في هذا المرض واسع الانتشار.
كما تُؤكد هذه النتائج على القيمة السريرية والبحثية لقياس التعبير عن بي دي-1 كمؤشر تشخيصي وتنبؤي. قد يُحسّن تقييم بي دي-1 من رصد المرض، ويُحدد المرضى المعرضين لخطر المراحل الشديدة أو المتقدمة، ويُرشد استراتيجيات العلاج. علاوة على ذلك، يُشير الارتباط الملحوظ بين مستويات بي دي -1 ومرحلة المرض إلى أن التدخلات العلاجية التي تستهدف هذا المُستقبل - مثل العلاجات المناعية التي تُعيق أو تُعدل إشارات بي دي-1 - يُمكن أن تُعزز وظيفة الخلايا التائية وتُحسّن النتائج السريرية.
بشكل عام، تُسلّط هذه الدراسة الضوء على الدور المحوري لبروتين بي دي -1 كمحور تنظيمي مناعي في داء البروسيلات، مما يُمهّد الطريق لتطبيقات سريرية أوسع للعلاجات المُوجّهة، ويُعمّق فهمنا لاستنزاف المناعة في حالات العدوى المزمنة. تُمهّد هذه النتائج الطريق لأبحاث مستقبلية تهدف إلى تحسين التدخلات العلاجية وتحسين نتائج المرضى، لا سيما في الأردن والمنطقة العربية عمومًا.
-
References
References
1. Jubel, J. M., Barbati, Z. R., Burger, C., Wirtz, D., & Schildberg, F. A. (2020). The role of PD-1 in acute and chronic infection. Frontiers in Immunology, 11, 487. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00487
2. Pauken, K. E., & Wherry, E. J. (2021). Emerging concepts in PD-1 checkpoint biology. Nature Reviews Immunology, 21, 145–156. https://doi.org/10.1038/s41577-021-00520-x
3. Zhang, T., Li, P., & Sun, J. (2023). Role of regulation of PD-1 and PD-L1 expression in sepsis. Frontiers in Immunology, 14, 1029438. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1029438
4. Mohammed, A., Khan, R., & Ahmed, S. (2022). A comprehensive review about immune responses and exhaustion markers in chronic viral infections. Biosignaling and Pathways, 12, 56. https://doi.org/10.1186/s12964-022-00856-w
5. ,” Immunology, vol. 161, pp. 249–262, 2020, https://doi.org/10.1111/imm.13137
6. Nguyen, T., et al., “The Role of Immune Checkpoints in Infectious Disease Outcomes,” Trends in Immunology, vol. 41, pp. 371–383, 2020, https://doi.org/10.1016/j.it.2020.03.001
7. Park, S., Kim, M., & Lee, H. (2020). PD-1 and its ligands in chronic infections: mechanisms and implications. Frontiers in Immunology, 11, 657. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00657
8. Philip, M., & Schietinger, A. (2020). Defining 'T cell exhaustion'. Nature Reviews Immunology, 20(11), 609–610. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00423-z
9. Pauken, K. E., & Wherry, E. J. (2021). Emerging concepts in PD-1 checkpoint biology. Nature Reviews Immunology, 21(2), 88–100. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00411-3
10. Philip, M., & Schietinger, A. (2020). Defining 'T cell exhaustion'. Nature Reviews Immunology, 20(11), 609–610. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00423-z
11. Blackburn, S. D., Crawford, A., Shin, H., et al. (2009). Tissue-specific differences in PD-1 expression on CD8 T cells in chronic viral infection. Journal of Virology, 83(21), 11145–11156. https://doi.org/10.1128/JVI.01330-09
12. Barber, D. L., Wherry, E. J., Masopust, D., et al. (2006). Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection. Nature, 439(7077), 682–687. https://doi.org/10.1038/nature04444
13. Wherry, E. J., Ha, S. J., Kaech, S. M., et al. (2007). Molecular signature of CD8+ T cell exhaustion during chronic viral infection. Immunity, 27(4), 670–684. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2007.09.006
14. Trautmann, L., Janbazian, L., Chomont, N., et al. (2006). Upregulation of PD-1 on HIV-specific CD8+ T cells leads to reversible immune dysfunction. Nature Medicine, 12(10), 1198–1202. https://doi.org/10.1038/nm1472
15. Odorizzi, P. M., Wherry, E. J. (2012). Inhibitory receptors on lymphocytes: insights from infections. Nature Reviews Immunology, 12(12), 803–815. https://doi.org/10.1038/nri3327
16. Wherry, E. J. (2011). T cell exhaustion. Nature Immunology, 12(6), 492–499. https://doi.org/10.1038/ni.2035
17. Blackburn, S. D., Shin, H., Haining, W. N., et al. (2009). Coregulation of CD8 T cell exhaustion by multiple inhibitory receptors during chronic viral infection. Nature Immunology, 10(1), 29–37. https://doi.org/10.1038/ni.1679 -
Article history_en
Received : May 26, 2024
Revised : May 27, 2024
Accepted : Jun 14, 2024
-
Authors Affiliations_en
MAZEN IBRAHIM KHAWALDEH (1)
(1) Master Degree, Department of Environmental Health, Health Polytechnic Padang, Padang 25416, West Sumatra, Indonesia, Indonesia , Email: Mazenibmazen@gmail.com
* Corresponding Author: MAZEN IBRAHIM KHAWALDEH, Mazenibmazen@gmail.com
-
Ethics declarations_en
Acknowledgment None Author Contribution All authors contributed equally to the main contributor to this paper. All authors read and approved the final paper. Conflicts of Interest “The authors declare no conflict of interest.” Funding “This research received no external funding”
