Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector83210.54101/ACEN.2022.1.2Original articlesОригинальные статьиResearch ArticleFeatures of innate and adaptive immunity in patients with Parkinson's diseaseОсобенности показателей врождённого и адаптивного иммунитета у пациентов с болезнью Паркинсонаhttps://orcid.org/0000-0001-6092-0659KrasakovIgor V.КрасаковИгорь Вячеславович
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), Head, Center of Extrapyramidal Disorders, assistant, Department of nervous diseases

к.м.н., рук. центра экстрапирамидных заболеваний, преподаватель каф. нервных болезней

annaly-nevrologii@neurology.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8644-905XDavydovaNataliya I.ДавыдоваНаталия Ивановна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Head, Clinical immunology laboratory

к.м.н., с.н.с., зав. лаб. клинической иммунологии отд. клинико-лабораторной диагностики

annaly-nevrologii@neurology.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5338-0866KalashnikovaAnastasiya A.КалашниковаАнастасия Андреевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Clinical immunology laboratory

к.б.н., с.н.с. лаб. клинической иммунологии отд. клинико-лабораторной диагностики

annaly-nevrologii@neurology.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8988-3011LitvinenkoIgor V.ЛитвиненкоИгорь Вячеславович
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Prof., Head, Department of nervous diseases

д.м.н., проф., нач. каф. нервных болезней

annaly-nevrologii@neurology.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6998-1669AleksaninSergey S.АлексанинСергей Сергеевич
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Prof., Director

д.м.н., проф., чл.-корр. РАН, директор

annaly-nevrologii@neurology.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8697-0096MakarovaNataliya V.МакароваНаталия Васильевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Phys. and Math.), leading researcher, Head, Statistical analysis department, Medical Register, EMERCOM of Russia research laboratory of statistical analysis and forecasting

к.ф.-м.н., в.н.с. НИО «Медицинский регистр МЧС России»

annaly-nevrologii@neurology.ruA.M. Nikiforov Russian Center of Emergency and Radiation MedicineФГБУ «Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины имени А.М. Никифорова»S.M. Kirov Military Medical AcademyФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова»1501202216114232603202226032022Copyright ©; 2022, Krasakov I.V., Davydova N.I., Kalashnikova A.A., Litvinenko I.V., Aleksanin S.S., Makarova N.V.Copyright ©; 2022, Красаков И.В., Давыдова Н.И., Калашникова А.А., Литвиненко И.В., Алексанин С.С., Макарова Н.В.2022Krasakov I.V., Davydova N.I., Kalashnikova A.A., Litvinenko I.V., Aleksanin S.S., Makarova N.V.Красаков И.В., Давыдова Н.И., Калашникова А.А., Литвиненко И.В., Алексанин С.С., Макарова Н.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/832

Introduction. T cells play a significant role in neuroinflammation in Parkinson's disease (PD). Gamma delta T cells are an under-researched 'minor' subpopulation of T cells. An assessment of the immune system in patients with PD, with a focus on γδТ cells, provides new data on the pathogenesis of neurodegenerative diseases.

The aim of the study was to examine the lymphocyte subpopulations, nonclassical γδТ cells, as well as cytokine production in patients with 3 stage PD complicated by motor fluctuations.

Materials and methods. We examined 20 patients with 3 stage PD receiving dopaminergic combination therapy (main group) and 20 age-matched patients with chronic cerebrovascular disease (comparison group). Considering the suspected role of chronic constipation in maintaining dysbiosis and chronic inflammation in patients with PD, the presence of constipation was an inclusion criterion for this study. The subpopulation profile of the peripheral blood lymphocytes was assessed using flow cytofluorometry, as well as cytokine levels using enzyme linked immunosorbent assay.

Results. It was found that the number of mature CD3+ T cells with αβ or γδ chains as the T-cell receptors (TCR) in the lymphocyte population was significantly lower in patients with PD — median 74% (57.3–83.5)) than in the comparison group (median 80% (73.0–86.0); р = 0.014. There was also a statistically significant reduction in the number of CD3+CD56+ natural killer (NK) T cells in the group of patients with PD vs. the comparison group — 4.7% (1.3–7.7) vs. 7.8% (0.8–24); р = 0.036. At the same time, the number of CD3–CD56+ NK cells was significantly higher in the group of patients with PD (16.4% (9–34)) vs. the comparison group — 8.7% (5–15); р = 0.001. Moreover, the main group had a statistically significantly higher number of activated CD3–CD8+ NK cells — 7% (4.5–13.5) vs. the comparison group — 3.5% (0.86–4.9); р < 0.001. Out of the total number of γδТ cells, the TCRγδ CD4+CD8– subpopulation was statistically smaller in the group of patients with PD — 13.6% (6.2–27.0) than in the comparison group — 29.8% (4.0–52.1); р = 0.016. The study of cytokine levels in the group of patients with PD showed a significant increase in the induced production of interleukin-1β (IL-1β), as well as a high (aberrant) spontaneous production of IL-10, which was 227.5 pg/ml in patients with PD when the normal range is 0–23 pg/ml. The correlation analysis showed that the TCRγδ CD4+CD8– subpopulation and cytokines in the group of patients with PD had a statistically significant (p = 0.048) negative correlation with the induced production of IL-10 (r = –0.745) and a significant (p = 0.042) positive correlation with the induced production of the pro-inflammatory cytokine IL-1β (r = 0.648). There was a trend towards increased spontaneous production of IL-10 (r = –0.602; p = 0.0506) as the level of the TCRγδ CD4+CD8– T helper cells decreased.

Conclusion. Changes were found in the blood of patients with PD, which indicate a chronic inflammatory process: increased number of CD3–CD56+ NK cells, including activated CD3–CD8+ cells, and increased production of pro-inflammatory cytokine IL-1β and anti-inflammatory cytokine IL-10. A decrease was found in the level of a minor subpopulation of γδT cells, TCRγδ CD4+CD8–. The correlation found between this subpopulation and the production of pro- and anti-inflammatory cytokines indicates its role in regulation of chronic inflammation in PD.

Введение. Т-клеточное звено играет существенную роль в нейровоспалении при болезни Паркинсона (БП). γδТ-клетки являются малоизученной «минорной» субпопуляцией Т-лимфоцитов. Оценка состояния иммунной системы у пациентов с БП с фокусом на γδТ-лимфоцитах позволяет получить новые данные о патогенезе нейродегенеративных заболеваний.

Цель исследования — изучение субпопуляций лимфоцитов, неклассических γδТ-лимфоцитов и продукции цитокинов у пациентов с 3 стадией БП, осложнённой моторными флуктуациями.

Материалы и методы. Обследованы 20 пациентов с 3 стадией БП, получающих комбинированную дофаминергическую терапию (основная группа) и 20 пациентов с хроническими цереброваскулярными заболеваниями сопоставимого возраста (группа сравнения). С учётом предполагаемой роли хронического запора в поддержании у пациентов с БП дисбиотических состояний и хронического воспаления наличие запоров являлось критерием включения пациента в исследование. Проведена оценка субпопуляционного состава лимфоцитов периферической крови методом проточной цитофлуориметрии, а также уровня цитокинов методом иммуноферментного анализа.

Результаты. Установлено, что количество зрелых CD3+-Т-лимфоцитов, Т-клеточный рецептор (T-cell receptor, TCR) которых представлен αβ- или γδ-цепями, в популяции лимфоцитов в группе пациентов с БП было значимо ниже (медиана 74% (57,3–83,5), чем в группе сравнения — 80% (73,0–86,0); р = 0,014. Также выявлено достоверное снижение количества CD3+CD56+-натуральных киллеров (NK) в группе пациентов с БП — 4,7% (1,3–7,7), тогда как в группе сравнения — 7,8% (0,8–24); р = 0,036. При этом в группе пациентов с БП количество CD3–CD56+-NK-клеток было значимо выше — 16,4% (9–34), чем в группе сравнения — 8,7% (5–15); р = 0,001. Кроме того, в основной группе выявлено достоверное повышение количества активированных CD3–CD8+-NK-клеток — 7% (4,5–13,5), в группе сравнения — 3,5% (0,86–4,9); р < 0,001. Среди общего количества γδТ-клеток субпопуляция Т-хелперов CD4+CD8–-TCRγδ была достоверно ниже в группе пациентов с БП — 13,6% (6,2–27,0), чем в группе сравнения — 29,8% (4,0–52,1); р = 0,016. При исследовании уровней цитокинов в группе пациентов с БП выявлено значимое повышение индуцированной продукции интерлейкина (ИЛ)-1β, а также высокая (аберрантная) спонтанная продукция ИЛ-10, которая в группе пациентов с БП составила 227,5 пг/мл при норме 0–23 пг/мл. В результате корреляционного анализа субпопуляции Т-хелперов CD4+CD8–-TCRγδ и цитокинов в группе пациентов с БП выявлена достоверная (p = 0,048) обратная взаимосвязь с индуцированной продукцией ИЛ-10 (r = –0,745) и значимая (p = 0,042) прямая связь с индуцированной продукцией провоспалительного цитокина ИЛ-1β (r = 0,648). Выявлена тенденция к повышению спонтанной продукции ИЛ-10 (r = –0,602; p = 0,0506) при снижении уровня Т-хелперов CD4+CD8–-TCRγδ.

Заключение. В крови пациентов с БП выявлены изменения, свидетельствующие о наличии хронического воспалительного процесса: увеличение количества NK-клеток CD3–CD56+, в том числе активированных CD3–CD8+, повышение продукции провоспалительного цитокина ИЛ-1β и противовоспалительного цитокина ИЛ-10. Определено снижение содержания минорной субпопуляции γδT-клеток CD4+CD8–-TCRγδ. Выявленная взаимосвязь этой субпопуляции с продукцией про- и противовоспалительных цитокинов позволяет предположить ее роль в регуляции хронического воспаления при БП.

Parkinson's diseaseγδТ cellsneuroinflammationimmunityболезнь ПаркинсонаγδТ-лимфоцитынейровоспалениеиммунитетLitvinenko I.V., Krasakov I.V., Bisaga G.N. et al. Modern conception of the pathogenesis of neurodegenerative diseases and therapeutic strategy. Zh Nevrol Psikhiatr Im S S Korsakova. 2017;6-2:3–10. DOI: 10.17116/jnevro2017117623-10. PMID: 28980606. (In Russ.)Литвиненко И.В., Красаков И.В., Бисага Г.Н. и др. Современная концепция патогенеза нейродегенеративных заболеваний и стратегия терапии. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2017;6-2:3–10. DOI 10.17116/jnevro2017117623-10.Członkowska A., Kurkowska-Jastrzebska I., Członkowski A. et al. Immune processes in the pathogenesis of Parkinson’s disease — a potential role for microglia and nitric oxide. Med Sci Monit. 2002;8(8):RA165–RA177. PMID: 12165754.Whitton P.S. Inflammation as a causative factor in the aetiology of Parkinson’s disease. Br J Pharmacol. 2007;150(8):963–976. DOI: 10.1038/sj.bjp.0707167. PMID: 17339843.Chen Z., Chen S., Liu J. The role of T cells in the pathogenesis of Parkinson’s disease. Prog Neurobiol. 2018;169:1–23. DOI: 10.1016/j.pneurobio.2018.08.002. PMID: 30114440.Yarilin A.A. [Immunologiya]. Moscow: GEOTAR-Media; 2010. (In Russ.)Ярилин А.А. Иммунология. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.Janeway C.A. Jr., Travers P., Walport M., Shlomchik M.J. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition. New York: Garland Science, 2001.Nizhegorodova D.B., Zafranskaya M.M. γδТ-Lymphocytes: general characteristics, subpopulation profile, biological role, and fuctional features. Meditsinskaya immunologiya. 2009;11(2–3):115–130. DOI: 10.15789/1563-0625-2009-2-3-115-130. (In Russ.)Нижегородова Д.Б., Зафранская М.М. γδТ-Лимфоциты: общая характеристика, субпопуляционный состав, биологическая роль и функциональные особенности. Медицинская иммунология. 2009;11(2–3):115–130. DOI: 10.15789/1563-0625-2009-2-3-115-130.Hedges J.F., Jutila M.A. Harnessing γδ T cells as natural immune modulators. Mucosal Vaccines. 2020;773–787. DOI:10.1016/B978-0-12-811924-2.00046-8.Saito H., Kranz D.M., Takagaki Y. et al. Complete primary structure of a heterodimeric T-cell receptor deduced from cDNA sequences. Nature. 1984;309(5971):757–62. DOI: 10.1038/309757a0. PMID: 6330561.Chien Y.H., Iwashima M., Kaplan K.B. et al. A new T-cell receptor gene located within the alpha locus and expressed early in T-cell differentiation. Nature. 1987;327(6124):677–682. DOI: 10.1038/327677a0. PMID: 2439914.Groh V., Porcelli S., Fabbi M. et al. Human lymphocytes bearing T cell receptor gamma/delta are phenotypically diverse and evenly distributed throughout the lymphoid system. J Exp Med. 1989;169(4):1277–1294. DOI: 10.1084/jem.169.4.1277. PMID: 2564416.Parker C.M., Groh V., Band H. et al. Evidence for extrathymic changes in the T cell receptor gamma/delta repertoire. J Exp Med. 1990;171(5):1597–1612. DOI: 10.1084/jem.171.5.1597. PMID: 2185330.McCarthy N.E., Hedin C.R., Sanders T.J. Azathioprine therapy selectively ablates human Vδ2+ T cells in Crohn’s disease. J Clin Invest. 2015;125(8):3215–3225. DOI: 10.1172/JCI80840. PMID: 26168223.Paul S., Singh A.K., Lal S., Lal G. Phenotypic and functional plasticity of gamma-delta (γδ) T cells in inflammation and tolerance. Int Rev Immunol. 2014;33(6):537–558. DOI: 10.3109/08830185.2013.863306. PMID: 24354324.Harly C., Guillaume Y., Nedellec S. Key implication of CD277/butyrophilin-3 (BTN3A) in cellular stress sensing by a major human γδ T-cell subset. Blood. 2012;120(11):2269–2279. DOI: 10.1182/blood-2012-05-430470. PMID: 22767497.Moore K.W., de Waal Malefyt R., Coffman R.L., O’Garra A. Interleukin-10 and the interleukin-10 receptor. Annu Rev Immunol. 2001;19:683–765. DOI: 10.1146/annurev.immunol.19.1.683. PMID: 11244051.Saraiva M., O’Garra A. The regulation of IL-10 production by immune cells. Nat Rev Immunol. 2010;10(3):170–181. DOI: 10.1038/nri2711. PMID: 20154735.Gutierrez J., Raju S., Riley J.P., Boulis N.M. Introduction to neuropathic pain syndromes. Neurosurg Clin N Am. 2014;25(4):639–662. DOI: 10.1016/ j.nec.2014.06.002. PMID: 25240654.Tarazi F.I., Sahli Z.T., Wolny M., Mousa S.A. Emerging therapies for Parkinson’s disease: from bench to bedside. Pharmacol Ther. 2014;144(2):123–133. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2014.05.010. PMID: 24854598.Naundorf S., Schröder M., Höflich C. et al. IL-10 interferes directly with TCR-induced IFN-gamma but not IL-17 production in memory T cells. Eur J Immunol. 2009;39(4):1066–1077. DOI: 10.1002/eji.200838773. PMID: 19266486.Sabat R., Grütz G., Warszawska K. Biology of interleukin-10. Cytokine Growth Factor Rev. 2010;21(5):331–344. DOI: 10.1016/j.cytogfr.2010.09.002. PMID: 21115385.Moore T.A., Moore B.B., Newstead M.W., Standiford T.J. Gamma delta-T cells are critical for survival and early proinflammatory cytokine gene expression during murine Klebsiella pneumonia. J Immunol. 2000;165(5):2643–2650. DOI: 10.4049/jimmunol.165.5.2643. PMID: 10946293.Toth B., Alexander M., Daniel T. et al. The role of gammadelta T cells in the regulation of neutrophil-mediated tissue damage after thermal injury. J Leukoc Biol. 2004;76(3):545–552. DOI: 10.1189/jlb.0404219. PMID: 15197233.Koohsari H., Tamaoka M., Campbell H.R., Martin J.G. The role of gamma delta T cells in airway epithelial injury and bronchial responsiveness after chlorine gas exposure in mice. Respir Res. 2007;8(1):21. DOI: 10.1186/1465-9921-8-21. PMID: 17343743.Balbi B., Valle M.T., Oddera S. et al. T-lymphocytes with gamma delta+ V delta 2+ antigen receptors are present in increased proportions in a fraction of patients with tuberculosis or with sarcoidosis. Am Rev Respir Dis. 1993;148 (6 Pt 1):1685–1690. DOI: 10.1164/ajrccm/148.6_Pt_1.1685. PMID: 8256920.Bertotto A., Gerli R., Spinozzi F. et al. Lymphocytes bearing the gamma delta T cell receptor in acute Brucella melitensis infection. Eur J Immunol. 1993;23(5):1177–1180. DOI: 10.1002/eji.1830230531. PMID: 8477812.Caldwell C.W., Everett E.D., McDonald G. et al. Apoptosis of gamma/delta T cells in human ehrlichiosis. Am J Clin Pathol. 1996;105(5):640–646. DOI: 10.1093/ajcp/105.5.640. PMID: 8623774.Chien Y.H., Meyer C., Bonneville M. γδ T cells: first line of defense and beyond. Annu Rev Immunol. 2014;32:121–155. DOI: 10.1146/annurev-immunol-032713-120216. PMID: 24387714.Stark M.A., Huo Y., Burcin T.L. et al. Phagocytosis of apoptotic neutrophils regulates granulopoiesis via IL-23 and IL-17. Immunity. 2005;22(3):285–294. DOI: 10.1016/j.immuni.2005.01.011. PMID: 15780986.Wucherpfennig K.W., Newcombe J., Li H. et al. Gamma delta T-cell receptor repertoire in acute multiple sclerosis lesions. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992;89(10):4588–4592. DOI: 10.1073/pnas.89.10.4588. PMID: 1374907.Fiszer U., Mix E., Fredrikson S. et al. Gamma delta+ T cells are increased in patients with Parkinson’s disease. J Neurol Sci. 1994;121(1):39–45. DOI: 10.1016/0022-510x(94)90154-6. PMID: 8133310.Kozlov I.G. [Microbiota, mucosal immunity and antibiotics: the fineness of the interaction]. RMJ. 2018;8(1):19–27. (In Russ.)Козлов И.Г. Микробиота, мукозальный иммунитет и антибиотики: тонкости взаимодействия. РМЖ. 2018;8(1):19–27.Campos-Acuña J., Elgueta D., Pacheco R. T-cell-driven inflammation as a mediator of the gut-brain axis involved in Parkinson’s disease. Front Immunol. 2019;10:239. DOI: 10.3389/fimmu.2019.00239. PMID: 30828335.Krasakov I.V., Litvinenko I.V. , Rodionov G.G. et al. Evaluation of gut microbiota in Parkinson’s disease using gas chromatography with mass spectrometric detection. Annals of clinical and experimental neurology. 2018;12(4):23–29. DOI: 10.25692/ACEN.2018.4.3. (In Russ.)Красаков И.В., Литвиненко И.В., Родионов Г.Г. и др. Оценка микробиоты кишечника у пациентов с болезнью Паркинсона с помощью метода газовой хромато-масс-спектрометрии. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2018;12(4):23–29.Fasano A., Bove F., Gabrielli M. et al. The role of small intestinal bacterial overgrowth in Parkinson’s disease. Mov Disord. 2013;28(9):1241–1249. DOI: 10.1002/mds.25522. PMID: 23712625.Fasano A., Visanji N.P., Liu L.W. et al. Gastrointestinal dysfunction in Parkinson’s disease. Lancet Neurol. 2015;14(6):625–639. DOI: 10.1016/S1474-4422(15)00007-1. PMID: 25987282.Maini Rekdal V., Bess E.N., Bisanz J.E. et al. Discovery and inhibition of an interspecies gut bacterial pathway for Levodopa metabolism. Science. 2019;364(6445):eaau6323. DOI: 10.1126/science.aau6323. PMID: 31196984.Stacy M., Bowron A., Guttman M. et al. Identification of motor and nonmotor wearing-off in Parkinson’s disease: comparison of a patient questionnaire versus a clinician assessment. Mov Disord. 2005;20(6):726–733. DOI: 10.1002/mds.20383. PMID: 15719426.Ivashkin V.T., Mayev I.V., Sheptulin A.A. Diagnostics and treatment of chronic constipation in adults: clinical guidelines of the Russian gastroenterological association. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2017;27(3):75–83. DOI: 10.22416/1382-4376-2017-27-3-75-83. (In Russ.)Ивашкин В.Т., Маев И.В., Шептулин А.А. и др. Клинические рекомендации Российской гастроэнтерологической ассоциации по диагностике и лечению взрослых пациентов с хроническим запором. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2017;27(3):75–83.Bocharov E.V., Kryzhanovsky G.N., Poleschuk V.V. Immune and antioxidant disorders in Parkinson’s disease. Patogenez. 2012;10(1):34–38. (In Russ.)Бочаров Е.В., Крыжановский Г.Н., Полещук В.В. и др. Нарушение иммунной и антиоксидантной защиты при болезни Паркинсона. Патогенез. 2012;10(1):34–38.Bouskra D., Brézillon C., Bérard M. et al. Lymphoid tissue genesis induced by commensals through NOD1 regulates intestinal homeostasis. Nature. 2008;456(7221):507–510. DOI: 10.1038/nature07450. PMID: 18987631.Ubeda C., Pamer E.G. Antibiotics, microbiota, and immune defense. Trends Immunol. 2012;33(9):459–466. DOI: 10.1016/j.it.2012.05.003. PMID: 22677185.Zhou C., Zhou X., He D. et al. Reduction of peripheral blood iNKT and γδT cells in patients with Parkinson’s disease: an observational study. Front Immunol. 2020;11:1329. DOI: 10.3389/fimmu.2020.01329. PMID: 32670293.Lindestam Arlehamn C.S., Dhanwani R., Pham J. et al. α-Synuclein-specific T cell reactivity is associated with preclinical and early Parkinson’s disease. Nat Commun. 2020;11(1):1875. DOI: 10.1038/s41467-020-15626-w. PMID: 32313102.