Použití systémové imunologie při hledání personalizovaných biomarkerů klinické účinnosti (SYS-T-ACT)

Shrnutí studie: Aplikace systémové imunologie k hledání personalizovaných biomarkerů klinické účinnosti: Predikce aktivačního potenciálu T buněk in vivo z klidových T buněk pacientů.

Úvod Alergie postihuje více než 20 % populace většiny rozvinutých zemí. Hlavní alergická onemocnění, alergická rýma, astma, potravinové alergie a kopřivka, jsou chronické, způsobují velké postižení a jsou nákladné jak pro jednotlivce, tak pro společnost (World Allergy Organization (WAO) white book 2013). Vedle profesionálních alergií jsou nejčastější alergie na potraviny, pyl, prach, plísně, zvířecí srst, bodnutí hmyzem, léky... Alergické jevy jsou způsobeny zhoršenou reakcí imunitního systému na antigeny, které nealergickí pacienti tolerují.

Po expozici antigenům mohou být naivní CD4+ (shluk diferenciace 4) T buňky diferencovány v různých podskupinách pomocných T buněk (Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh) a indukovaných supresivních regulačních T buněk charakterizovaných různými vzory exprese cytokinů, transkripční faktory a další povrchové markery, které budou organizovat adaptivní a vrozené imunitní reakce na tyto stimuly. Th2 buňky jsou ústředními hráči ve všech různých formách alergických onemocnění spojených s imunoglobulinem E (IgE), a jsou tedy považovány za nejdominantnější podskupinu T buněk udržující alergickou odpověď. Po příjmu antigenu a jeho zpracování buňkami prezentujícími antigen jsou CD4+ T buňky polarizovány směrem k fenotypu Th2, což vede k expresi cytokinů asociovaných s Th2 buňkami, jako je interleukin (IL)-4, -5, -9, -13, přepínání Odpověď B buněk na produkci IgE (senzitizace nebo časná fáze). Alergen-specifický IgE se váže na vysoce afinitní receptor (FcεRI) vrozených imunitních buněk včetně bazofilů a žírných buněk, čímž spouští uvolňování anafylaktogenních mediátorů (cytokiny, chemokiny, histamin, heparin, serotonin a proteázy) zodpovědných za nábor zánětlivých buněk a alergické reakce. příznaky (efektor nebo pozdní fáze). Identifikace sítí genů exprimovaných v klidových a aktivovaných Th2 buňkách od alergických pacientů by pomohla odlišit kandidáty genů předpovídající imunitní toleranci k alergenům.

Alergie jsou onemocnění zahrnující mnoho podskupin buněk. Konkrétní reaktivity a příspěvky ke klinickému obrazu jsou na sobě úzce závislé a nejsou dosud plně dešifrovány. Souhru mezi různými aktéry buněčného imunitního systému dále komplikuje existence komenzální střevní flóry, nazývané také mikrobiota. Střevní mikroflóra je částečně pod dohledem imunitního systému a dysregulace nebo změny ve složení mikroflóry, například v důsledku příjmu antibiotik v dětství a/nebo odlišných stravovacích návyků, mohou ovlivnit adaptivní a vrozené imunitní funkce. Charakterizace střevní mikroflóry lidských hostitelů podstupujících imunoterapii může být velmi zajímavá pro vymezení interakcí mezi mikroflórou a adaptivním imunitním systémem.

Navzdory podstatným zlepšením léků, které zmírňují každodenní příznaky alergie, procento pacientů stále pociťuje nekontrolované závažné příznaky. Pro tyto pacienty je zatím nejlepším doporučením striktní vyhýbání se alergenu a udržování pohotovostních léků na dosah a břemeno života s alergií nakonec vede k psychosociálním, zdravotním, pracovním a ekonomickým problémům tím, že ovlivňuje náklady na veřejné zdraví. V těchto případech je nejlepším a proveditelným řešením pro zlepšení kvality života aplikace imunoterapeutického přístupu k navození alergenové tolerance.

Alergenová specifická imunoterapie (AIT) se používá již více než 100 let a dosahuje trvalé nereagování podáváním eskalujících dávek vyvolávajícího alergenu, dokud není dosaženo udržovací dávky. Imunoterapeutické protokoly trvající různou dobu trvání (od hodin pro ultrarychlé protokoly až po týdny nebo měsíce u konvenčních protokolů) se používají pro léčbu alergie na potraviny, pyl, srsti domácích zvířat a bodnutí hmyzem. Desenzibilizace probíhá v postupných krocích, jako je velmi časná desenzibilizace žírných buněk a bazofilů, vychýlení reakcí T- a B-buněk směrem k regulačnímu fenotypu, modulace izotypů alergen-specifických protilátek a inhibice migrace a uvolňování mediátorů eozinofilů, bazofilů a mastocytů buňky.

Zůstávají však otázky ohledně velmi časných událostí, ke kterým dochází při zahájení imunoterapie, jako zda se mechanismy liší ve spěchu nebo konvenčních protokolech. Výsledky imunoterapie mohou souviset s událostmi vyskytujícími se v různých podskupinách buněk a identifikace prediktivních biomarkerů pro indukci tolerance je stále velmi potřebná.

Za tímto účelem bude aplikována systémová biologie. Systémová biologie si klade za cíl shromažďovat informace o složitých biologických systémech (například transkriptomická data) a používat výpočetní nástroje k lepšímu pochopení a předpovědi, zda a do jaké míry budou tyto systémy reagovat na poruchy. Na základě „omických“ dat poskytuje systémová biologie větší obrázek o buněčných událostech probíhajících v průběhu AIT než přístupy zaměřené na izolované kandidáty genů nebo signální dráhy. Tento systémový přístup umožňuje budování a odvození prediktivních genových expresních sítí, které nebylo možné určit pomocí přístupů založených na hypotézách.

Zdůvodnění výzkumného projektu:

Lidští jedinci vykazují velké rozdíly ve vrozených i adaptivních imunitních reakcích po imunitních stimulech. Málo se však ví o tom, které a jak molekulární podsítě kvantitativně kontrolují potenciál imunitní odpovědi. Dosud nebyly stanoveny žádné prediktivní biomarkery klinické účinnosti vakcinace nebo antigen-specifické imunoterapie alergie. Současný návrh je pilotní studií k identifikaci kandidátů zájmu, jejichž prediktivní hodnota jako biomarkerů bude posouzena v dalších studiích zahrnujících větší skupiny pacientů a vhodné kontroly.

Vyšetřovatelé předpokládají, že časné molekulární události buněčné stimulace v úspěšné AIT korelují s regulačním imunitním podpisem vrozených (Natural zabijácké (NK) buňky, vrozené lymfoidní buňky) a adaptivních (T a B buňky) imunitních buněk. V tomto ohledu by charakteristiky klidových (před AIT) Th2 buněk alergických pacientů a časné změny vyskytující se v této populaci v průběhu AIT mohly nakonec předpovědět terapeutický výsledek.

Cílem tohoto projektu je vyvinout strategii systémové biologie pro kvantitativní predikci potenciálu odpovědi aktivovaných Th2 (T-helper typ 2) buněk z klidových Th2 buněk alergických pacientů podstupujících alergenovou desenzibilizační léčbu. Výzkumníci plánují analyzovat transkriptom jejich buněk v různých časových bodech v průběhu AIT a odvodit sítě genové exprese, které nám umožní určit klíčové prognostické faktory pro reakci na AIT a indukci imunitní tolerance. Paralelně s Th2 buňkami budou výzkumníci studovat role a subpopulace NK buněk, protože role těchto podskupin při alergii je stále do značné míry neznámá. Navíc, protože je známo, že střevní mikroflóra je spojena a interaguje s imunitním systémem, vědci využijí příležitosti k odběru vzorků mikrobioty pacientů podstupujících AIT, aby posoudili změny, které by mohly nastat během desenzibilizace. Dokončení této studie nám umožní i) identifikovat potenciální biomarkery, které by mohly být v konečném důsledku použity k predikci výsledku terapie nebo k upřesnění a přizpůsobení terapie vlastnostem pacienta ii) ke sledování změn vyskytujících se v NK buňkách od pacientů vystavených desenzibilizačním postupům, iii) studovat střevní mikroflóru alergických pacientů a prozkoumat potenciální prediktivní biomarkery mikroflóry (část studie provedené na IBBL). Tato studie je důkazem koncepce, která má zahájit budoucí větší kohortu, protože objev nových biomarkerů/funkcí by mohl otevřít nové cesty k pochopení dalších poruch spojených s imunitní dysregulací a u kterých je vyžadována indukce tolerance, jako je autoimunitní onemocnění, rejekce transplantátu a další.

Metodologie:

Pacienti, kteří budou zařazeni do této studie, jsou alergičtí pacienti z Imunoalergologického oddělení CHL, kteří tak jako tak podstoupí rutinní antigen-specifickou imunoterapii ze zdravotních důvodů. Tyto imunoterapeutické protokoly jsou již zavedeny a používány zkušenými specialisty na CHL a nebudou upravovány pro účely tohoto výzkumného projektu. Pokud pacienti způsobilí pro AIT souhlasí s účastí na našem výzkumném projektu, budou vyšetřovatelé během léčby odebírat vzorky krve a stolice. V závislosti na alergii, která má být léčena, existují dva rutinní desenzibilizační protokoly: pro desenzibilizaci hmyzím bodnutím se provádí ultrarychlý protokol, zatímco pro desenzibilizaci pylu se používá konvenční protokol. Je vybrána kontrolní skupina bez klinické anamnézy alergií. Vzorky krve a stolice se odebírají ve stejných časových intervalech jako u alergických pacientů.