Studie nazální imunitní výzvy

Pozadí Akutní respirační virové infekce způsobují významnou nemocnost, zejména u zranitelných jedinců, a jsou tématem nesmírného významu během současné globální pandemie COVID-19. Respirační onemocnění, jako je astma a chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN), zahrnují zánět dýchacích cest a viry jsou hlavní příčinou exacerbací. Zatímco pro alergické astma byly vyvinuty nové biologické léky zaměřené na alergické a eozinofilní imunitní cesty, terapeutické možnosti léčby exacerbací astmatu zůstávají omezené a spoléhají na desítky let staré neomalené nástroje, jako jsou perorální kortikosteroidy. Vývoj nových terapií a vakcín pro boj s virovými infekcemi dýchacích cest je pomalý, částečně kvůli omezenému pochopení vrozených imunitních reakcí v místě onemocnění na sliznici dýchacích cest. Podrobná charakterizace takových reakcí může usnadnit definici biomarkerů pro respirační onemocnění, poskytnout mechanické poznatky a platformu pro testování nových terapeutik.

Naše chápání role vrozené imunity vůči infekci nedávno prošlo změnou paradigmatu, protože se nyní uznává, že vrozené buňky (a nejen buňky adaptivní imunity) mají schopnost podstoupit „trénink“ po infekci prostřednictvím metabolických změn a epigenetického přeprogramování. Patogeny proto mohou modulovat strukturu chromatinu a transkripční program vrozených imunitních buněk, což může vést ke změněným, ale nespecifickým reakcím po reinfekci buď stejnými nebo heterologními stimuly. Tyto epigenetické mechanismy mohou být zvláště důležité pro pochopení toho, jak virové spouštěče (např. chřipka) může vést ke zvýšené náchylnosti k bakteriálním infekcím a způsobit zápal plic (např. kvůli Streptococcus spp.).

Většina studií se zaměřila na buňky periferní imunity, jako jsou makrofágy, ale koncept vrozeného imunitního tréninku byl rozšířen na dlouhověké neimunitní kožní epiteliální kmenové buňky, které mají kapacitu pro „zánětlivou paměť“. Alergická zánětlivá paměť byla také nedávno zjištěna v respiračních progenitorových buňkách. Studie na myších poukázaly na potenciál strukturálních buněk (jako jsou epiteliální buňky) mít potenciál k posílení imunitních reakcí. Mechanismy vrozené imunitní "paměti" v lidských respiračních slizničních epiteliálních a imunitních buňkách v reakci na mikroby a molekulární vzorce spojené s patogeny (PAMP) však nejsou dobře pochopeny navzdory tomu, že dýchací trakt je pod neustálým přívalem infekčních stimulů.

Toll-like receptory (TLR) hrají klíčovou roli v počáteční detekci mikrobů a PAMP. TLR7/8 specificky detekuje RNA viry, jako je chřipka, rhinovirus a koronavirus. Epiteliální a imunitní buňky dýchacích cest exprimují TLR7/8, a jsou proto životně důležité při vytváření vrozené imunitní odpovědi na virové infekce a také pomáhají formovat adaptivní imunitu. Resiquimod (R848) je jednořetězcový virový analog RNA, který se váže na TLR7/8. Při systémovém podávání k léčbě lidské hepatitidy C způsobuje uvolňování cytokinů a syndrom podobný chřipce. R848 se však úspěšně používá lokálně jako kožní krém na aktinickou keratózu. Agonisté TLR7 byli vyvinuti pro terapeutické použití opakovaným intranazálním podáváním k zacílení alergického zánětu u zdravých dobrovolníků a pacientů s alergickou rýmou.

Zdůvodnění současné studie Intranazální podávání R848 bylo nyní stanoveno hlavním výzkumným pracovníkem na modelu lidské provokační expozice u zdravých dobrovolníků a u pacientů s alergickou rýmou (AR) a alergickou rýmou s astmatem (ARwA). Celkem 44 dobrovolníků dostalo intranazálně R848 v různých dávkách; 9 zdravých dobrovolníků dostalo 10 ug na nosní dírku (n=9), přičemž jedna osoba dostala 100 ug na nosní dírku (n=1); následně 35 dobrovolníků dostalo mezi 1-2 ug na nosní dírku na základě hmotnosti (0,02 ug/kg, zdravý n=12, AR n=12, ARwA n=11). Tato dávka byla dobře tolerována všemi dobrovolníky s minimálními nazálními příznaky a bez signifikantní změny obstrukce dýchacích cest (FEV1) u dobrovolníků s astmatem. Intranazální R848 byl systémově dobře tolerován beze změny fyziologických hodnot nebo sérových zánětlivých mediátorů ve srovnání s expozicí fyziologickým roztokem. Studie prokázala, že jedinci s AR a ARwA mají ve srovnání se zdravými dobrovolníky zvýšenou odpověď na interferon a chemokiny nosní sliznice. To je spojeno s pozorováním, že dochází k malému a přechodnému snížení počtu periferních eozinofilů za 4 hodiny a počtu lymfocytů za 24 hodin, což je zjištění omezené na dobrovolníky s AR a ARwA. To naznačuje, že k transportu leukocytů může docházet z periferní krve do nosní sliznice. Tato zjištění zdůrazňují, že dysregulované slizniční vrozené imunitní reakce jsou pravděpodobně důležité při určování klinického výsledku virových spouštěčů.

R848 nazální provokace (až 2 ug na nosní dírku) je proto praktickou, tolerovatelnou a neinvazivní metodou pro stimulaci a zkoumání TLR-řízených respiračních mukózních vrozených imunitních odpovědí jak ve zdraví, tak v nemoci.

Definování buněčného základu pro vrozenou imunitu řízenou TLR pomůže poskytnout mechanistický pohled na to, jak se tyto reakce mezi jednotlivci liší, její dysregulaci při onemocnění (jako je například exacerbace astmatu) a náchylnost k sekundárním infekcím. Pochopení epigenetických mechanismů, které regulují produkci interferonu a chemokinů, může pomoci identifikovat molekulární faktory nadměrného nebo tlumeného zánětu, což pomáhá upřesnit potenciální terapeutické cíle. Vzhledem k současné pandemii COVID-19 umožňuje klinický translační model použitý v této studii praktickou a přímou metodu hodnocení hostitelských faktorů, které určují vrozenou imunitu respirační sliznice.

Cílem tohoto projektu je využít zavedený tolerovatelný model provokační zátěže lidského nosního agonisty TLR v kombinaci s jednobuněčnými transkriptomickými a epigenetickými technikami k přesné charakterizaci vrozených imunitních odpovědí a mechanismů vrozeného imunitního tréninku v epiteliálních a imunitních buňkách dýchacích cest. Vzorky budou odebrány z nosní sliznice a krve před a po čelenži fyziologickým roztokem a R848. Buněčné kultury z epitelu dýchacích cest a krve budou také založeny za účelem posouzení funkčního dopadu R848 na buněčnou odpověď na opakovanou stimulaci virovými a bakteriálními ligandy. Populace studie budou zahrnovat zdravé účastníky a osoby s alergickou rýmou s astmatem/bez astmatu, aby se zjistilo, jak je v těchto populacích změněna vrozená imunita in vivo. Někteří účastníci také podstoupí opakovanou nazální provokaci k posouzení mechanismů vrozené imunitní paměti v dýchacím traktu.