Anvendelse af systemimmunologi til at søge efter personlige biomarkører for klinisk effektivitet (SYS-T-ACT)

Resumé af undersøgelsen: Anvendelse af systemimmunologi til at søge efter personlige biomarkører for klinisk effektivitet: Forudsigelse af T-celleaktiveringspotentialet in vivo fra hvilende T-celler hos patienter.

Introduktion Allergi påvirker mere end 20 % af befolkningen i de fleste udviklede lande. De store allergiske sygdomme, allergisk rhinitis, astma, fødevareallergi og nældefeber, er kroniske, forårsager store invaliditeter og er dyre både for den enkelte og for samfundet (World Allergy Organization (WAO) white book 2013). Udover erhvervsmæssige allergier er de mest almindelige allergier forårsaget af mad, pollen, støv, skimmelsvamp, dyreskæl, insektstik, medicin… Allergiske fænomener skyldes en forværret reaktion fra immunsystemet på antigener, der tolereres af ikke-allergiske patienter.

Efter eksponering for antigener kan naive CD4+ (cluster of differentiation 4) T-celler differentieres i forskellige undergrupper af T-hjælper (Th) celler (Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh) og inducerede suppressive regulatoriske T-celler karakteriseret ved forskellige cytokinekspressionsmønstre, transkriptionsfaktorer og andre overflademarkører, som vil orkestrere adaptive og medfødte immunresponser på disse stimuli. Th2-celler er centrale aktører i alle de forskellige former for immunoglobulin E (IgE)-associerede allergiske sygdomme og betragtes således som den mest dominerende T-celleundergruppe, der opretholder den allergiske reaktion. Ved antigenoptagelse og behandling af antigenpræsenterende celler polariseres CD4+ T-celler mod en Th2-fænotype, hvilket fører til ekspression af Th2-celle-associerede cytokiner, såsom Interleukin (IL)-4, -5, -9, -13, der skifter B-cellerespons mod IgE-produktion (sensibilisering eller tidlig fase). Allergenspecifik IgE binder til en højaffinitetsreceptor (FcεRI) af medfødte immunceller, herunder basofiler og mastceller, hvilket udløser frigivelsen af ​​anafylaktogene mediatorer (cytokiner, kemokiner, histamin, heparin, serotonin og proteaser), der er ansvarlige for rekruttering af inflammatoriske celler og allergiske celler. symptomer (effektor eller sen fase). At identificere netværk af gener udtrykt i hvilende og aktiverede Th2-celler fra allergiske patienter ville hjælpe med at skelne genkandidater, der forudsiger immuntolerance over for allergener.

Allergier er sygdomme, der involverer mange celleundergrupper. De specifikke reaktiviteter og bidrag til det kliniske billede er tæt indbyrdes afhængige og ikke fuldt ud dechifreret endnu. Samspillet mellem de forskellige aktører i det cellulære immunsystem kompliceres yderligere af eksistensen af ​​den kommensale tarmflora, også kaldet mikrobiotaen. Tarmmikrobiota er delvist under opsyn af immunsystemet, og dysreguleringer eller ændringer i mikrobiotaens sammensætning, for eksempel på grund af antibiotikaoptagelse i barndommen og/eller forskellige spisevaner, kan påvirke adaptive og medfødte immunfunktioner. Karakterisering af tarmmikrobiotaen hos menneskelige værter, der gennemgår immunterapi, kan være af stor interesse for at afgrænse interaktioner mellem mikrobiota og adaptivt immunsystem.

På trods af væsentlige forbedringer i medicin, der lindrer daglige allergisymptomer, oplever en procentdel af patienterne stadig ukontrollerede alvorlige symptomer. For disse patienter er strengt undgåelse af allergenet og at holde nødmedicin inden for rækkevidde de bedste anbefalinger indtil videre, og byrden ved at leve med allergi resulterer i sidste ende i psykosociale, sundhedsmæssige, erhvervsmæssige og økonomiske problemer ved at påvirke de offentlige sundhedsomkostninger. I disse tilfælde er den bedste og gennemførlige løsning til at forbedre livskvaliteten at anvende en immunterapeutisk tilgang til at inducere allergentolerance.

Allergen-specifik immunterapi (AIT) har været implementeret i mere end 100 år og opnår vedvarende manglende respons ved at administrere eskalerende doser af det forårsagende allergen, indtil en vedligeholdelsesdosis er nået. Immunterapeutiske protokoller, der spænder over forskellige varigheder (fra timer for ultra-rush-protokoller til uger eller måneder for konventionelle protokoller) anvendes til behandling af mad, pollen, kæledyrsskæl og insektstikallergi. Desensibilisering finder sted i sekventielle trin, såsom meget tidlig desensibilisering af mastceller og basofiler, skævvridning af T- og B-celleresponser mod regulatorisk fænotype, modulering af allergenspecifikke antistofisotyper og inhibering af migration og mediatorfrigivelse af eosinofiler, basofiler og mast celler.

Der er dog stadig spørgsmål om de meget tidlige hændelser, der finder sted ved initiering af immunterapi, som om mekanismerne er forskellige i haste- eller konventionelle protokoller. Immunterapiresultat kan være relateret til hændelser, der forekommer i forskellige celleundergrupper, og identifikation af forudsigelige biomarkører for toleranceinduktion er stadig meget nødvendig.

Til dette formål vil systembiologi blive anvendt. Systembiologi har til formål at indsamle information om komplekse biologiske systemer (for eksempel transkriptomiske data) og at anvende beregningsværktøjer til bedre at forstå og forudsige, om og i hvilken grad disse systemer vil reagere på forstyrrelser. Baseret på "omics"-data giver systembiologi et større billede af cellulære hændelser, der opstår i løbet af AIT end tilgange, der fokuserer på isolerede genkandidater eller signalveje. Denne systemiske tilgang tillader opbygning og inferens af prædiktive genekspressionsnetværk, der ikke kunne bestemmes ved hjælp af hypotesebaserede tilgange.

Baggrund for forskningsprojektet:

Menneskelige individer viser stor variation i både medfødte og adaptive immunresponser efter immunstimuli. Der er dog lidt kendt om, hvilke og hvordan molekylære undernetværk kvantitativt kontrollerer immunresponspotentialet. Indtil nu er der ikke etableret prædiktive biomarkører for klinisk effekt af vaccinationer eller antigenspecifikke immunterapier mod allergi. Det nuværende forslag er et pilotstudie for at identificere kandidater af interesse, hvis prædiktive værdi som biomarkører vil blive vurderet i yderligere undersøgelser, der involverer større grupper af patienter og passende kontroller.

Forskerne antager, at tidlige molekylære begivenheder af cellestimulering i vellykket AIT korrelerer med en regulatorisk immunresponsiv signatur af medfødte (Natural Killer (NK) celler, medfødte lymfoide celler) og adaptive (T og B celler) immunceller. I denne henseende kunne karakteristika for de hvilende (før AIT) Th2-celler fra allergiske patienter og tidlige ændringer, der forekommer i denne population i løbet af AIT, i sidste ende forudsige terapeutisk resultat.

Målet med dette projekt er at udvikle en systembiologistrategi til kvantitativt at forudsige responspotentialet for aktiverede Th2 (T-hjælper type 2) celler fra hvilende Th2 celler fra allergiske patienter, der gennemgår allergen desensibiliseringsbehandling. Forskerne planlægger at analysere transkriptomet af deres celler på forskellige tidspunkter i løbet af AIT og at udlede netværk af genekspression, der vil give os mulighed for at bestemme nøgleprognostiske faktorer for AIT-respons og immuntolerance-induktion. Parallelt med Th2-celler vil efterforskerne studere roller og subpopulationer af NK-celler, da disse undergruppers rolle i allergi stadig er stort set ukendt. Derudover, da tarmmikrobiotaen er kendt for at være forbundet med og interagerer med immunsystemet, vil efterforskerne gribe muligheden for at indsamle mikrobiotaprøver fra patienter, der gennemgår AIT for at vurdere ændringer, der kan forekomme under desensibilisering. Afslutningen af ​​denne undersøgelse vil give os mulighed for i) at identificere potentielle biomarkører, der i sidste ende kan bruges til at forudsige behandlingsresultater eller til at forfine og tilpasse behandlingen til en patients egenskaber ii) at overvåge ændringerne, der forekommer i NK-celler fra patienter, der er udsat for desensibiliseringsprocedurer, iii) at studere tarmmikrobiotaen hos allergiske patienter og udforske potentielle mikrobiotaprædiktive biomarkører (en del af undersøgelsen udført på IBBL). Denne undersøgelse står som et proof-of-concept-studie for at starte en fremtidig større kohorte, da opdagelsen af ​​nye biomarkører/funktioner kan åbne nye veje til at forstå andre lidelser forbundet med immun dysregulering, og hvor toleranceinduktion er påkrævet, såsom autoimmun sygdomme, transplantationsafstødning og andre.

Metode:

Patienter, der vil blive optaget i denne undersøgelse, er allergiske patienter fra immun-allergologisk afdeling i CHL, som alligevel vil gennemgå rutinemæssig antigen-specifik immunterapi af medicinske årsager. Disse immunterapeutiske protokoller er allerede etableret og brugt af erfarne specialister på CHL og vil ikke blive ændret til formålet med dette forskningsprojekt. Hvis patienter, der er berettiget til AIT, accepterer at deltage i vores forskningsprojekt, vil efterforskerne indsamle blod- og afføringsprøver i løbet af behandlingen. Afhængigt af den allergi, der skal behandles, er der to rutinemæssige desensibiliseringsprotokoller: en ultra-rush-protokol udføres for insektstik-desensibilisering, mens en konventionel protokol bruges til pollen-desensibilisering. En kontrolgruppe uden en klinisk anamnese med allergi rekrutteres. Blod- og afføringsprøver udtages i samme tidsrum som hos allergiske patienter.