Systems Immunologyn soveltaminen kliinisen tehokkuuden yksilöllisten biomarkkereiden etsimiseen (SYS-T-ACT)

Yhteenveto tutkimuksesta: Systeemi-immunologian soveltaminen kliinisen tehokkuuden yksilöllisten biomarkkerien etsimiseen: T-soluaktivaatiopotentiaalin ennustaminen in vivo potilaiden lepäävistä T-soluista.

Johdanto Allergia vaikuttaa yli 20 prosenttiin useimpien kehittyneiden maiden väestöstä. Tärkeimmät allergiset sairaudet, allerginen nuha, astma, ruoka-allergiat ja urtikaria, ovat kroonisia, aiheuttavat vakavan vamman ja ovat kalliita sekä yksilölle että yhteiskunnalle (World Allergy Organization (WAO) valkoinen kirja 2013). Työperäisten allergioiden lisäksi yleisimpiä allergioita aiheuttavat ruoka, siitepöly, pöly, home, eläinten hilse, hyönteisten pisto, lääkkeet… Allergiset ilmiöt johtuvat immuunijärjestelmän voimistuneesta vasteesta antigeeneihin, joita ei-allergiset potilaat sietävät.

Antigeeneille altistuksen jälkeen naiivit CD4+ (erilaistumisklusteri 4) T-solut voivat erilaistua T-auttajasolujen (Th) eri alaryhmissä (Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh) ja indusoituneissa suppressiivisissa säätely-T-soluissa, joille on ominaista erilaiset sytokiinien ilmentymismallit, transkriptiotekijät ja muut pintamarkkerit, jotka järjestävät adaptiivisia ja synnynnäisiä immuunivasteita näihin ärsykkeisiin. Th2-solut ovat keskeisiä toimijoita kaikissa immunoglobuliini E:hen (IgE) liittyvien allergisten sairauksien eri muodoissa, ja siksi niitä pidetään hallitsevina allergista vastetta ylläpitävänä T-solualaryhmänä. Kun antigeeniä ottavat ja antigeeniä esittelevät solut käsittelevät, CD4+ T-solut polarisoituvat kohti Th2-fenotyyppiä, mikä johtaa Th2-soluihin liittyvien sytokiinien, kuten interleukiini (IL)-4, -5, -9, -13, ilmentymiseen. B-soluvaste kohti IgE-tuotantoa (herkistyminen tai varhainen vaihe). Allergeenispesifinen IgE sitoutuu synnynnäisten immuunisolujen, mukaan lukien basofiilit ja syöttösolut, korkeaaffiniteettiseen reseptoriin (FcεRI) ja laukaisee anafylaktogeenisten välittäjien (sytokiinit, kemokiinit, histamiini, hepariini, serotoniini ja proteaasit) vapautumisen, jotka ovat vastuussa tulehdussolujen kerääntymisestä ja allergisista soluista. oireet (efektori tai myöhäinen vaihe). Allergisten potilaiden lepäävissä ja aktivoiduissa Th2-soluissa ilmentyvien geeniverkostojen tunnistaminen auttaisi erottamaan geeniehdokkaat, jotka ennustavat immuunisietokykyä allergeeneille.

Allergiat ovat sairauksia, joihin liittyy monia soluja. Erityiset reaktiivisuudet ja panokset kliiniseen kuvaan ovat tiiviisti riippuvaisia ​​toisistaan, eikä niitä ole vielä täysin tulkittu. Solujen immuunijärjestelmän eri toimijoiden välistä vuorovaikutusta monimutkaistaa entisestään kommensaalinen suolistofloora, jota kutsutaan myös mikrobiotaksi. Suoliston mikrobiota on osittain immuunijärjestelmän valvonnassa ja mikrobiotan koostumuksen epäsäännökset tai muutokset, jotka johtuvat esimerkiksi lapsuuden antibioottien ottamisesta ja/tai erilaisista ruokailutottumuksista, voivat vaikuttaa adaptatiivisiin ja synnynnäisiin immuunitoimintoihin. Immunoterapiaa saavien ihmisisäntien suoliston mikrobiotan karakterisointi saattaa olla erittäin kiinnostavaa mikrobiotan ja mukautuvan immuunijärjestelmän välisten vuorovaikutusten määrittämiseksi.

Huolimatta merkittävistä parannuksista päivittäisiä allergiaoireita lievittävissä lääkkeissä, osa potilaista kokee edelleen hallitsemattomia vakavia oireita. Näille potilaille allergeenin tiukka välttäminen ja hätälääkkeiden pitäminen käden ulottuvilla ovat tähän mennessä parhaat suositukset, ja allergian kanssa elämisen taakka johtaa lopulta psykososiaalisiin, terveydellisiin, ammatillisiin ja taloudellisiin ongelmiin vaikuttamalla kansanterveyskustannuksiin. Näissä tapauksissa paras ja toteuttamiskelpoisin ratkaisu elämänlaadun parantamiseksi on soveltaa immunoterapeuttista lähestymistapaa allergeenitoleranssin indusoimiseksi.

Allergeenispesifistä immunoterapiaa (AIT) on toteutettu yli 100 vuoden ajan, ja se saavuttaa jatkuvan vasteen antamalla nousevia annoksia aiheuttavaa allergeenia, kunnes ylläpitoannos on saavutettu. Elintarvike-, siitepöly-, lemmikkieläinten hilse- ja hyönteisten pistoallergian hoitoon sovelletaan eripituisia immunoterapeuttisia protokollia (tunteista ultra-rush-protokollat ​​viikkoihin tai kuukausiin tavanomaisissa protokollissa). Desensibilisaatio tapahtuu peräkkäisinä vaiheina, kuten syöttösolujen ja basofiilien hyvin varhainen desensibilisaatio, T- ja B-soluvasteiden vinouttaminen säätelevää fenotyyppiä kohti, allergeenispesifisten vasta-aineisotyyppien modulaatio sekä eosinofiilien, basofiilien ja maston migraation ja välittäjän vapautumisen estäminen. soluja.

Kysymyksiä on kuitenkin edelleen hyvin varhaisista tapahtumista, jotka tapahtuvat immunoterapian alussa, kuten ovatko mekanismit erilaiset kiireessä tai tavanomaisissa protokollissa. Immunoterapian tulos voi liittyä tapahtumiin, joita esiintyy eri solujen alaryhmissä, ja toleranssin induktion ennustavien biomarkkerien tunnistaminen on edelleen erittäin tarpeen.

Tätä tarkoitusta varten sovelletaan systeemibiologiaa. Systeemibiologian tavoitteena on kerätä tietoa monimutkaisista biologisista järjestelmistä (esimerkiksi transkriptiikkadataa) ja soveltaa laskennallisia työkaluja ymmärtääkseen ja ennustaakseen paremmin, reagoivatko nämä järjestelmät häiriöihin ja missä määrin. "Omic"-tietojen perusteella systeemibiologia antaa suuremman kuvan AIT:n aikana tapahtuvista solutapahtumista kuin lähestymistavat, jotka keskittyvät eristettyihin geeniehdokkaisiin tai signalointireitteihin. Tämä systeeminen lähestymistapa mahdollistaa ennustavien geeniekspressioverkostojen rakentamisen ja päättelemisen, joita ei voitu määrittää hypoteesiin perustuvilla lähestymistavoilla.

Tutkimusprojektin perustelut:

Ihmisillä on suuria vaihteluita sekä synnynnäisissä että adaptiivisissa immuunivasteissa immuuniärsykkeiden jälkeen. Kuitenkin vain vähän tiedetään siitä, mitkä ja miten molekyylialiverkot määräävät kvantitatiivisesti immuunivasteen potentiaalia. Toistaiseksi rokotusten tai antigeenispesifisten immunoterapioiden kliinisen tehon ennustavia biomarkkereita allergioiden suhteen ei ole vahvistettu. Tämä ehdotus on pilottitutkimus kiinnostavien ehdokkaiden tunnistamiseksi, joiden ennustearvoa biomarkkereina arvioidaan jatkotutkimuksissa, joissa on mukana suurempia potilasryhmiä ja asianmukaisia ​​kontrolleja.

Tutkijat olettavat, että solustimulaation varhaiset molekyylitapahtumat onnistuneessa AIT:ssä korreloivat synnynnäisten (luonnolliset tappajasolut (NK-solut, synnynnäiset lymfoidisolut)) ja adaptiivisten (T- ja B-solut) immuunisolujen säätelevän immuuniherkän allekirjoituksen kanssa. Tässä suhteessa allergisten potilaiden lepäävien (ennen AIT:tä) Th2-solujen ominaisuudet ja tässä populaatiossa AIT:n aikana tapahtuvat varhaiset muutokset voivat viime kädessä ennustaa terapeuttisen tuloksen.

Tämän projektin tavoitteena on kehittää systeemibiologian strategia, jonka avulla voidaan kvantitatiivisesti ennustaa aktivoituneiden Th2-solujen (T-auttajatyyppi 2) vastepotentiaali allergisten potilaiden lepäävistä Th2-soluista, jotka saavat allergeenien herkkyyshoitoa. Tutkijat aikovat analysoida solujensa transkription eri ajankohtina koko AIT:n ajan ja päätellä geenien ilmentymisverkostoja, joiden avulla voimme määrittää keskeiset ennustetekijät AIT-vasteelle ja immuunitoleranssin induktiolle. Th2-solujen rinnalla tutkijat tutkivat NK-solujen rooleja ja alapopulaatioita, koska näiden alaryhmien rooli allergiassa on vielä suurelta osin tuntematon. Lisäksi, koska suoliston mikrobiston tiedetään olevan yhteydessä immuunijärjestelmään ja olevan vuorovaikutuksessa immuunijärjestelmän kanssa, tutkijat tarttuvat tilaisuuteen kerätä mikrobiotanäytteitä potilaista, joille tehdään AIT, jotta voidaan arvioida muutoksia, joita saattaa esiintyä herkkyyden vähentämisen aikana. Tämän tutkimuksen valmistuminen antaa meille mahdollisuuden i) tunnistaa mahdollisia biomarkkereita, joita voidaan viime kädessä käyttää ennustamaan hoidon lopputulosta tai tarkentamaan ja mukauttamaan terapiaa potilaan ominaisuuksiin ii) seuraamaan muutoksia, joita esiintyy herkkyyskäsittelyille altistuneiden potilaiden NK-soluissa, iii) tutkia allergisten potilaiden suoliston mikrobiota ja tutkia mahdollisia mikrobiota ennustavia biomarkkereita (osa IBBL:ssä suoritettua tutkimusta). Tämä tutkimus on konseptin todistetutkimus tulevaisuuden laajemman kohortin käynnistämiseksi, koska uusien biomarkkerien/ominaisuuksien löytäminen voi avata uusia mahdollisuuksia ymmärtää muita häiriöitä, jotka liittyvät immuunihäiriöihin ja joissa tarvitaan toleranssin induktiota, kuten autoimmuunisairauksia. sairaudet, siirteen hylkiminen ja muut.

Metodologia:

Potilaat, jotka otetaan mukaan tähän tutkimukseen, ovat allergisia potilaita CHL:n immunoallergologian osastolta, joille suoritetaan joka tapauksessa rutiiniantigeenispesifinen immunoterapia lääketieteellisistä syistä. Nämä immunoterapeuttiset protokollat ​​ovat jo CHL:n kokeneiden asiantuntijoiden laatimia ja käyttämiä, eikä niitä muuteta tämän tutkimusprojektin tarkoitusta varten. Jos AIT-kelpoiset potilaat suostuvat osallistumaan tutkimusprojektiimme, tutkijat keräävät veri- ja ulostenäytteitä hoidon aikana. Hoidettavasta allergiasta riippuen on olemassa kaksi rutiiniherkkyysprotokollaa: ultra-rush-protokolla suoritetaan hyönteisten piston herkkyyden poistamiseen, kun taas perinteistä protokollaa käytetään siitepölyn herkkyyden poistamiseen. Rekrytoidaan verrokkiryhmä, jolla ei ole kliinistä allergioita. Veri- ja ulostenäytteet otetaan samoissa aikaväleissä kuin allergisilta potilailta.