Nenä-immuunihaastetutkimus

Tausta Akuutit hengitysteiden virusinfektiot aiheuttavat merkittävää sairastuvuutta erityisesti haavoittuville henkilöille ja ovat valtavan tärkeä aihe nykyisen COVID-19-pandemian aikana. Hengityselinten sairaudet, kuten astma ja krooninen obstruktiivinen keuhkosairaus (COPD), sisältävät hengitysteiden tulehdusta, ja virukset ovat suuri pahenemissyy. Vaikka allergiseen astmaan on kehitetty uusia biologisia lääkkeitä, jotka kohdistuvat allergisiin ja eosinofiilisiin immuunireitteihin, terapeuttiset vaihtoehdot astman pahenemisvaiheiden hoitoon ovat edelleen rajallisia ja perustuvat vuosikymmeniä vanhoihin tylsiin työkaluihin, kuten oraalisiin kortikosteroideihin. Uusien hoitomuotojen ja rokotteiden kehittäminen virusten hengitystieinfektioiden torjuntaan on hidasta, mikä johtuu osittain siitä, että hengitysteiden limakalvon taudin synnynnäisiä immuunivasteita ei ymmärretä. Tällaisten vasteiden yksityiskohtainen karakterisointi voi helpottaa hengityselinten sairauksien biomarkkerien määrittelyä tarjoamalla mekaanisia näkemyksiä ja alustan uusien lääkkeiden testaamiseen.

Ymmärryksemme synnynnäisen immuniteetin roolista infektioita vastaan ​​on äskettäin käynyt läpi paradigman muutoksen, koska nyt tunnustetaan, että synnynnäisillä soluilla (eikä vain mukautuvilla immuunisoluilla) on kyky käydä läpi "koulutusta" infektion jälkeen metabolisten muutosten ja epigeneettisen uudelleenohjelmoinnin kautta. Patogeenit voivat siksi moduloida kromatiinin rakennetta ja synnynnäisten immuunisolujen transkriptio-ohjelmaa, mikä voi johtaa muuttuneisiin, mutta epäspesifisiin vasteisiin uudelleeninfektion yhteydessä joko samoilla tai heterologisilla ärsykkeillä. Nämä epigeneettiset mekanismit voivat olla erityisen tärkeitä sen ymmärtämisessä, kuinka virus laukaisee (esim. influenssa) voi lisätä alttiutta bakteeri-infektioille ja aiheuttaa keuhkokuumeen (esim. Streptococcus spp.:n vuoksi).

Useimmat tutkimukset ovat keskittyneet perifeerisiin immuunisoluihin, kuten makrofageihin, mutta synnynnäisen immuuniharjoittelun käsite on ulotettu koskemaan pitkäikäisiä ei-immuunisia ihon epiteelin kantasoluja, joilla on kyky "tulehdusmuistiin". Allerginen tulehdusmuisti on myös hiljattain todettu hengitysteiden esisoluissa. Hiirillä tehdyt tutkimukset ovat korostaneet rakennesolujen (kuten epiteelisolujen) potentiaalia saada immuunivasteita. Kuitenkaan ihmisen hengityselinten limakalvon epiteeli- ja immuunisolujen synnynnäisen immuuni-"muistin" mekanismeja mikrobeille ja patogeeneihin liittyville molekyylimalleille (PAMP:ille) ei ymmärretä hyvin, vaikka hengitystie on jatkuvan tarttuvien ärsykkeiden alaisena.

Toll-like reseptorit (TLR:t) ovat ratkaisevassa roolissa mikrobien ja PAMP:ien havaitsemisessa. TLR7/8 havaitsee spesifisesti RNA-viruksia, kuten influenssan, rinoviruksen ja koronaviruksen. Hengitysteiden epiteelisolut ja immuunisolut ilmentävät TLR7/8:aa ja ovat siksi elintärkeitä luontaisen immuunivasteen vahvistamisessa virusinfektioita vastaan ​​sekä auttaessaan muotoilemaan adaptiivista immuniteettia. Resiquimod (R848) on yksijuosteinen RNA-virusanalogi, joka sitoutuu TLR7/8:aan. Kun sitä annetaan systeemisesti ihmisen hepatiitti C -infektion hoitoon, se aiheuttaa sytokiinien vapautumista ja flunssan kaltaisen oireyhtymän. R848:aa on kuitenkin käytetty menestyksekkäästi paikallisesti ihovoiteena aktiinisen keratoosin hoitoon. TLR7-agonistit on kehitetty terapeuttiseen käyttöön toistuvan annoksen intranasaalisesti kohdistamiseksi allergiseen tulehdukseen terveillä vapaaehtoisilla ja niillä, joilla on allerginen nuha.

Nykyisen tutkimuksen perusteet R848:n nenänsisäinen antaminen on nyt vakiinnuttanut ihmisen altistusmallissa terveillä vapaaehtoisilla ja niillä, joilla on allerginen nuha (AR) ja allerginen nuha ja astma (ARwA), päätutkijan toimesta. Yhteensä 44 vapaaehtoista on saanut intranasaalista R848:aa eri annoksina; 9 tervettä vapaaehtoista sai 10 µg sierainta kohden (n=9) ja yksi henkilö sai 100 µg sierainta kohden (n=1); myöhemmin 35 vapaaehtoista sai 1-2 µg sierainta kohden painon perusteella (0,02 µg/kg, terve n = 12, AR n = 12, ARwA n = 11). Tämän annoksen siedivät hyvin kaikki vapaaehtoiset, joilla oli minimaaliset nenäoireet ja joilla ei ollut merkittävää muutosta ilmavirtauksen tukkeutumisessa (FEV1) astmaa sairastavilla vapaaehtoisilla. Intranasaalinen R848 oli systeemisesti hyvin siedetty ilman muutoksia fysiologisissa mittareissa tai seerumin tulehduksen välittäjäaineissa verrattuna suolaliuokseen. Tutkimus osoitti, että AR- ja ARwA-potilailla on lisääntynyt nenän limakalvon interferoni- ja kemokiinivasteet terveisiin vapaaehtoisiin verrattuna. Tämä yhdistettynä havaintoon, että perifeeristen eosinofiilien määrässä on pieni ja ohimenevä lasku 4 tunnin kohdalla ja lymfosyyttien määrä 24 tunnin kohdalla. Tämä havainto rajoittuu vapaaehtoisiin, joilla on AR ja ARwA. Tämä viittaa siihen, että leukosyyttien kauppaa saattaa tapahtua ääreisverestä nenän limakalvolle. Nämä havainnot korostavat, että säädellyt limakalvojen synnynnäiset immuunivasteet ovat todennäköisesti tärkeitä määritettäessä viruslaukaisijoiden kliinistä tulosta.

R848-nenäaltistus (jopa 2 µg sieraimeen) on siksi käytännöllinen, siedettävä ja ei-invasiivinen menetelmä TLR-ohjattujen hengitysteiden limakalvojen synnynnäisten immuunivasteiden stimuloimiseksi ja tutkimiseksi sekä terveydessä että sairauksissa.

TLR-ohjatun synnynnäisen immuniteetin soluperustan määrittäminen auttaa tarjoamaan mekaanisia näkemyksiä siitä, kuinka nämä vasteet eroavat yksilöiden välillä, sen säätelyhäiriöistä sairaudessa (kuten astman pahenemisen aikana) ja herkkyydestä sekundaarisille infektioille. Interferonin ja kemokiinin tuotantoa säätelevien epigeneettisten mekanismien ymmärtäminen voi auttaa tunnistamaan liiallisen tai vaimennetun tulehduksen molekulaariset tekijät, mikä auttaa tarkentamaan mahdollisia terapeuttisia kohteita. Nykyisessä COVID-19-pandemiassa tässä tutkimuksessa käytetty kliininen translaatiomalli mahdollistaa käytännöllisen ja suoraviivaisen menetelmän arvioida isäntätekijöitä, jotka määräävät hengitysteiden limakalvojen synnynnäisen immuniteetin.

Tämän projektin tavoitteena on hyödyntää vakiintunutta siedettävää ihmisen nenän TLR-agonistihaastemallia yhdistettynä yksisoluisiin transkriptomisiin ja epigeneettisiin tekniikoihin luontaisten immuunivasteiden ja synnynnäisen immuuniharjoittelun mekanismien tarkkaan karakterisoimiseksi hengitysteiden epiteelisoluissa ja immuunisoluissa. Näytteet otetaan nenän limakalvolta ja verestä ennen ja jälkeen suolaliuoksen ja R848-altistuksen. Soluviljelmiä hengitysteiden epiteelistä ja verestä perustetaan myös arvioimaan R848:n toiminnallista vaikutusta soluvasteeseen viruksen ja bakteerin ligandeilla tapahtuvaan toistuvaan stimulaatioon. Tutkimuspopulaatioihin kuuluu terveitä osallistujia ja allergisia nuhaa sairastavia astmaa tai ilman astmaa, jotta voidaan tutkia, kuinka in vivo synnynnäinen immuniteetti muuttuu näissä populaatioissa. Joillekin osallistujille tehdään myös toistuva nenähaaste hengitysteiden synnynnäisen immuunimuistin mekanismien arvioimiseksi.