炎症性腸疾患、細胞療法および移植における精密診断 (PREDICT 試験) (PREDICT)

仮説:

仮説 #1: 研究者らは、フローサイトメトリー、TCR ディープ シーケンス、トランスクリプトミクスなどの高度な免疫学的分析を使用して、炎症性腸疾患 (IBD) および胃腸 (GI) 急性 GVHD の原因となる分子メカニズムを定義し、他の炎症性疾患と区別できるという仮説を立てています。 .

仮説 #2: 研究者はさらに、縦断的なシステムに基づく免疫学的分析により、IBD、急性および慢性 GVHD、ならびに防御免疫における移植後の欠陥の分子進化の患者固有の決定が可能になるという仮説を立て、どの経路を決定するかを決定します。乱されると、臨床疾患を引き起こす可能性があります。 これらの経路の発見は、改善された診断、予後、および治療アプローチにつながり、造血幹細胞移植 (HCT) を受ける患者の個別化された治療上の意思決定につながります。

仮説 #3: 細胞療法に関連する有効性、寿命、毒性など、養子細胞療法の明確な決定要因に関与する分子メカニズム、表現型および機能的免疫学的特徴を定義できるという仮説を立てています。 フローサイトメトリー、質量分析、TCRディープシーケンス、単一細胞トランスクリプトミクスなどの高度な免疫学的分析を使用して、細胞治療薬とそれらが誘発する内因性免疫応答の縦断的な特性評価により、有効性と毒性に重要な経路の特定と区別が可能になり、その後の治療調節が可能になります。

仮説 #4: IBD 患者と HCT のレシピエントの腸内微生物叢の違いが、両方の疾患における疾患の重症度と全体的な臨床転帰に大きな役割を果たしているという仮説を立てています (例: 菌血症、原因不明の発熱、死亡)。 次世代シーケンシングによる腸内微生物群集の長期的な特徴付けにより、観察された臨床的変化と一致する一連の微生物変化の検出が可能になります。 特定の臨床結果で繰り返し観察されるマイクロバイオームの重大な変化の発見は、その病態生理学のより良い機械的理解につながり、将来の診断および予防アプローチに情報を提供します。

仮説 5: さまざまな障害に関連する免疫調節不全がワクチンに対する免疫応答を変化させ、これらの集団の感染症に対する感受性を悪化させるという仮説を立てています。 具体的には、HCT および固形臓器移植のレシピエント、ならびに悪性腫瘍または自己免疫疾患の活動中または最近の病歴を持つ患者は、疾患の病態生理学または治療レジメンが免疫機能。 包括的な血清学的分析、高パラメーター フローサイトメトリー、および T 細胞と B 細胞の RNA シーケンスにより、これらの患者集団におけるワクチン接種後の中和抗体力価と抗原特異的な T 細胞と B 細胞の増殖、表現型、多様性、および生存率の縦断的分析が可能になります。関連および無関係の健康なコントロールで。 これらのデータは、これらの障害における免疫障害が感染症への反応不良にどのように寄与するかについて、機構的な洞察を提供します。 SARS-CoV-2 は、人口の多くが未経験のままである病原体であるため、これは、免疫不全の個人における新しい攻撃に対する免疫応答を研究するユニークな機会を表しています。 さらに、これらの調査結果は、脆弱な人々を予防可能な病気から保護するための対策を改善する方法に関する公衆衛生ガイドラインに情報を提供します。

目的:

特定の目的 #1: IBD および GI 急性 GVHD に固有のメカニズムを特定し、他の炎症性疾患と区別すること。

目的 1: 推定 GI GVHD、炎症性腸疾患 (IBD)、および機能性胃腸疾患 (FGID) のために内視鏡検査を受けた患者から採取した GI 組織サンプルから精製した T 細胞に対して、フローサイトメトリー、TCR ディープ シーケンスおよび全トランスクリプトーム解析を実行します。

目的 2: GI GVHD、IBD、および FGID と診断された患者の内視鏡検査時に、末梢血からの T 細胞に対してフローサイトメトリー、TCR ディープ シーケンスおよびトランスクリプトーム解析を実行します。

特定の目的 #2: IBD、急性 GVHD、慢性 GVHD、および HCT を受けている患者の防御免疫の欠陥の原因となる免疫学的調節異常を特徴付けます。

目的 1: IBD 患者および同種 HCT を受けている患者から精製した T 細胞および B 細胞に対して縦断的な免疫分析を実行します。 移植患者については、移植後に急性および慢性 GVHD、再発、および感染性合併症を発症した患者の T および B 細胞免疫を比較し、これらの合併症のない患者と比較します。

目的 2: 移植後の合併症の発症におけるマイクロバイオームの変化の影響を判断するために、IBD 患者および HCT を受けている患者で長期的にマイクロバイオーム分析を実行します。

特定の目的 #3: 細胞療法に対する臨床反応の決定に関与する分子および細胞の免疫学的メカニズムを特定し、副作用に関与するものから抗腫瘍反応の成功に重要な経路を区別します。

目的 1: 投与前に細胞製品を特徴付け、qPCR ベースの導入遺伝子検出 (該当する場合) を使用して、患者の末梢血および該当する場合は骨髄、CSF およびその他の組織で、その分布、動態、持続性、および機能を in vivo で縦方向に追跡します。フローサイトメトリー、マスサイトメトリー、TCR ディープ シーケンシング、細胞製品に含まれる T 細胞およびその他の免疫細胞の全トランスクリプトーム解析。

目的 2: フローサイトメトリー、マスサイトメトリー、TCR ディープ シーケンス、全トランスクリプトーム解析を使用して、細胞療法と内因性免疫系との相互作用を縦断的に調査し、細胞療法の有効性、持続性、および毒性における内因性免疫応答の役割を明らかにする内因性免疫細胞と可溶性因子および抗体の分析に関する研究。

特定の目的 #4: がん、移植、または自己免疫疾患による免疫調節不全の患者における SARS-CoV-2 ワクチン接種に対する抗原特異的な適応免疫応答を特徴付け、永続的な免疫の生成障害の根底にあるメカニズムを特定します。

目的 1: SARS-CoV-2 特異的抗体レベルおよび中和抗体力価の評価を含む、患者および健常対照者における追加ワクチン接種を含む、ワクチン接種前後の血清学的免疫の包括的な縦断的分析を実行します。

目的 2: ハイパラメーター フローサイトメトリー、単一細胞 RNA シーケンス (scRNAseq)、および T 細胞と B 細胞のレパトア解析を使用して、ワクチン接種とその後のブースター ワクチン後の SARS-CoV-2 に対する抗原特異的な T 細胞と B 細胞の記憶の縦方向の発達を特徴付ける患者と健康なコントロールで。

目的 3: 健康なコントロールと比較して、患者からの血清およびクローン化された抗体がウイルス変異体に結合して中和する能力を評価します。

背景と意義:

IBD: クローン病 (CD) および潰瘍性大腸炎 (UC) を含む炎症性腸疾患 (IBD) は、慢性の複雑な胃腸 (GI) 自己免疫疾患であり、米国で 140 万人が苦しんでいます 1。 CD と UC の両方の発生率と有病率は時間の経過とともに増加しており、世界のより広い地域を網羅しています 1,2。 さらに、小児 IBD は、診断されたすべての IBD の 25% を占め、特に成長と発達のための期間中、子供は生涯にわたって胃腸疾患にかかり、免疫抑制にさらされることになります。 病因と遺伝子異常に関する継続的な研究にもかかわらず、IBD の発症と進行の背後にあるメカニズムはよくわかっていません。 標準的な治療法は、依然としてステロイド、その他の非特異的免疫抑制剤 (メトトレキサートやアザチオプリンなど)、および抗 TNF 生物学的製剤に依存しています。 サイトカインや白血球の人身売買をブロックする薬剤などの新しい治療法が登場していますが、普遍的に成功した治療法は特定されていません。 したがって、IBD の再発型は、栄養吸収能力の全身的な低下、貧血、およびしばしば外科的介入の必要性につながり続けています。 IBD の固有のサブタイプ (UC および CD 内であっても) を駆動するメカニズムを解読し、根底にある全身性調節不全に基づいて治療を最適化することは、この分野で満たされていない重要なニーズです。 IBD の根底にある免疫メカニズムは未確定のままですが、IBD が自己抗原および遺伝的に影響を受けやすい宿主の共生微生物叢に対する不適切な免疫応答を表している可能性があることを示唆する重要なデータがあります 3。 したがって、マウスの大腸炎モデルは、粘膜の炎症が、調節細胞の欠陥とともに、病理学的 T ヘルパー (Th) 細胞応答に起因することを示唆しています。 これらのデータは、IL-2 欠損マウス 4、IL-10 欠損マウス 5、TGF-ベータ 6、および TGF-ベータ GRII ドミナント ネガティブ トランスジェニック マウス 7 での実験から明らかになりました。 病因には、Stat4 トランスジェニック マウス 8 および TNFARE 変異マウス 9 での実験から明らかになったエフェクター細胞応答の誇張も含まれます。 最近のヒトサイトカイン分析は、臨床的類似性にもかかわらず、IBDの各サブタイプが独特のサイトカインプロファイルを示すことを示唆しています10。 初期の研究では特定のエフェクター T 細胞経路を標的とする研究が始まっていますが 11、標的臓器トランスクリプトミクスの応用はまだ始まったばかりであり、個々の標的可能な経路はまだとらえどころのないものです。

HCT: 同種HCTは、悪性および非悪性血液疾患の患者に対する有効な治療法です。 しかし、この治療法は複雑であり、罹患率と死亡率が高いため、その広範な適用が制限されています。 移植後の罹患率と死亡率の主な原因には、急性および慢性 GVHD、再発、感染症が含まれます。 PREDICT 試験の目標は、エビデンスに基づく治療戦略を考案できるように、これらの合併症を引き起こすメカニズムを理解するためにシステム アプローチを適用することです。

急性 GVHD: 急性 GVHD は、ドナー由来の同種反応性 T 細胞が活性化され、宿主細胞に対する細胞毒性 12,13 およびサイトカイン媒介組織損傷を引き起こすことによって媒介されます。 中等度から重度の急性 GVHD は、HCT を受ける患者の最大 60% で発生する可能性があり、より重度の形態の死亡率は 50% を超えています 14-17。 免疫介在性組織損傷の最も一般的な部位は、肝臓、皮膚、および胃腸 (GI) 管です。 GI GVHD は、HCT 患者の 40 ～ 50% に発生し、この疾患による罹患率と死亡率の主な原因です 17。

GI GVHD の診断は、臨床的および組織病理学的所見に基づいて行われます。 GVHD は上部消化管と下部消化管の両方で発生し、下痢、腹痛、吐き気、嘔吐、および/または食欲不振の症状を引き起こします12。 GI GVHD の組織病理学的診断基準には、陰窩細胞のアポトーシス、陰窩の破壊、および/または粘膜の剥皮の同定が含まれます 18。 残念ながら、組織学上の GVHD の重症度は、疾患の臨床経過との相関が不十分です。

GI GVHD は HCT 後の一般的な合併症ですが、その一貫した正確な診断には多くの障壁が残っています。 まず、診断は適切な組織サンプリングに依存します。 目に見える病変はしばしば存在せず 19、内視鏡所見はびまん性で非特異的である可能性があります。 生検のための消化管の最適な位置や、診断を確実にするために必要な生検の数についても、コンセンサスはありません。 上部消化管と下部消化管からの生検標本の間にも頻繁な不一致があります 。 第二に、GVHD の初期に発症した患者は、見逃されているか、まだ存在していない可能性のある微妙な組織病理学的所見を持っている可能性があります。 GVHD の発症時には、アポトーシス細胞はほとんど見られず、陰窩の喪失や粘膜の損傷はまだ発生していない可能性があります 18。 最後に、GVHD の誤診につながる可能性のある交絡因子もあります。これには、コンディショニング レジメンに関連する毒性、付随する感染症、および消化管の限局性炎症をすべて引き起こす可能性のある薬が含まれます。 骨髄破壊的コンディショニング療法後の最初の 20 日間で、急性 GVHD21 を模倣したびまん性アポトーシスが見られます。 クロストリジウム・ディフィシルおよびサイトメガロウイルス感染症も、同様の臨床的および組織病理学的症状を呈する可能性があります 22。 ミコフェノール酸モフェチル 23 およびプロトンポンプ阻害剤 24 の使用も、GVHD と誤診される可能性のある消化管アポトーシスに関連していることがわかっています。 これらの要因はすべて、GVHD の組織学的診断における観察者間の高度な変動性 18,25 と臨床観察との相関の低さにつながり、より高感度で特異的な診断方法の必要性を示しています。

診断的および予後的意義を持つ GVHD のバイオマーカーの同定には、最近の進歩がありました。 IL-8、IL-2 受容体-α、腫瘍壊死因子受容体-1 (TNF-1)、肝細胞増殖因子 (HGF)、エラフィン、再生膵島由来 3-α (reg-3α)、TIM3、IL-6 、ST2、B 細胞活性化因子 (BAFF)、IL-33、CXCL10、および CXCL11 はすべて、GVHD26-28 の発生を予測するのに有用であることがわかっています。 これらのバイオマーカーは特定されていますが、広く検証されておらず、治療を変更するためのガイドとしてまだ臨床的に採用されていません. さらに、これまでに発見されたバイオマーカーは、多くの場合、下流経路の摂動の結果であり、疾患の経過の早い段階で発生する上流の調節不全を発見することは、疾患の自然な経過を変えることを目的とした試験につながる可能性のある診断モデルまたは予後モデルの開発に役立つ可能性があります。病気。

私たちのグループは、フローサイトメトリーや全トランスクリプトーム解析などの高度な免疫学的解析を使用することで、GVHD29-31 で活性な、これまで認識されていなかった分子経路を特定できることを以前に示しました。 急性 GVHD 患者にシステム免疫学的アプローチを利用することで、診断および予後的価値のある経路を特定できると期待しています。 これにより、診断能力が向上し、最も重要なことに、特定の免疫学的プロファイルに基づいて患者の管理を個別化できるようになります。

慢性 GVHD: CGVHD は移植患者の 40 ～ 60% で発生し 32-35、この疾患の発生率は過去 20 年間で上昇しています 36 -40. 慢性 GVHD の頻度が増加しているにもかかわらず、正確な診断とエビデンスに基づく治療はまだ不足しています。 したがって、慢性 GVHD バイオマーカーは特定されていますが、臨床応用に適したものはまだありません 41。 さらに、これらのバイオマーカーは、多くの場合、最終段階の経路の摂動を表し、非特異的な炎症や組織損傷、および逆調節メカニズムに起因する可能性があります。 診断の課題に加えて、重大な治療の課題もあります。このように、慢性 GVHD の治療は過去数十年にわたって大きく変化していません。 一次治療は、カルシニューリン阻害剤 (CNI) の有無にかかわらずコルチコステロイドのままであり 42-44、残念なことに、患者の約 50% が失敗し、二次治療が必要になり 45,46、二次治療後の 2 年間の失敗のない生存率はわずか 25% です。 47. これらのデータは、分子診断とエビデンスに基づく治療パラダイムの両方について、この分野で満たされていない重要なニーズを強調しています。

防御免疫: 急性および慢性 GVHD の課題に加えて、HCT を受けている患者および IBD 患者は他の毒性にも直面しており、その多くは移植後の機能不全の免疫再構成に関連しています。 ただし、防御免疫 (感染性病原体に対するものと白血病の再発に対するものの両方) における多くの欠陥の現象論は十分に文書化されていますが、原因となる分子メカニズムは不明のままです。 これらの問題に対処するために、私たちのグループと他のグループは、新しい T 細胞受容体 (TCR) および B 細胞受容体 (BCR) ディープ シーケンス技術の適用を含む、HCT 後の免疫学的再構成の詳細な評価を実行し始めました30,48-54。 これらの技術により、移植後の免疫再構成の幅と深さを、これまで不可能だったレベルの分子レベルで調査することが可能になり、感染性病原体が世界の免疫の健康と免疫の再構成に与える影響についての理解が深まる可能性があります。 これらの技術の広範な適用、および免疫表現型と機能の詳細な評価との交差により、移植患者の免疫の健康状態に関する新しい洞察が得られ、移植後の改善のための新しい介入が必要な患者を特定できる可能性があります。免疫の再構築。

PREDICT 試験の目標は、システム生物学的アプローチを適用して、移植後の主要な免疫学的転帰の正確な診断を可能にすることです。 このアプローチは、最も致命的な移植後合併症を引き起こす分子メカニズムの理解を深め、移植患者のための証拠に基づく治療パラダイムを設計するための重要なプラットフォームとして機能します。

細胞療法: 新しい養子細胞療法の臨床試験がますます進んでおり、FDA 承認の生物学的製剤として利用できるようになっているため、以前は難治性だった患者に治療の選択肢が提供されています。 この広くエキサイティングな分野には、さまざまな抗原に対するキメラ抗原受容体 (CAR) T 細胞 55、TCR を発現するように遺伝子改変された T 細胞 56,57、サイトカイン刺激 NK 細胞 58、および内因性の放射線照射腫瘍を用いた腫瘍ワクチンアプローチが含まれます。サンプル59または腫瘍抗原をパルスした免疫細胞.60 キメラ抗原受容体 T 細胞は、特に CD19+ B 細胞悪性腫瘍の患者で劇的な反応をもたらし 61-64、いくつかの製品の FDA 承認につながっています。 前例のない臨床的寛解を最初に達成することができますが、このアプローチは、応答の持続性と、注入後 12 か月で 50% の EFS を伴う CAR T 細胞の持続性によってしばしば制限されます61、腫瘍逃避メカニズム65、およびサイトカイン放出症候群を含む重大な毒性、神経毒性 66 . CAR T細胞療法の文脈では、成功したアプリケーションの重要な要因が特定されており、共刺激シグナル伝達メカニズムの組み込み67、68、in vivo CAR T細胞増殖と応答69の関連、および増殖能力とT細胞表現型サブグループの寄与が含まれます。長期持続70。 さらに、サイトカイン放出症候群と神経毒性における IL-6 と IL-1 の役割 71,72 と、神経毒性のメディエーターとしての CNS における汎 T 細胞浸潤と高いサイトカイン レベルの寄与 73 についての重要な洞察が得られました。私たちのグループと他のグループ。 しかし、成功した応答、毒性、内因性免疫系との相互作用、および IL6R の投与などの毒性の低減を目的とした介入の短期的および長期的な影響の決定要因を調査する体系的なアプローチを適用する必要性が大きく満たされていません。アンタゴニスト トシリズマブまたは IL-1 遮断 74。

この研究では、細胞療法製品の特性、in vivo での投与後の進化、および末梢血、骨髄、CNS、該当する場合は組織などのさまざまなコンパートメントでの挙動、および内因性免疫システムとの相互作用を体系的に調査することを目的としています。 TCRシーケンシング（該当する場合はBCRシーケンシング）および移入免疫細胞および内因性免疫細胞の表現型特性解析と組み合わせた単一細胞トランスクリプトミクス、および血漿中のサイトカイン、ケモカイン、抗体などの分泌免疫因子の分析が採用され、臨床反応と相関します. この偏りのない体系的な精密診断アプローチにより、細胞治療アプローチ、標的および疾患実体の性質に応じて共通または異なる、望ましくない毒性と関連または分離可能な重要な経路の特定が可能になります。 これは、細胞治療の将来の合理的な設計を批判的に通知し、細胞治療投与後の可能な治療介入を通知します。

ワクチン反応: 幹細胞および固形臓器移植のレシピエント、現在または以前に悪性腫瘍を患っている患者、IBD を含む自己免疫疾患またはリウマチ性疾患を患っている患者の間で共通するテーマは、免疫調節の障害であり、免疫調節治療の効果によって悪化することがよくあります。 、放射線、化学療法、および長期免疫抑制を含みます。 固形臓器移植レシピエントの 15% は、移植後の最初の 5 年間にワクチンで予防可能な病気で入院していますが、これらの患者に免疫を与えるための対策が講じられています (Feldman et al., 2019)。これらの患者 (Madan et al., 2008; Mazzone et al., 2004)。 HCT レシピエントは、ワクチン接種に対してさまざまな程度で反応しますが、健康な対照と同じ大きさの反応を示すわけではなく、GVHD も持っている場合、反応がさらに変化する可能性があります (Avetisyan et al., 2008; Shalabi et al., 2019)。 リウマチ性疾患または自己免疫疾患の患者は、特に TNFα 遮断などの免疫調節剤を使用している場合、特定のワクチンに対する反応が損なわれていることも示されています (Dell' Era et al., 2011)。 小児がん生存者の研究は、免疫障害が疾患の解決後も持続する可能性があることを示唆しています。 HCTを受けていない小児白血病生存者は、治療完了時に液性および適応免疫が損なわれており(Perkins et al., 2017; Top et al., 2020)、一部の患者は反応せず、他の患者は免疫力が低下している可能性があります(Nilsson et al. ., 2002; Top et al., 2020) 再ワクチン接種の試みにもかかわらず。 SARS-CoV-2 に対する予防接種の取り組みが広まるにつれて、免疫不全患者におけるワクチン反応に関する洞察は、この集団を重度の COVID-19 から保護するためのより効果的な戦略を知らせるために重要です。これは、他のワクチンで予防可能な病原体に推定することができます。

この研究では、広範囲の免疫修飾疾患を有する患者におけるSARS-CoV-2ワクチン接種後の体液性および抗原特異的T細胞およびB細胞応答を縦断的にプロファイリングするための体系的なアプローチを使用することを提案します。 患者からの血液サンプルは、ワクチン接種前およびワクチン接種後に定期的に採取されます。 アイソタイプ特異的 ELISA と中和抗体アッセイを使用して、長期的な抗体反応の持続性と大きさを評価します。 ハイパラメーター フローサイトメトリーと scRNAseq により、抗原特異的な T 細胞と B 細胞の記憶細胞の高解像度表現型解析、およびワクチン接種患者の免疫逃避の可能性に影響を与える可能性があるレパトア解析が可能になります。 最後に、この研究により、免疫調節不全の患者からのクローン抗体または血清がウイルス変異体を中和する能力が低いかどうかを判断できるようになり、患者のクローン多様性の減少がウイルス変異体に対する保護を弱める可能性があるかどうかについての洞察が得られます。