Anvendelse av systemimmunologi i søket etter personlige biomarkører for klinisk effekt (SYS-T-ACT)

Sammendrag av studien: Anvendelse av systemimmunologi til søket etter personlige biomarkører for klinisk effekt: Forutsi T-celleaktiveringspotensialet in vivo fra hvilende T-celler til pasienter.

Innledning Allergi påvirker mer enn 20 % av befolkningen i de fleste utviklede land. De store allergiske sykdommene, allergisk rhinitt, astma, matallergier og urticaria, er kroniske, forårsaker store funksjonshemninger og er kostbare både for den enkelte og samfunnet (World Allergy Organization (WAO) white book 2013). Foruten yrkesallergier, er de vanligste allergiene forårsaket av mat, pollen, støv, mugg, flass fra dyr, insektstikk, medisiner ... Allergiske fenomener skyldes en forverret respons fra immunsystemet på antigener som tolereres av ikke-allergiske pasienter.

Etter eksponering for antigener kan naive CD4+ (cluster of differentiation 4) T-celler differensieres i forskjellige undergrupper av T-hjelper (Th) celler (Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh) og induserte undertrykkende regulatoriske T-celler karakterisert ved forskjellige cytokinekspresjonsmønstre, transkripsjonsfaktorer og andre overflatemarkører, som vil orkestrere adaptive og medfødte immunresponser på disse stimuli. Th2-celler er sentrale aktører i alle de ulike formene for immunglobulin E (IgE)-assosierte allergiske sykdommer og blir dermed sett på som den mest dominerende T-celleundergruppen som opprettholder den allergiske responsen. Ved antigenopptak og prosessering av antigenpresenterende celler, polariseres CD4+ T-celler mot en Th2-fenotype, noe som fører til ekspresjon av Th2-celleassosierte cytokiner som Interleukin (IL)-4, -5, -9, -13, bytte B-cellerespons mot IgE-produksjon (sensibilisering eller tidlig fase). Allergenspesifikk IgE binder seg til en høyaffinitetsreseptor (FcεRI) av medfødte immunceller, inkludert basofiler og mastceller, og utløser frigjøring av anafylaktogene mediatorer (cytokiner, kjemokiner, histamin, heparin, serotonin og proteaser) som er ansvarlige for rekruttering av inflammatoriske celler og allergiske celler. symptomer (effektor eller sen fase). Å identifisere nettverk av gener uttrykt i hvilende og aktiverte Th2-celler fra allergiske pasienter vil hjelpe til med å skille genkandidater som forutsier immuntoleranse mot allergener.

Allergier er sykdommer som involverer mange celleundergrupper. De spesifikke reaktivitetene og bidragene til det kliniske bildet er nært avhengige av hverandre og ikke fullstendig dechiffrert ennå. Samspillet mellom de ulike aktørene i det cellulære immunsystemet kompliseres ytterligere av eksistensen av den kommensale tarmfloraen, også kalt mikrobiota. Tarmmikrobiota er delvis under oppsyn av immunsystemet, og dysreguleringer eller endringer i sammensetningen av mikrobiotaen, for eksempel på grunn av antibiotikaopptak i barndommen og/eller ulike spisevaner, kan påvirke adaptive og medfødte immunfunksjoner. Karakterisering av tarmmikrobiotaen til menneskelige verter som gjennomgår immunterapi kan være av stor interesse for å avgrense interaksjoner mellom mikrobiota og adaptivt immunsystem.

Til tross for betydelige forbedringer i medisiner som lindrer daglige allergisymptomer, opplever fortsatt en prosentandel av pasientene ukontrollerte alvorlige symptomer. For disse pasientene er strengt unngåelse av allergenet og å holde akutte medisiner innen rekkevidde de beste anbefalingene så langt, og byrden med å leve med allergi resulterer til slutt i psykososiale, helsemessige, yrkesmessige og økonomiske problemer ved å påvirke offentlige helsekostnader. I disse tilfellene er den beste og gjennomførbare løsningen for å forbedre livskvaliteten å anvende en immunterapeutisk tilnærming for å indusere allergentoleranse.

Allergenspesifikk immunterapi (AIT) har vært implementert i mer enn 100 år, og oppnår vedvarende manglende respons ved å administrere eskalerende doser av det forårsakende allergenet inntil en vedlikeholdsdose er nådd. Immunterapeutiske protokoller som strekker seg over forskjellige varigheter (fra timer for ultra-rush-protokoller til uker eller måneder for konvensjonelle protokoller) brukes for behandling av mat, pollen, dander og insektstikkallergi. Desensibilisering finner sted i sekvensielle trinn som veldig tidlig desensibilisering av mastceller og basofiler, skjevhet av T- og B-celleresponser mot regulatorisk fenotype, modulering av allergenspesifikke antistoffisotyper og hemming av migrasjon og mediatorfrigjøring av eosinofiler, basofiler og mast celler.

Det gjenstår imidlertid spørsmål om de veldig tidlige hendelsene som finner sted ved oppstart av immunterapi, som om mekanismene er forskjellige i rush eller konvensjonelle protokoller. Immunterapiutfall kan være relatert til hendelser som oppstår i forskjellige celleundergrupper, og identifisering av prediktive biomarkører for toleranseinduksjon er fortsatt sterkt nødvendig.

For dette formålet vil systembiologi bli brukt. Systembiologi tar sikte på å samle informasjon om komplekse biologiske systemer (for eksempel transkriptomiske data) og å bruke beregningsverktøy for å bedre forstå og forutsi hvorvidt og i hvilken grad disse systemene vil reagere på forstyrrelser. Basert på "omics"-data gir systembiologi et større bilde av cellulære hendelser som skjer i løpet av AIT enn tilnærminger som fokuserer på isolerte genkandidater eller signalveier. Denne systemiske tilnærmingen tillater bygging og slutning av prediktive genekspresjonsnettverk som ikke kunne bestemmes ved bruk av hypotesebaserte tilnærminger.

Begrunnelse for forskningsprosjektet:

Menneskelige individer viser stor variasjon i både medfødte og adaptive immunresponser etter immunstimuli. Imidlertid er lite kjent om hvilke og hvordan molekylære subnettverk kvantitativt kontrollerer immunresponspotensialet. Til nå har ingen prediktive biomarkører for klinisk effekt av vaksinasjoner eller antigenspesifikke immunterapier mot allergi blitt etablert. Det nåværende forslaget er en pilotstudie for å identifisere kandidater av interesse, hvilken prediktiv verdi som biomarkører vil bli vurdert i videre studier som involverer større grupper av pasienter og passende kontroller.

Etterforskerne antar at tidlige molekylære hendelser av cellestimulering i vellykket AIT korrelerer med en regulatorisk immunresponsiv signatur av medfødte (Natural Killer (NK) celler, medfødte lymfoide celler) og adaptive (T- og B-celler) immunceller. I denne forbindelse kan egenskapene til de hvilende (før AIT) Th2-cellene til allergiske pasienter og tidlige endringer som forekommer i denne populasjonen i løpet av AIT til slutt forutsi terapeutisk utfall.

Målet med dette prosjektet er å utvikle en systembiologistrategi for å kvantitativt forutsi responspotensialet til aktiverte Th2 (T-hjelper type 2) celler fra hvilende Th2 celler fra allergiske pasienter som gjennomgår allergen desensibiliseringsbehandling. Etterforskerne planlegger å analysere transkriptomet til cellene deres på forskjellige tidspunkt i løpet av AIT og å utlede nettverk av genuttrykk som vil tillate oss å bestemme nøkkelprognostiske faktorer for AIT-respons og immuntoleranseinduksjon. Parallelt med Th2-celler vil etterforskerne studere rollene og underpopulasjonene til NK-celler, da rollen til disse undergruppene i allergi fortsatt er stort sett ukjent. I tillegg, siden tarmmikrobiotaen er kjent for å være assosiert med og interagerer med immunsystemet, vil etterforskerne gripe muligheten til å samle mikrobiotaprøver av pasienter som gjennomgår AIT for å vurdere endringer som kan oppstå under desensibilisering. Gjennomføringen av denne studien vil tillate oss i) å identifisere potensielle biomarkører som til slutt kan brukes til å forutsi terapiutfall eller for å avgrense og tilpasse terapi til en pasients egenskaper ii) å overvåke endringene som skjer i NK-celler fra pasienter som er utsatt for desensibiliseringsprosedyrer, iii) å studere tarmmikrobiotaen til allergiske pasienter og utforske potensielle mikrobiotaprediktive biomarkører (en del av studien utført ved IBBL). Denne studien står som en proof-of-concept-studie for å starte en fremtidig større kohort, siden oppdagelsen av nye biomarkører/funksjoner kan åpne opp nye veier for å forstå andre lidelser knyttet til immundysregulering og der toleranseinduksjon er nødvendig, for eksempel autoimmun sykdommer, transplantasjonsavvisning og andre.

Metodikk:

Pasienter som vil bli registrert i denne studien er allergiske pasienter fra immun-allergologisk avdeling i CHL, som uansett vil gjennomgå rutinemessig antigenspesifikk immunterapi av medisinske årsaker. Disse immunoterapeutiske protokollene er allerede etablert og brukt av erfarne spesialister ved CHL og vil ikke bli modifisert for formålet med dette forskningsprosjektet. Hvis pasienter som er kvalifisert for AIT samtykker i å delta i forskningsprosjektet vårt, vil etterforskerne samle blod- og avføringsprøver i løpet av behandlingen. Avhengig av allergien som skal behandles, er det to rutinemessige desensibiliseringsprotokoller: en ultra-rush-protokoll utføres for insektstikkdesensibilisering, mens en konvensjonell protokoll brukes for pollendesensibilisering. En kontrollgruppe uten klinisk anamnese med allergi rekrutteres. Blod- og avføringsprøver tas i samme tidsramme som hos allergiske pasienter.