Stosowanie immunologii systemów do poszukiwania spersonalizowanych biomarkerów skuteczności klinicznej (SYS-T-ACT)

Streszczenie pracy: Zastosowanie immunologii systemowej do poszukiwania spersonalizowanych biomarkerów skuteczności klinicznej: Przewidywanie potencjału aktywacji limfocytów T in vivo ze spoczynkowych limfocytów T pacjentów.

Wprowadzenie Alergia dotyka ponad 20% populacji większości krajów rozwiniętych. Główne choroby alergiczne, alergiczny nieżyt nosa, astma, alergie pokarmowe i pokrzywka, mają charakter przewlekły, powodują poważną niepełnosprawność i są kosztowne zarówno dla jednostki, jak i dla społeczeństwa (biała księga Światowej Organizacji Alergii (WAO) 2013). Oprócz alergii zawodowych, najczęstsze alergie są spowodowane przez żywność, pyłki, kurz, pleśń, sierść zwierząt, użądlenia owadów, leki… Zjawiska alergiczne są spowodowane zaostrzoną reakcją układu odpornościowego na antygeny tolerowane przez pacjentów niealergicznych.

Po ekspozycji na antygeny, naiwne limfocyty T CD4+ (skupisko różnicowania 4) można różnicować w różne podzbiory komórek T pomocniczych (Th) (Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh) i indukowane supresyjne limfocyty T regulatorowe charakteryzujące się różnymi wzorce ekspresji cytokin, czynniki transkrypcyjne i inne markery powierzchniowe, które będą koordynować adaptacyjne i wrodzone odpowiedzi immunologiczne na te bodźce. Limfocyty Th2 odgrywają główną rolę we wszystkich różnych postaciach chorób alergicznych związanych z immunoglobuliną E (IgE), a zatem są uważane za najbardziej dominujący podzbiór komórek T podtrzymujący odpowiedź alergiczną. Po pobraniu i przetworzeniu antygenu przez komórki prezentujące antygen, limfocyty T CD4+ są polaryzowane w kierunku fenotypu Th2, co prowadzi do ekspresji cytokin związanych z komórkami Th2, takich jak interleukina (IL)-4, -5, -9, -13, przełączanie Odpowiedź limfocytów B na wytwarzanie IgE (uczulenie lub wczesna faza). Swoiste dla alergenu IgE wiążą się z receptorem o wysokim powinowactwie (FcεRI) wrodzonych komórek odpornościowych, w tym bazofili i komórek tucznych, wyzwalając uwalnianie mediatorów anafilaktogennych (cytokiny, chemokiny, histamina, heparyna, serotonina i proteazy) odpowiedzialnych za rekrutację komórek zapalnych i reakcje alergiczne objawy (faza efektorowa lub późna). Identyfikacja sieci genów eksprymowanych w spoczynkowych i aktywowanych komórkach Th2 pacjentów z alergią pomogłaby w rozróżnieniu potencjalnych genów przewidujących tolerancję immunologiczną na alergeny.

Alergie to choroby obejmujące wiele podzbiorów komórek. Konkretne reaktywności i udział w obrazie klinicznym są ściśle współzależne i nie zostały jeszcze w pełni rozszyfrowane. Wzajemne oddziaływanie między różnymi aktorami komórkowego układu odpornościowego dodatkowo komplikuje istnienie komensalnej flory jelitowej, zwanej także mikrobiomem. Mikroflora jelitowa jest częściowo nadzorowana przez układ odpornościowy, a rozregulowanie lub zmiany w składzie mikroflory, na przykład spowodowane przyjmowaniem antybiotyków w dzieciństwie i/lub różnymi nawykami żywieniowymi, mogą wpływać na adaptacyjne i wrodzone funkcje odpornościowe. Charakterystyka mikroflory jelitowej ludzkich gospodarzy poddawanych immunoterapii może być bardzo interesująca dla określenia interakcji między mikroflorą a adaptacyjnym układem odpornościowym.

Pomimo znacznej poprawy leków łagodzących codzienne objawy alergii, pewien odsetek pacjentów nadal doświadcza niekontrolowanych ciężkich objawów. Dla tych pacjentów ścisłe unikanie alergenu i trzymanie leków doraźnych w zasięgu ręki to jak dotąd najlepsze zalecenia, a ciężar życia z alergią ostatecznie skutkuje problemami psychospołecznymi, zdrowotnymi, zawodowymi i ekonomicznymi, wpływając na koszty zdrowia publicznego. W takich przypadkach najlepszym i możliwym rozwiązaniem poprawiającym jakość życia jest zastosowanie podejścia immunoterapeutycznego w celu wywołania tolerancji na alergen.

Immunoterapia swoista dla alergenu (AIT) jest stosowana od ponad 100 lat i prowadzi do trwałego braku reakcji poprzez podawanie rosnących dawek alergenu sprawczego, aż do osiągnięcia dawki podtrzymującej. Protokoły immunoterapeutyczne obejmujące różne czasy trwania (od godzin w przypadku protokołów ultraszybkich do tygodni lub miesięcy w przypadku protokołów konwencjonalnych) są stosowane w leczeniu alergii na pokarm, pyłki, sierść zwierząt domowych i jad owadów. Odczulanie odbywa się w następujących po sobie etapach, takich jak bardzo wczesne odczulanie komórek tucznych i bazofili, wypaczanie odpowiedzi komórek T i B w kierunku fenotypu regulatorowego, modulacja izotypów przeciwciał swoistych dla alergenu oraz hamowanie migracji i uwalniania mediatorów eozynofili, bazofilów i mastocytów komórki.

Pozostają jednak pytania dotyczące bardzo wczesnych zdarzeń zachodzących na początku immunoterapii, na przykład, czy mechanizmy różnią się w protokołach przyspieszonych czy konwencjonalnych. Wyniki immunoterapii mogą być związane ze zdarzeniami występującymi w różnych podzbiorach komórek, a identyfikacja predykcyjnych biomarkerów indukcji tolerancji jest nadal bardzo potrzebna.

W tym celu zastosowana zostanie biologia systemowa. Biologia systemów ma na celu gromadzenie informacji o złożonych systemach biologicznych (na przykład dane transkryptomiczne) oraz stosowanie narzędzi obliczeniowych w celu lepszego zrozumienia i przewidywania, czy iw jakim stopniu systemy te będą reagować na zakłócenia. Opierając się na danych „omicznych”, biologia systemów daje szerszy obraz zdarzeń komórkowych zachodzących w przebiegu AIT niż podejścia skupiające się na izolowanych genach kandydujących lub szlakach sygnałowych. To podejście systemowe umożliwia budowanie i wnioskowanie predykcyjnych sieci ekspresji genów, których nie można było określić za pomocą podejść opartych na hipotezach.

Uzasadnienie projektu badawczego:

Osoby ludzkie wykazują duże zróżnicowanie zarówno wrodzonych, jak i adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych po bodźcach immunologicznych. Jednak niewiele wiadomo o tym, które podsieci molekularne iw jaki sposób ilościowo kontrolują potencjał odpowiedzi immunologicznej. Do tej pory nie ustalono biomarkerów predykcyjnych skuteczności klinicznej szczepień ochronnych ani swoistych antygenowo immunoterapii alergii. Obecna propozycja jest badaniem pilotażowym mającym na celu zidentyfikowanie interesujących kandydatów, których wartość predykcyjna jako biomarkerów zostanie oceniona w dalszych badaniach z udziałem większych grup pacjentów i odpowiednich kontroli.

Badacze postawili hipotezę, że wczesne zdarzenia molekularne stymulacji komórek w udanej AIT korelują z regulacyjną sygnaturą odpowiedzi immunologicznej wrodzonych (komórki NK, wrodzone komórki limfoidalne) i adaptacyjnych (komórki T i B) komórek odpornościowych. Pod tym względem charakterystyka spoczynkowych (przed AIT) komórek Th2 pacjentów z alergią oraz wczesne zmiany zachodzące w tej populacji w przebiegu AIT mogą ostatecznie przewidywać wynik terapeutyczny.

Celem tego projektu jest opracowanie strategii biologii systemów do ilościowego przewidywania potencjału odpowiedzi aktywowanych komórek Th2 (T-pomocniczych typu 2) ze spoczynkowych komórek Th2 pacjentów z alergią poddawanych leczeniu odczulania na alergeny. Badacze planują przeanalizować transkryptom swoich komórek w różnych punktach czasowych w trakcie AIT i wywnioskować sieci ekspresji genów, które pozwolą nam określić kluczowe czynniki prognostyczne dla odpowiedzi AIT i indukcji tolerancji immunologicznej. Równolegle z komórkami Th2 badacze będą badać role i subpopulacje komórek NK, ponieważ rola tych podzbiorów w alergii jest nadal w dużej mierze nieznana. Ponadto, ponieważ wiadomo, że mikroflora jelitowa jest związana i oddziałuje z układem odpornościowym, badacze wykorzystają okazję do zebrania próbek mikroflory pacjentów poddawanych AIT w celu oceny zmian, które mogą wystąpić podczas odczulania. Ukończenie tego badania pozwoli nam i) zidentyfikować potencjalne biomarkery, które docelowo mogą posłużyć do prognozowania wyniku terapii lub udoskonalenia i dostosowania terapii do cech pacjenta ii) monitorowania zmian zachodzących w komórkach NK u pacjentów poddanych procedurom odczulania, iii) badanie mikroflory jelitowej pacjentów z alergią i zbadanie potencjalnych biomarkerów prognostycznych mikroflory (część badania przeprowadzonego w IBBL). To badanie stanowi dowód słuszności koncepcji, aby rozpocząć przyszłą większą kohortę, ponieważ odkrycie nowych biomarkerów/cech może otworzyć nowe możliwości zrozumienia innych zaburzeń związanych z dysregulacją immunologiczną, w których wymagana jest indukcja tolerancji, takich jak choroby autoimmunologiczne choroby, odrzucenie przeszczepu i inne.

Metodologia:

Pacjenci, którzy zostaną włączeni do tego badania, to pacjenci z alergią z oddziału Immunoalergologii CHL, którzy i tak zostaną poddani rutynowej immunoterapii specyficznej dla antygenu z powodów medycznych. Te protokoły immunoterapeutyczne są już ustalone i stosowane przez doświadczonych specjalistów w CHL i nie będą modyfikowane na potrzeby tego projektu badawczego. Jeśli pacjenci kwalifikujący się do AIT wyrażą zgodę na udział w naszym projekcie badawczym, badacze będą pobierać próbki krwi i kału w trakcie leczenia. W zależności od leczonej alergii istnieją dwa rutynowe protokoły odczulania: protokół ultraszybki jest wykonywany w przypadku odczulania na jad owadów, a protokół konwencjonalny jest stosowany w przypadku odczulania na pyłki. Rekrutowana jest grupa kontrolna bez klinicznej historii alergii. Próbki krwi i kału pobiera się w tych samych ramach czasowych, co u pacjentów z alergią.