Badanie odporności na nos

Tło Ostre infekcje wirusowe dróg oddechowych powodują znaczną zachorowalność, szczególnie u osób bezbronnych i są tematem o ogromnym znaczeniu podczas obecnej globalnej pandemii Covid-19. Choroby układu oddechowego, takie jak astma i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), obejmują zapalenie dróg oddechowych, a wirusy są główną przyczyną zaostrzeń. Chociaż opracowano nowe leki biologiczne ukierunkowane na alergiczne i eozynofilowe szlaki odpornościowe w leczeniu astmy alergicznej, możliwości leczenia zaostrzeń astmy pozostają ograniczone i opierają się na tępych narzędziach stosowanych od kilkudziesięciu lat, takich jak doustne kortykosteroidy. Rozwój nowych terapii i szczepionek do zwalczania wirusowych infekcji dróg oddechowych jest powolny, częściowo z powodu ograniczonego zrozumienia wrodzonych odpowiedzi immunologicznych w miejscu choroby, błony śluzowej dróg oddechowych. Szczegółowa charakterystyka takich reakcji może ułatwić zdefiniowanie biomarkerów chorób układu oddechowego, zapewniając wgląd w mechanizmy i platformę do testowania nowych środków terapeutycznych.

Nasze rozumienie roli wrodzonej odporności na infekcje uległo ostatnio zmianie paradygmatu, ponieważ obecnie uznaje się, że komórki wrodzone (a nie tylko komórki odporności nabytej) mają zdolność do przechodzenia „treningu” po zakażeniu poprzez zmiany metaboliczne i przeprogramowanie epigenetyczne. Patogeny mogą zatem modulować strukturę chromatyny i program transkrypcji wrodzonych komórek odpornościowych, co może skutkować zmienionymi, ale nieswoistymi odpowiedziami po ponownej infekcji tymi samymi lub heterologicznymi bodźcami. Te mechanizmy epigenetyczne mogą być szczególnie istotne w zrozumieniu, w jaki sposób wyzwalacze wirusowe (np. grypa) może prowadzić do zwiększonej podatności na zakażenia bakteryjne i powodować zapalenie płuc (np. ze względu na Streptococcus spp.).

Większość badań skupiała się na obwodowych komórkach odpornościowych, takich jak makrofagi, ale koncepcję wrodzonego treningu odpornościowego rozszerzono na długo żyjące, nieodporne komórki macierzyste nabłonka skóry, które mają zdolność „pamięci zapalnej”. Niedawno wykryto alergiczną pamięć zapalną w komórkach progenitorowych układu oddechowego. Badania na myszach podkreśliły potencjał komórek strukturalnych (takich jak komórki nabłonkowe) do wywoływania odpowiedzi immunologicznych. Jednakże mechanizmy wrodzonej „pamięci” odpornościowej w nabłonku błony śluzowej dróg oddechowych i komórkach układu odpornościowego człowieka w odpowiedzi na drobnoustroje i wzorce molekularne związane z patogenami (PAMP) nie są dobrze poznane, mimo że drogi oddechowe znajdują się pod ciągłym zalewem bodźców zakaźnych.

Receptory Toll-podobne (TLR) odgrywają kluczową rolę we wstępnym wykrywaniu drobnoustrojów i PAMP. TLR7/8 specyficznie wykrywa wirusy RNA, takie jak grypa, rinowirus i koronawirus. Komórki nabłonka dróg oddechowych i komórki odpornościowe wykazują ekspresję TLR7/8 i dlatego odgrywają kluczową rolę w wywoływaniu wrodzonej odpowiedzi odpornościowej na infekcje wirusowe, a także pomagają kształtować odporność nabytą. Resikwimod (R848) jest jednoniciowym analogiem wirusa RNA, który wiąże się z receptorami TLR7/8. Podawany ogólnoustrojowo w leczeniu zakażenia wirusem zapalenia wątroby typu C u ludzi powoduje uwalnianie cytokin i objawy grypopodobne. Jednakże R848 był z powodzeniem stosowany miejscowo jako krem ​​do skóry na rogowacenie słoneczne. Agonistów TLR7 opracowano do użytku terapeutycznego poprzez podawanie donosowe wielokrotnych dawek w celu zwalczania alergicznego zapalenia u zdrowych ochotników i osób cierpiących na alergiczny nieżyt nosa.

Uzasadnienie obecnego badania Donosowe podawanie R848 zostało obecnie ustalone przez głównego badacza w modelu prowokacji u ludzi u zdrowych ochotników oraz u osób chorych na alergiczny nieżyt nosa (AR) i alergiczny nieżyt nosa z astmą (ARwA). W sumie 44 ochotników otrzymało donosowy R848 w różnych dawkach; 9 zdrowych ochotników otrzymało 10 µg na nozdrze (n=9), a jedna osoba otrzymała 100 µg na nozdrze (n=1); następnie 35 ochotników otrzymało od 1 do 2 µg na nozdrze w przeliczeniu na masę ciała (0,02 µg/kg, zdrowi n=12, AR n=12, ARwA n=11). Dawka ta była dobrze tolerowana przez wszystkich ochotników z minimalnymi objawami ze strony nosa i brakiem znaczących zmian w obturacji przepływu powietrza (FEV1) u ochotników chorych na astmę. Donosowy R848 był dobrze tolerowany ogólnoustrojowo, bez zmian w zakresie parametrów fizjologicznych lub mediatorów stanu zapalnego w surowicy w porównaniu z prowokacją solą fizjologiczną. Badanie wykazało, że u osób z AR i ARwA zaobserwowano zwiększoną reakcję interferonu i chemokin błony śluzowej nosa w porównaniu ze zdrowymi ochotnikami. Wiąże się to z obserwacją, że po 4 godzinach następuje niewielkie i przejściowe zmniejszenie liczby eozynofili na obwodzie oraz liczby limfocytów po 24 godzinach, co jest zjawiskiem ograniczonym do ochotników z AR i ARwA. Sugeruje to, że transport leukocytów może odbywać się z krwi obwodowej do błony śluzowej nosa. Odkrycia te podkreślają, że rozregulowana wrodzona odpowiedź immunologiczna błony śluzowej może być ważna w określaniu wyniku klinicznego czynników wyzwalających wirusy.

Prowokacja donosowa R848 (do 2 µg na nozdrze) jest zatem praktyczną, tolerowaną i nieinwazyjną metodą stymulacji i badania wrodzonych odpowiedzi immunologicznych błony śluzowej dróg oddechowych sterowanych TLR zarówno u osób zdrowych, jak i chorych.

Zdefiniowanie komórkowych podstaw wrodzonej odporności zależnej od TLR pomoże uzyskać mechanistyczny wgląd w różnice między tymi reakcjami u poszczególnych osób, ich rozregulowanie w przebiegu choroby (np. podczas zaostrzenia astmy) oraz podatność na wtórne infekcje. Zrozumienie mechanizmów epigenetycznych regulujących produkcję interferonu i chemokin może pomóc w zidentyfikowaniu molekularnych czynników powodujących nadmierny lub stłumiony stan zapalny, co pomoże w udoskonaleniu potencjalnych celów terapeutycznych. Biorąc pod uwagę obecną pandemię COVID-19, kliniczny model translacyjny zastosowany w tym badaniu pozwala na praktyczną i prostą metodę oceny czynników gospodarza, które determinują wrodzoną odporność błony śluzowej dróg oddechowych.

Celem tego projektu jest wykorzystanie ustalonego, tolerowanego ludzkiego donosowego modelu prowokacji agonistą TLR w połączeniu z jednokomórkowymi technikami transkryptomicznym i epigenetycznymi w celu precyzyjnego scharakteryzowania wrodzonych odpowiedzi immunologicznych i mechanizmów wrodzonego treningu odpornościowego w komórkach nabłonka dróg oddechowych i komórkach układu odpornościowego. Próbki zostaną pobrane z błony śluzowej nosa i krwi przed i po prowokacji solą fizjologiczną i R848. Zostaną również utworzone hodowle komórkowe z nabłonka dróg oddechowych i krwi w celu oceny funkcjonalnego wpływu R848 na odpowiedź komórkową na powtarzającą się stymulację ligandami wirusowymi i bakteryjnymi. Badane populacje obejmą zdrowych uczestników oraz osoby cierpiące na alergiczny nieżyt nosa z astmą lub bez astmy, aby zbadać, jak wrodzona odporność in vivo zmienia się w tych populacjach. Niektórzy uczestnicy zostaną również poddani powtórnej prowokacji przez nos, aby ocenić mechanizmy wrodzonej pamięci immunologicznej w drogach oddechowych.