Nasal immunutmaningsstudie

Bakgrund Akuta luftvägsvirusinfektioner orsakar betydande sjuklighet, särskilt hos sårbara individer och är ett ämne av enorm betydelse under den nuvarande globala covid-19-pandemin. Luftvägssjukdomar som astma och kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) involverar inflammation i luftvägarna och virus är en viktig orsak till exacerbationer. Medan nya biologiska läkemedel riktade mot allergiska och eosinofila immunvägar har utvecklats för allergisk astma, är terapeutiska alternativ för behandling av astmaexacerbationer fortfarande begränsade och förlitar sig på decennier gamla trubbiga verktyg som orala kortikosteroider. Utvecklingen av nya terapier och vacciner för att bekämpa virala luftvägsinfektioner går långsamt, delvis på grund av den begränsade förståelsen av medfödda immunsvar vid sjukdomsslemhinnan i luftvägarna. Detaljerad karaktärisering av sådana svar kan underlätta definitionen av biomarkörer för luftvägssjukdomar, vilket ger mekanistiska insikter och en plattform för testning av nya terapier.

Vår förståelse av rollen av medfödd immunitet mot infektion har nyligen genomgått ett paradigmskifte då det nu är känt att medfödda celler (och inte bara adaptiva immunceller) har förmågan att genomgå "träning" efter infektion via metabola förändringar och epigenetisk omprogrammering. Patogener kan därför modulera kromatinstrukturen och transkriptionsprogrammet för medfödda immunceller, vilket kan resultera i förändrade men ospecifika svar vid återinfektion antingen med samma eller heterologa stimuli. Dessa epigenetiska mekanismer kan vara särskilt relevanta för att förstå hur virala triggers (t.ex. influensa) kan leda till ökad mottaglighet för bakteriella infektioner och orsaka lunginflammation (t.ex. på grund av streptokocker spp.).

De flesta studier har fokuserat på perifera immunceller som makrofager, men konceptet med medfödd immunträning har utvidgats till långlivade icke-immuna hudepitelstamceller, som har kapacitet för "inflammatoriskt minne". Allergiskt inflammatoriskt minne har också nyligen etablerats i respiratoriska progenitorceller. Murina studier har belyst potentialen för strukturella celler (såsom epitelceller) att ha potentialen att skapa immunsvar. Mekanismer för medfödd immun "minne" i mänskliga respiratoriska mukosala epitel- och immunceller som svar på mikrober och patogenassocierade molekylära mönster (PAMPs) är inte väl förstådda trots att andningsvägarna är under en konstant störtflod av infektiös stimuli.

Tullliknande receptorer (TLR) spelar en avgörande roll i den initiala upptäckten av mikrober och PAMP. TLR7/8 detekterar specifikt RNA-virus som influensa, rhinovirus och coronavirus. Luftvägsepitel- och immunceller uttrycker TLR7/8 och är därför avgörande för att montera det medfödda immunsvaret mot virusinfektioner, samt hjälpa till att forma adaptiv immunitet. Resiquimod (R848) är en enkelsträngad RNA viral analog som binder till TLR7/8. När det ges systemiskt för att behandla human hepatit C-infektion orsakar det cytokinfrisättning och ett influensaliknande syndrom. R848 har dock framgångsrikt använts lokalt som en hudkräm för aktinisk keratos. TLR7-agonister har utvecklats för terapeutisk användning genom upprepad intranasal administrering för att rikta in sig på allergisk inflammation hos friska frivilliga och de med allergisk rinit.

Skäl för aktuell studie Intranasal R848-administration har nu etablerats i en human utmaningsmodell hos friska frivilliga och hos de med allergisk rinit (AR) och allergisk rinit med astma (ARwA) av chefsutredaren. Totalt har 44 frivilliga fått intranasal R848 i olika doser; 9 friska frivilliga fick 10 µg per näsborre (n=9) med en person som fick 100 µg per näsborre (n=1); därefter fick 35 frivilliga mellan 1-2 µg per näsborre baserat på vikt (0,02 µg/kg, frisk n=12, AR n=12, ARwA n=11). Denna dos tolererades väl av alla frivilliga med minimala nasala symtom och ingen signifikant förändring i luftflödeshinder (FEV1) hos frivilliga med astma. Intranasal R848 tolererades väl systemiskt utan förändringar i fysiologiska mått eller seruminflammatoriska mediatorer jämfört med saltlösningsutmaning. Studien visade att individer med AR och ARwA har ökat interferon- och kemokinsvar i nässlemhinnan jämfört med friska frivilliga. Detta kombineras med observationen att det finns en liten och övergående minskning av antalet perifera eosinofiler efter 4 timmar och i antalet lymfocyter efter 24 timmar, ett fynd som är begränsat till frivilliga med AR och ARwA. Detta tyder på att leukocythandel kan förekomma från det perifera blodet till nässlemhinnan. Dessa fynd understryker att dysregulerade slemhinnor medfödda immunsvar sannolikt kommer att vara viktiga för att bestämma det kliniska resultatet av virala triggers.

R848 nasal utmaning (upp till 2 µg per näsborre) är därför en praktisk, tolererbar och icke-invasiv metod för att stimulera och undersöka TLR-drivna respiratoriska mukosala medfödda immunsvar i både hälsa och sjukdom.

Att definiera den cellulära grunden för TLR-driven medfödd immunitet kommer att bidra till att ge mekanistiska insikter om hur dessa svar skiljer sig mellan individer, dess dysreglering vid sjukdom (som under en astmaexacerbation) och mottaglighet för sekundära infektioner. Att förstå de epigenetiska mekanismerna som reglerar produktionen av interferon och kemokin kan hjälpa till att identifiera de molekylära drivkrafterna för överdriven eller dämpad inflammation, vilket hjälper till att förfina potentiella terapeutiska mål. Med tanke på den nuvarande COVID-19-pandemin möjliggör den kliniska translationsmodellen som används i denna studie en praktisk och enkel metod för att bedöma värdfaktorerna som bestämmer respiratorisk slemhinnas medfödda immunitet.

Målet med detta projekt är att använda en etablerad tolererbar human nasal TLR-agonist-utmaningsmodell kombinerad med encelliga transkriptomiska och epigenetiska tekniker för att exakt karakterisera medfödda immunsvar och mekanismer för medfödd immunträning i luftvägsepitel- och immunceller. Prover kommer att samlas in från nässlemhinnan och blod före och efter saltlösning och R848-provokation. Cellkulturer från luftvägsepitel och blod kommer också att etableras för att bedöma den funktionella effekten av R848 på cellulärt svar på upprepad stimulering med virala och bakteriella ligander. Studiepopulationer kommer att inkludera friska deltagare och de med allergisk rinit med/utan astma för att undersöka hur in vivo medfödd immunitet förändras i dessa populationer. Vissa deltagare kommer också att genomgå upprepad nasal utmaning för att bedöma mekanismer för medfödda immunminne i luftvägarna.