Nowe biomarkery w monitorowaniu aktywności fibroblastów zapalnych w UC

Nowe możliwości monitorowania aktywności fibroblastów?

Badacze zidentyfikowali nowe biomarkery surowicze, które mogą odzwierciedlać aktywność fibroblastów zapalnych (IIAF) w tkance jelitowej pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego (UC), co stanowi przełom w nieinwazyjnym monitorowaniu przebudowy tkanki stromalnej.

Wrzodziejące zapalenie jelita grubego to jedna z głównych postaci nieswoistych chorób zapalnych jelit (IBD), charakteryzująca się nawracającym zapaleniem błony śluzowej i przebudową tkanki. Mimo że zwłóknienie jest rzadsze w UC niż w chorobie Leśniowskiego-Crohna (CD), szacuje się, że częstość występowania zwłóknień w ciągu życia pacjenta z UC może sięgać nawet 10%, szczególnie u osób z długotrwałą chorobą lub bardziej rozległym zapaleniem. Zwężenia w UC są częściej związane z transformacją nowotworową, jednak mechanizmy komórkowe związane z tym procesem nadal pozostają słabo poznane.

W ostatnich latach zaawansowane badania translacyjne wykorzystujące mapowanie komórkowe o wysokiej rozdzielczości ujawniły odrębne zmiany komórkowe związane z aktywnym zapaleniem, naprawą tkanek i przebudową błony śluzowej przewodu pokarmowego zarówno w UC, jak i CD. Charakterystyka podzbiorów komórek stromalnych wykazała szczególną organizację tkanki i udział różnych typów komórek w zapalnej błonie śluzowej. Subpopulacje fibroblastów rezydujących w tkance, w tym jelitowe aktywowane zapalnie fibroblasty (IIAF), są związane z aktywnym UC i CD oraz korelują z nieadekwatną odpowiedzią na różne standardy opieki, w tym leki anty-TNFα i wedolizumab.

“Fibroblasty aktywowane zapalnie mają unikalny profil transkrypcyjny i działają jako węzeł immunologiczny orkiestrujący komunikację komórkową między komórkami odpornościowymi i nieodpornościowymi” – piszą autorzy badania, podkreślając ich rolę w rekrutacji komórek do zapalnej tkanki oraz przyczynianiu się do niekorzystnej przebudowy macierzy pozakomórkowej (ECM).

Czy nowe metody transkryptomiki zmieniają oblicze badań?

Ze względu na ciągłą niezaspokojoną potrzebę kliniczną w UC i CD, nowe terapie ukierunkowane na stromę są obecnie w fazie rozwoju klinicznego. Obejmują one m.in. przeciwciała anty-TNF-like 1A (TL1a), anty-interleukina 11 (IL11), inhibitory kinazy receptora transformującego czynnika wzrostu-β typu I (Alk5) oraz inhibitory kinazy Rho. Głównym celem tych modulatorów stromalnych jest wywołanie remisji klinicznej u osób opornych na obecne terapie, przy użyciu nowatorskich mechanizmów, z zamiarem pozytywnego wpływu na przebudowę tkanki i zlokalizowane zwłóknienie jelit.

Patologiczna przebudowa tkanki jest histologicznym znakiem rozpoznawczym UC i CD, jednak identyfikacja obwodowych biomarkerów odzwierciedlających aktywację komórek stromalnych jest niewystarczająca. Badacze postanowili więc zidentyfikować białkowe biomarkery we krwi związane z określonymi podzbiorami fibroblastów, przebudową tkanki oraz odpowiedzią na leczenie.

Naukowcy przeprowadzili kompleksową analizę dekonwolucji komórkowej z biopsji endoskopowych pochodzących z badania UNIFI, wykorzystując sekwencjonowanie RNA i cyfrowe profilowanie przestrzenne. W badaniu analizowano 91 próbek biopsji okrężnicy od 50 pacjentów, aby skonstruować sieć korelacji genów (GCN). Badanie UNIFI było 8-tygodniowym randomizowanym badaniem indukcyjnym i 44-tygodniowym randomizowanym badaniem podtrzymującym (łącznie 52 tygodnie leczenia). Oba były podwójnie zaślepionymi, kontrolowanymi placebo badaniami przeprowadzonymi od sierpnia 2015 do sierpnia 2018 roku w ramach jednego protokołu w 244 ośrodkach na całym świecie, oceniającymi skuteczność terapeutyczną ustekinumabu (Stelara, Janssen Immunology).

Aby zbadać przestrzenny wkład podzbiorów komórkowych, przeprowadzono przestrzenną transkryptomikę tkanek. W skrócie, zatopione w parafinie biopsje okrężnicy (FFPE) od pacjentów z zapalnym wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego analizowano przy użyciu Whole Transcriptome Atlas na GeoMx Digital Spatial Profiler (NanoString). Do analizy biomarkerów wykorzystano platformę Nordic Protein FingerPrint, gdzie różne analitów scharakteryzowano za pomocą ELISA, w tym C1M, C3M, C4M, VICM, ELP-3 i Pro-Collagen 22, oraz platformę IDS ISYS I10 dla CTX-III.

Czy biomarkery surowicy precyzyjnie odzwierciedlają stan zapalny w tkance?

Wyniki były zaskakujące: fibroblasty aktywowane zapalnie (IIAF) wykazywały istotną korelację z parametrami klinicznymi, w tym ze skalą Geboes, i odzwierciedlały aktywność choroby. Co więcej, badania proteomiczne z dopasowanej surowicy i transkryptomiki tkanek ujawniły związek między określonymi fragmentami kolagenu w surowicy a modułem genów IIAF w tkance.

Szczególnie interesujące było to, że korelacja biomarkerów surowicy z IIAF obejmowała Pro-Kolagen 22, C1M, CTX-III i ELP-3. Te anality surowicy były specyficznie skorelowane z IIAF i nie odzwierciedlały innych istotnych typów komórek tkankowych, w tym miofibroblastów, zdrowych komórek nabłonkowych czy zapalnych komórek nabłonkowych. Szeroka charakterystyka cytokin surowicy istotnych dla IBD, w tym IL10, TNF-α, IFN-γ, IL17A i IL22, nie odzwierciedlała lokalnych IIAF w tkance, co podkreśla nowatorską użyteczność tych wyselekcjonowanych fragmentów kolagenu.

Czy terapia ustekinumabem wpływa na redukcję fibroblastów zapalnych?

Czy te biomarkery mogą być pomocne w monitorowaniu efektów leczenia? Okazuje się, że tak. “Leczenie ustekinumabem spowodowało znaczne zmniejszenie liczby IIAF u osób odpowiadających klinicznie; odpowiedź kliniczna była związana ze zmniejszeniem biomarkerów kolagenu w surowicy w 8 tygodniu po leczeniu” – raportują badacze.

Badacze zidentyfikowali 97 pacjentów UNIFI z dopasowanymi danymi z surowicy i transkryptomiki tkanek na początku badania (tydzień 0) i po leczeniu (tydzień 8). Analiza GSVA IIAF została przeprowadzona na próbkach przed i po leczeniu od osób odpowiadających klinicznie na ustekinumab i osób nie odpowiadających. IIAF były znacząco zredukowane u osób odpowiadających klinicznie po leczeniu ustekinumabem w 8 tygodniu (p ≤ 0,001).

Na początku badania ELP3, Pro-Collagen 22 i C1M były znacząco podwyższone w surowicy pochodzącej od tych pacjentów z UC w porównaniu z surowicą kontrolną od osób zdrowych bez UC. Pro-Collagen 22 (p ≤ 0,05) i C1M (p ≤ 0,05) wykazały znaczące spadki po leczeniu ustekinumabem.

Jak nowe odkrycia kliniczne przekładają się na strategie leczenia UC?

Co więcej, analiza regresji liniowej wykazała, że C1M i CTX-III mają wartość predykcyjną umożliwiającą charakterystykę pacjentów z UC związaną z chorobą napędzaną przez IIAF. Model wyjaśniał 24% wariancji w wynikach dotyczących fibroblastów zapalnych, podczas gdy wyjaśniał tylko 0,6% wariancji w wynikach dotyczących zapalenia nabłonka. Sugeruje to, że te markery surowicy (szczególnie C1M i CTX-III) odzwierciedlają biologię IIAF na poziomie tkanki w biopsjach endoskopowych.

Badanie to ma istotne implikacje kliniczne. Zidentyfikowany panel biomarkerów białkowych we krwi ma zdolność identyfikacji pacjentów z UC z podwyższonymi sygnaturami IIAF, które mogą być wykorzystane zarówno jako obwodowy wskaźnik choroby na poziomie tkanki, jak i do pomiaru wpływu leczenia. Markery te mają biologiczne uzasadnienie i mogą wskazywać na potencjalnie ważny szlak w progresji choroby UC, przebudowie i nowej biologii stromalnej związanej z nieadekwatną odpowiedzią na leczenie.

Czy genetyczne profile markerów zmieniają diagnostykę IBD?

Funkcjonalnie, IIAF wykazują ekspresję różnych genów remodelujących macierz związanych z przebudową tkanki i zwłóknieniem, w tym IL11 i TWIST1/2. Ekspresja IL11, unikalna dla tych IIAF, została dobrze scharakteryzowana i jest związana ze spontanicznym zapaleniem okrężnicy, zwłóknieniem, przebudową tkanki i stresem komórek nabłonkowych. Ponadto, niedawne dane ujawniły interakcje międzykomórkowe między fibroblastami FAP1+ a zapalnymi monocytami CD150+ za pośrednictwem lokalnej przebudowy tkanki i progresji do fibrostenotycznej choroby Leśniowskiego-Crohna.

Geny znacząco wyrażane w IIAF, takie jak TWIST 1, są kluczowymi modulatorami aktywacji fibroblastów i odkładania ECM. Co więcej, w charakterystyce scRNAseq zwężającej się tkanki okrężnicy CD występuje znaczący wzrost komórek podobnych do IIAF, bezpośrednio implikujących IIAF w progresji do fibrostenotycznej choroby w CD. Biorąc pod uwagę znaczące patologiczne implikacje IIAF w IBD, identyfikacja obwodowych biomarkerów translacyjnych odzwierciedlających ten podzbiór komórkowy jest kluczowa dla rozwoju nowych terapii i badań mechanizmu działania u pacjentów z IBD.

Badacze wykazali również, że Pro-Collagen 22 był znacząco związany z sygnaturą tkankową IIAF, odzwierciedlając korelację między przebudową tkanki za pośrednictwem IIAF a rozpuszczalnym kolagenem 22. C1M wykazał procesy zapalne w tkance łącznej bogatej w kolagen typu I i był skorelowany z IIAF. Co ważne, Pro-Collagen 22 i C1M nie wykazały związku ze zdrowiem komórek nabłonkowych jelit, demonstrując ich użyteczność jako specyficznego biomarkera związanego z IIAF w UC. CTX-III, krążący marker fibrolizy, był odwrotnie skorelowany z sygnaturami IIAF. Biorąc pod uwagę zaangażowanie przebudowy IIAF, zapalenia i zwłóknienia, ta odwrotna korelacja jest zgodna ze znaną biologią.

Czy biomarkery surowicy rewolucjonizują opiekę kliniczną?

Unikalną cechą tego zestawu danych jest charakterystyka innych znanych markerów cytokinowych związanych z IBD, takich jak IL22, IL10, IFN-γ i TNF-α, z modułami tkankowymi IIAF. Co ciekawe, w tym zestawie danych nie zauważono żadnego związku między innymi biomarkerami w surowicy a IIAF. Dodatkowo, nie zauważono znaczącej korelacji między tymi biomarkerami kolagenu w surowicy a poziomami kalprotektyny w kale, potwierdzając unikalną wartość tych markerów w monitorowaniu PD komórek stromalnych w tkance okrężnicy GI, a nie jako powszechnego markera zapalnego aktywności choroby.

Chociaż potrzebne są przyszłe badania z kohortami CD i chorób fibrostenotycznych, zanim markery te będą mogły być wykorzystane do rozwoju klinicznego terapii stromalnych w CD, wyniki badania wspierają wykorzystanie biomarkerów we krwi w monitorowaniu choroby, prognozowaniu i zrozumieniu mechanizmu działania dla nowych terapeutyków w UC.

Jakie wyzwania mogą pojawić się przy implementacji tych biomarkerów w codziennej praktyce klinicznej? Czy te wyniki mogą zmienić podejście do diagnostyki i leczenia UC? Te pytania pozostają otwarte, ale badanie to stanowi ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia roli fibroblastów zapalnych w patogenezie UC i rozwoju nieinwazyjnych metod monitorowania aktywności choroby.

Podsumowując, zidentyfikowano panel biomarkerów białkowych we krwi, które mają zdolność identyfikacji pacjentów z UC z podwyższonymi sygnaturami IIAF, które mogą być wykorzystane zarówno jako obwodowy wskaźnik choroby na poziomie tkanki, jak i do pomiaru wpływu leczenia. Markery te mają biologiczne uzasadnienie i mogą podkreślać potencjalnie ważny szlak w progresji choroby UC, przebudowie i nowej biologii stromalnej związanej z nieadekwatną odpowiedzią na leczenie. Choć przyszłe badania z kohortami CD i chorób fibrostenotycznych są potrzebne, zanim markery te będą mogły być wykorzystane do rozwoju klinicznego terapii stromalnych w CD, wyniki wspierają wykorzystanie biomarkerów we krwi w monitorowaniu choroby, prognozowaniu i zrozumieniu mechanizmu działania dla nowych terapeutyków w UC.

Podsumowanie

Badacze dokonali przełomowego odkrycia w diagnostyce wrzodziejącego zapalenia jelita grubego (UC), identyfikując nowe biomarkery surowicze, które odzwierciedlają aktywność fibroblastów zapalnych w tkance jelitowej. W kompleksowym badaniu wykorzystano zaawansowane metody transkryptomiki i analizy przestrzennej, które wykazały istotną korelację między określonymi markerami (Pro-Kolagen 22, C1M, CTX-III i ELP-3) a aktywnością fibroblastów zapalnych. Szczególnie istotne okazały się markery C1M i CTX-III, które wykazały wartość predykcyjną w charakterystyce pacjentów z UC. Badanie potwierdziło również skuteczność terapii ustekinumabem w redukcji liczby fibroblastów zapalnych u pacjentów odpowiadających na leczenie. Odkrycie to otwiera nowe możliwości w nieinwazyjnym monitorowaniu choroby, prognozowaniu jej przebiegu oraz ocenie skuteczności leczenia, stanowiąc znaczący postęp w kierunku personalizacji terapii UC.