Przełom w leczeniu astmy eozynofilowej – nowe odkrycia naukowców

Czy nowe odkrycia zmieniają podejście do astmy eozynofilowej?

Badania nad astmą eozynofilową wciąż przynoszą nowe odkrycia, które mogą zrewolucjonizować podejście do leczenia pacjentów z ciężką postacią tej choroby. Szczególnie interesujące są najnowsze ustalenia dotyczące podtypów eozynofilów i ich roli w patogenezie astmy oraz odpowiedzi na terapię biologiczną. Naukowcy z Litewskiego Uniwersytetu Nauk o Zdrowiu przeprowadzili badanie, które rzuca nowe światło na te zagadnienia.

Astma jest heterogeniczną chorobą układu oddechowego, charakteryzującą się nadreaktywnością dróg oddechowych i przewlekłym stanem zapalnym. Cechy te zwykle utrzymują się nawet bez objawów lub przy prawidłowej funkcji płuc, ale mogą zostać znormalizowane dzięki leczeniu. W przypadku astmy łagodnej do umiarkowanej, wziewne kortykosteroidy, leki rozszerzające oskrzela i trening samodzielnego zarządzania chorobą stanowią podstawę skutecznego leczenia. Podczas gdy u większości pacjentów choroba poddaje się standardowemu leczeniu, około 10% cierpi na ciężką postać astmy, która nie reaguje na konwencjonalną terapię wysokimi dawkami leków.

Najczęstszym endotypem astmy diagnozowanym u dorosłych jest astma T2, związana z obecnością eozynofilii we krwi i/lub drogach oddechowych oraz ekspresją cytokin prozapalnych, takich jak interleukiny IL-4, IL-5, IL-13 oraz czynnika stymulującego tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów (GM-CSF) produkowanych przez limfocyty pomocnicze typu 2 (Th2) lub wrodzone komórki limfoidalne typu 2 (ILC2). Różnicowanie, aktywacja i przeżycie eozynofilów są regulowane głównie przez IL-5, a w mniejszym stopniu przez IL-3 i GM-CSF, podczas gdy IL-4 i IL-13 stymulują limfocyty B do produkcji immunoglobuliny E (IgE).

Eozynofile odgrywają kluczową rolę w odpowiedzi zapalnej w płucach, przyczyniając się do unerwienia dróg oddechowych i zmian strukturalnych, znanych również jako przebudowa. “Wyższe poziomy eozynofilów często korelują z nadreaktywnością dróg oddechowych, liczbą zaostrzeń, ograniczeniem przepływu powietrza, kontrolą astmy i jakością życia” – podkreślają autorzy badania.

Niedawne postępy w naszej wiedzy o szlakach zapalnych T2 doprowadziły do opracowania terapii biologicznych działających na kaskadę T2, wprowadzając nowe opcje leczenia dla podgrupy pacjentów z ciężką astmą z utrzymującą się eozynofilią dróg oddechowych pomimo stosowania doustnych kortykosteroidów (OCS) lub wysokich dawek sterydów wziewnych.

Jakie mechanizmy kryją się za działaniem mepolizumabu?

W ostatnich latach odkryto, że eozynofile nie stanowią jednorodnej populacji komórek. Wyróżniono dwa główne podtypy: eozynofile prozapalne (iEOS), zaangażowane głównie w odpowiedź immunologiczną, oraz eozynofile homeostatyczne lub rezydentne (rEOS), odpowiedzialne za homeostazę narządów, metabolizm i immunoregulację. Podtypy te można zidentyfikować we krwi jako komórki iEOS-like i rEOS-like na podstawie ekspresji CD62L.

Eozynofile magazynują i wydzielają różne preformowane cytokiny, chemokiny, enzymatyczne i nieenzymatyczne białka kationowe ze swoich ziarnistości pierwotnych i wtórnych. Główne białka kationowe to neurotoksyna pochodzenia eozynofilowego (EDN), białko kationowe eozynofilów (ECP), główne białko zasadowe (MBP) i peroksydaza eozynofilowa (EPX). Dodatkowo, cytoplazma eozynofilów zawiera autokrystalizujące się białko Galektynę-10, które tworzy charakterystyczne sześciokątne dwupiramidalne kryształy Charcot-Leydena (CLC), uznawane za znak rozpoznawczy zapalenia eozynofilowego w płynach ustrojowych i tkankach.

IL-5 jest opisywana jako kluczowa cytokina kontrolująca właściwości biologiczne eozynofilów, dlatego stała się jednym z celów biologicznego leczenia chorób napędzanych zapaleniem eozynofilowym. Mepolizumab jest przeciwciałem monoklonalnym przeciwko IL-5, które zostało zatwierdzone jako środek terapeutyczny do leczenia ciężkiej astmy eozynofilowej. Mepolizumab zapobiega wiązaniu ludzkiej IL-5 z łańcuchem α kompleksu receptora IL-5 na powierzchni komórki, hamując w ten sposób kaskadę sygnałową IL-5 i prowadząc do deplecji eozynofilów, ale nie bazofilów i limfocytów T. Prowadzi to do znacznego zmniejszenia liczby eozynofilów, poprawy objawów klinicznych i zmniejszenia stosowania OCS. Wykazano również, że leczenie mepolizumabem osłabia ekspresję EDN i receptora IL-3 w eozynofilach.

Badacze postawili sobie za cel zbadanie dystrybucji podtypów eozynofilów we krwi oraz ekspresji genów białek granulkowych EPX, MBP/PRG2, EDN/RNASE2, ECP/RNASE3, CLC/GAL10 podczas 24-tygodniowej terapii mepolizumabem u pacjentów z SEA.

W badaniu wzięło udział 10 pacjentów z ciężką astmą eozynofilową (SEA) oraz 9 zdrowych osób jako grupa kontrolna. Pacjenci z SEA byli starsi (średnio 58,3 lat wobec 29,3 lat), mieli wyższy wskaźnik masy ciała (29,6 vs 21,9 kg/m²) oraz gorszą funkcję płuc (FEV₁ 58,7% vs 103,2% wartości przewidywanej) w porównaniu do grupy kontrolnej. Ponadto, liczba eozynofilów we krwi (0,715 ± 0,129 vs 0,111 ± 0,011×10⁹ komórek/l), poziom FeNO (56,4 ± 17,2 vs 10,0 ± 2,8 ppb) oraz całkowite IgE (149,5 ± 48,8 vs 14,1 ± 3,9 IU/mL) były znacząco podwyższone u pacjentów z SEA przed rozpoczęciem leczenia mepolizumabem.

Charakterystyka kliniczna grupy SEA po leczeniu mepolizumabem wykazała, że po 4 tygodniach od pierwszej dawki (V2) liczba eozynofilów we krwi zmniejszyła się o 85,6%. Podobnie po 12 i 24 tygodniach leczenia mepolizumabem liczba eozynofilów we krwi pozostała znacznie zmniejszona. Co ciekawe, po 12 tygodniach leczenia (łącznie 3 dawki) liczba eozynofilów we krwi jeszcze bardziej się zmniejszyła w porównaniu z 4 tygodniami leczenia. Ponadto, cztery tygodnie po rozpoczęciu leczenia mepolizumabem, wyniki testu kontroli astmy (ACT) i FEV₁ znacznie wzrosły (p < 0,05). Zmiany te utrzymywały się przez cały badany okres leczenia, podczas gdy wartości FeNO i całkowitego IgE pozostały niezmienione.

Czy ekspresja genów wyróżnia specyficzne podtypy eozynofilów?

Wyniki badania przyniosły kilka fascynujących obserwacji. Po pierwsze, u pacjentów z nieleczoną SEA dominującym podtypem były komórki iEOS-like, stanowiące około 73% wszystkich eozynofilów krwi wobec 27% komórek rEOS-like (p < 0,0001). Komórki te wykazywały zwiększoną ekspresję genów kodujących białka granulkowe EPX, MBP/PRG2 i CLC/GAL-10 w porównaniu do komórek rEOS-like.

Po leczeniu mepolizumabem pula pozostałych eozynofilów krwi przesunęła się w kierunku komórek rEOS-like – stanowiły one 62,1 ± 5,6%, 61,2 ± 4,4% i 63,4 ± 4,3% wszystkich wyizolowanych eozynofilów odpowiednio po 4, 12 i 24 tygodniach leczenia (p < 0,05). Porównując różnice między badanymi grupami, stwierdzono, że odsetek komórek iEOS-like u pacjentów z SEA był znacząco wyższy przy V1, jednak po 12 i 24 tygodniach (V3-V4) leczenia mepolizumabem pozostały odsetek komórek iEOS-like u pacjentów z SEA był znacznie niższy niż u zdrowych osób (p < 0,05). Podobnie, odsetek komórek rEOS-like u pacjentów z SEA przy V1 był zauważalnie niższy niż w grupie zdrowych, ale znacznie wzrósł przy V3 i V4 (p < 0,05).

W badaniu analizowano ekspresję genów pięciu białek granulkowych eozynofilów – EPX, ECP/RNASE3, EDN/RNASE2, MBP/PRG2 i CLC/GAL-10, które są zaangażowane w udział eozynofilów w zapaleniu dróg oddechowych, ich przebudowie i uszkodzeniu tkanek. Na początku badania, komórki iEOS-like pacjentów z SEA wykazywały zwiększoną ekspresję genów białek granulkowych w porównaniu do komórek rEOS-like: ekspresja CLC w komórkach iEOS-like była 3,1 ± 0,5-krotnie wyższa w porównaniu do 1,8 ± 0,2-krotnie w komórkach rEOS-like (p = 0,0411); EPX (2,6 ± 0,3-krotnie vs 1,3 ± 0,2-krotnie, p = 0,0411) i MBP (2,5 ± 0,3-krotnie vs 1,7 ± 0,1-krotnie, p = 0,0260), bez znaczących różnic w ekspresji ECP (1,9 ± 0,3-krotnie vs 1,8 ± 0,2-krotnie, p > 0,99) i EDN (2,4 ± 0,3-krotnie vs 3,0 ± 0,4-krotnie, p = 0,3).

Ponadto, ekspresja genów białek granulkowych w podtypach eozynofilów krwi pacjentów z SEA przy V1 była znacząco podwyższona w porównaniu z grupą zdrowych osób (p < 0,05). Po 4, 12 i 24 tygodniach leczenia mepolizumabem (V2-V4), ekspresja genów CLC, EPX, ECP, MBP w komórkach iEOS-like oraz CLC, MBP i EDN w komórkach rEOS-like zmniejszyła się do poziomu grupy zdrowych osób. Co ciekawe, ekspresja genu EDN (1,5 ± 0,1-krotnie, p = 0,0313) w komórkach iEOS-like pozostała znacząco wyższa niż w grupie zdrowych. W przeciwieństwie do tego, ekspresja EPX (0,7 ± 0,1-krotnie, p = 0,0313) i ECP (0,4 ± 0,1-krotnie, p = 0,0313) w komórkach rEOS-like zmniejszyła się znacząco poniżej poziomu grupy zdrowych.

Porównanie między podtypami eozynofilów krwi w trakcie leczenia mepolizumabem ujawniło, że ekspresja EPX i ECP w komórkach iEOS-like była znacznie wyższa niż w komórkach rEOS-like przy V3, a ekspresja ECP w komórkach iEOS-like pozostała wyższa przy V4 (p = 0,0411).

Jakie implikacje kliniczne niosą wyniki badań?

Przewlekłe zapalenie dróg oddechowych jest charakterystyczną cechą ciężkiej astmy, która prowadzi do podwyższonej produkcji cytokin zapalnych, chemokin i czynników wzrostu przez komórki strukturalne dróg oddechowych i komórki odpornościowe, co następnie stymuluje proliferację eozynofilów w szpiku kostnym i ich rekrutację do miejsc zapalenia. Eozynofile typu zapalnego są dominującą, aktywną populacją eozynofilów, zaangażowaną głównie w reakcje alergiczne, infekcje i zapalenie, dlatego są głównymi komórkami reagującymi na tło zapalne w astmie.

Niedawne badania wykazały, że wyższe proporcje krążących we krwi komórek iEOS-like statystycznie istotnie korelowały z gorszymi wynikami ACT, kwestionariusza kontroli astmy-5 i zaostrzeniami astmy u pacjentów z SEA nieleczonych biologicznie. W badaniu zaobserwowano pozytywną tendencję między zmniejszeniem dystrybucji iEOS a zwiększeniem wartości spirometrycznych w grupie SEA po leczeniu mepolizumabem, chociaż nie uzyskano statystycznie istotnych korelacji między zmianami podtypów eozynofilów a testem kontroli astmy lub wartościami FEV₁.

Niemniej jednak, badanie wykazało, że u nieleczonych pacjentów z SEA eozynofile krwi były głównie komórkami iEOS-like, a ich ekspresja genów CLC, EPX i MBP była znacząco wyższa niż w komórkach rEOS-like. Białka granulkowe pochodzące z eozynofilów, szczególnie ECP, MBP i EPX, są toksyczne dla helmintów, komórek i tkanek poprzez zakłócanie dwuwarstwy lipidowej błony lub zmianę aktywności enzymów. Uwolnione mediatory przygotowują również migrujące eozynofile do wydzielania i uwalniania ich cytotoksycznej zawartości ziarnistości lokalnie, powodując w ten sposób zaostrzenie zapalenia i uszkodzenie tkanek. “Nasze wyniki sugerują, że pacjenci z wyższymi poziomami krążących komórek iEOS-like nadekspresjonujących cytotoksyczne białka granulkowe mogą być bardziej narażeni na gorsze wyniki kliniczne i zwiększone ryzyko zaostrzeń” – zauważają badacze.

Podgrupa eozynofilów homeostatycznych lub rezydentnych (hEos, rEos), produkowana częściowo niezależnie od IL-5, w warunkach podstawowych, może pełnić kluczowe procesy homeostatyczne w przewodzie pokarmowym, płucach, tkance tłuszczowej, grasicy i macicy. W tym badaniu, podtypy eozynofilów krwi iEOS-like i rEOS-like pacjentów nieleczonych biologicznie z SEA wykazywały znacząco podwyższoną ekspresję genów EDN, EPX, MBP, ECP i CLC w porównaniu z grupą zdrowych osób, sygnalizując, że oba typy komórek mogą przyczyniać się do przewlekłego zapalenia dróg oddechowych poprzez zwiększoną produkcję cytotoksycznych białek granulkowych.

Jednak po leczeniu mepolizumabem, badana ekspresja genów była znacząco zmniejszona, a pozostała pula eozynofilów krwi składała się głównie z komórek rEOS-like. Wcześniej donoszono, że leczenie anty-IL-5 może tłumić ekspresję integryny αMβ2 i liganda glikoproteiny P-selektyny w eozynofilach krwi, potencjalnie obniżając zapalenie płuc związane z eozynofilią. Ponadto, E Kelly i wsp. wykazali, że leczenie mepolizumabem zmniejsza poziomy ekspresji IL-3Rα na krążących eozynofilach, ale nie na eozynofilach dróg oddechowych. Dodatkowo, uwalnianie EPX i ziarnistości zawierających EPX przez eozynofile zmniejsza się w błonie śluzowej oskrzeli po upływie 1 miesiąca od podania mepolizumabu.

Zgodnie z tym, w badaniu zaobserwowano konsekwentne zmniejszenie ekspresji białek granulkowych eozynofilów po 4 tygodniach leczenia mepolizumabem, a do 32 tygodni efekt pozostał podobny. “Nasze dane są zgodne z najnowszymi badaniami, które wykazały, że leczenie anty-IL-5 mepolizumabem powoduje głównie deplecję komórek iEOS-like i zmniejsza żywotność krążących eozynofilów, podczas gdy stała pula rezydentnych komórek rEOS-like jest oszczędzana” – piszą autorzy badania.

Analiza transkryptomiczna, opublikowana przez V Hulst i wsp., sugeruje, że pozostałe krążące eozynofile po leczeniu mepolizumabem u pacjentów z ciężką astmą mogą przypominać osoby kontrolne bez astmy. Ponadto, analiza surowicy po leczeniu biologicznym ujawniła zmiany w obfitości krążących białek podobne do zdrowych osób kontrolnych, zaangażowanych w szlaki zapalne, przebudowę macierzy pozakomórkowej, metabolizm lipidów i regulację krzepnięcia krwi. Co więcej, MW Johansson i wsp. wykazali, że pacjenci z astmą alergiczną mogą mieć silną odpowiedź dróg oddechowych na mediatory inne niż T2 po prowokacji oskrzeli alergenem, proponując powód niewystarczającego efektu biologicznego leczenia astmy T2 w praktyce klinicznej. To wzmacnia wyniki dotyczące zmniejszenia ekspresji genów białek granulkowych eozynofilów u pacjentów z SEA do poziomów zdrowych osób kontrolnych przez 24 tygodnie leczenia mepolizumabem.

Czy zatem mamy do czynienia z przełomem w rozumieniu mechanizmów działania terapii biologicznej? Wyniki sugerują, że mepolizumab nie tylko zmniejsza ogólną liczbę eozynofilów, ale selektywnie eliminuje najbardziej prozapalną subpopulację tych komórek, jednocześnie zmniejszając ekspresję cytotoksycznych białek granulkowych w pozostałych eozynofilach. To może tłumaczyć skuteczność kliniczną tego leku u pacjentów z ciężką astmą eozynofilową.

Jakie implikacje kliniczne niosą te odkrycia? Potencjalnie dystrybucja podtypów eozynofilów mogłaby służyć jako biomarker pomocny w przewidywaniu odpowiedzi na leczenie biologiczne. Pacjenci z wyższym odsetkiem krążących komórek iEOS-like nadekspresjonujących cytotoksyczne białka granulkowe mogą być bardziej narażeni na gorsze wyniki kliniczne i zwiększone ryzyko zaostrzeń.

Badanie ma jednak pewne ograniczenia, które warto odnotować. Przede wszystkim mała liczba uczestników (10 pacjentów z SEA) ogranicza możliwość uogólnienia wyników. Ponadto, wykorzystana metoda izolacji podtypów eozynofilów (selekcja pozytywna z użyciem kulek magnetycznych) mogła nie w pełni odzwierciedlać heterogenność populacji eozynofilów. Wreszcie, ekspresja genów nie została potwierdzona na poziomie białkowym.

Innym potencjalnym ograniczeniem badania może być to, że pacjenci w grupie SEA byli znacznie starsi niż grupa zdrowych osób. Wykazano, że degranulacja EDN stymulowana IL-5 jest zmniejszona u starszych (55-80 lat) pacjentów z astmą, jednak całkowita ilość EDN w eozynofilach okazała się podobna u młodszych i starszych astmatyków. Dlatego autorzy twierdzą, że ekspresja genów białek granulkowych eozynofilów u pacjentów z SEA jest właściwie porównywalna z grupą zdrowych osób.

Mimo tych ograniczeń, badanie stanowi ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia mechanizmów działania terapii biologicznej w ciężkiej astmie eozynofilowej. “Ogólnie rzecz biorąc, dominującym krążącym podtypem eozynofilów w grupie pacjentów z SEA były komórki iEOS-like, które wykazywały zwiększoną ekspresję genów EPX, MBP/PRG2 i CLC/GAL-10 w porównaniu z komórkami rEOS-like i zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. Lek anty-IL-5 mepolizumab głównie usuwa komórki iEOS-like z krwi, a także zmniejsza ekspresję genów cytotoksycznych białek granulkowych pozostałych eozynofilów krwi do poziomów przypominających te u zdrowych osób. Zmiany w dystrybucji podtypów eozynofilów krwi i ekspresji genów są zauważalne po jednym kursie leczenia biologicznego i pozostają stabilne w czasie po kolejnych terapiach” – podsumowują autorzy.

Obecne wskazania do podawania leczenia biologicznego pacjentom z SEA nie obejmują dystrybucji podtypów eozynofilów jako predyktora odpowiedzi na leczenie. Tymczasem pojawiające się dowody sugerują, że eozynofile zapalne są kluczową subpopulacją odpowiedzialną za patogenezę chorób napędzanych eozynofilią i są głównie eliminowane przez leczenie anty-IL-5. Niemniej jednak, potrzebne są bardziej rozległe badania w celu zbadania cech biologicznych podtypów eozynofilów krwi, aby lepiej zrozumieć ich implikacje kliniczne.

Czy w przyszłości rutynowe oznaczanie podtypów eozynofilów stanie się standardem w kwalifikacji pacjentów do terapii biologicznej? Czas pokaże, ale wyniki tego badania sugerują, że warto kontynuować badania w tym kierunku. Lepsze zrozumienie biologicznych cech podtypów eozynofilów krwi może pomóc w lepszym przewidywaniu odpowiedzi na leczenie i personalizacji terapii u pacjentów z ciężką astmą eozynofilową.

Podsumowanie

Najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z Litewskiego Uniwersytetu Nauk o Zdrowiu dostarczają przełomowych informacji na temat mechanizmów działania terapii biologicznej w leczeniu ciężkiej astmy eozynofilowej. Wykazano, że u nieleczonych pacjentów dominują eozynofile prozapalne (iEOS-like), stanowiące około 73% wszystkich eozynofilów krwi. Terapia mepolizumabem selektywnie eliminuje te komórki, jednocześnie oszczędzając eozynofile homeostatyczne (rEOS-like). Po 24 tygodniach leczenia zaobserwowano znaczące zmniejszenie ekspresji genów kodujących białka granulkowe, odpowiedzialne za stan zapalny. Efekty terapeutyczne były widoczne już po pierwszej dawce leku i utrzymywały się przez cały okres badania. Odkrycia te mogą prowadzić do lepszego przewidywania odpowiedzi na leczenie i bardziej spersonalizowanej terapii dla pacjentów z ciężką astmą eozynofilową.

Bibliografia

Rimkunas Airidas, Januskevicius Andrius, Vasyle Egle, Palacionyte Jolita, Kalinauskaite-Zukauske Virginija, Miliauskas Skaidrius and Malakauskas Kestutis. The Effect of Mepolizumab on Blood Eosinophil Subtype Distribution and Granule Protein Gene Expression in Severe Eosinophilic Asthma. Journal of Asthma and Allergy 2025, 18(25), 455-466. DOI: https://doi.org/10.2147/JAA.S509001.