Wariant SERPINE1 może zmieniać odpowiedź dróg oddechowych na mepolizumab u dzieci z astmą

U dzieci z astmą podatną na zaostrzenia wariant promotora genu SERPINE1 może wiązać się z odmienną odpowiedzią molekularną dróg oddechowych podczas infekcji wirusowej oraz podczas leczenia mepolizumabem. Analiza próbek popłuczyn z nosa wskazała na zależne od genotypu różnice w ekspresji genów związanych m.in. z odpowiedzią immunologiczną, sygnalizacją TGF-β/SMAD3, integralnością nabłonka i odpowiedzią eozynofilową. Wyników nie należy jednak interpretować jako dowodu na mniejszą kliniczną skuteczność mepolizumabu u dzieci z określonym genotypem – badanie nie zostało zaprojektowane ani nie miało wystarczającej mocy do rozstrzygnięcia tego problemu.

Dlaczego badacze analizowali gen SERPINE1?

SERPINE1 koduje inhibitor aktywatora plazminogenu typu 1 (PAI-1, plasminogen activator inhibitor-1). Białko to uczestniczy w regulacji fibrynolizy, ale jego znaczenie biologiczne wykracza poza układ krzepnięcia i obejmuje również procesy zapalne, przebudowę tkanek oraz odpowiedź nabłonka.

Autorzy publikacji zwrócili uwagę na częsty funkcjonalny polimorfizm w regionie promotorowym SERPINE1. Wcześniejsze obserwacje wskazywały na związek określonego genotypu z częstszymi zaostrzeniami astmy. Według informacji prasowej wariant będący przedmiotem analizy występuje u około 60% populacji.

Nowe badanie miało odpowiedzieć na bardziej szczegółowe pytanie: czy genotyp SERPINE1 wpływa na odpowiedź transkryptomiczną nabłonka dróg oddechowych w czasie infekcji wirusowej oraz czy modyfikuje zmiany zachodzące podczas leczenia mepolizumabem.

Mepolizumab jest przeciwciałem monoklonalnym skierowanym przeciw interleukinie 5 (IL-5) i należy do leków biologicznych stosowanych w leczeniu ciężkiej astmy eozynofilowej. W analizowanej publikacji badacze nie oceniali jednak przede wszystkim klasycznych klinicznych punktów końcowych leczenia. Skoncentrowali się na tym, jak w zależności od genotypu zmienia się aktywność określonych sieci genów w drogach oddechowych.

Jak przeprowadzono analizę?

Ariel Helms Thames i współpracownicy wykorzystali próbki popłuczyn z nosa pobrane od części dzieci w wieku 6-17 lat uczestniczących wcześniej w badaniach MUPPITS-1 i MUPPITS-2. Była to populacja chorych z astmą podatną na zaostrzenia, wzbogacona pod względem cech zapalenia typu 2.

Materiał wykorzystano do sekwencjonowania RNA i analiz genetycznych. Badacze zastosowali m.in. analizę loci cech ilościowych ekspresji genów (eQTL) oraz ważoną analizę sieci koekspresji genów. Pozwala ona grupować geny, których ekspresja zmienia się w podobny sposób, w funkcjonalne moduły i następnie oceniać, czy aktywność takich modułów zależy od genotypu, infekcji czy zastosowanego leczenia.

Za pomocą modeli regresji liniowej analizowano także interakcję pomiędzy wariantami promotora PAI-1 a ekspozycją na mepolizumab. Oznacza to, że badacze poszukiwali nie tylko samego efektu genotypu lub leczenia, lecz przede wszystkim odpowiedzi na pytanie, czy działanie molekularne leku różni się w zależności od uwarunkowań genetycznych pacjenta.

SERPINE1 zachowywał się inaczej podczas infekcji wirusowej

Jednym z głównych wyników było stwierdzenie, że genotypy określane jako związane z ryzykiem wiązały się z niższą ekspresją SERPINE1 w stanie wyjściowym, ale większym wzrostem jego ekspresji w trakcie choroby wirusowej. Różnica osiągnęła istotność statystyczną na poziomie P < 0,02.

U dzieci posiadających allel ryzyka podczas infekcji wirusowej obserwowano jednocześnie zwiększoną ekspresję czterech sieci koekspresji genów. Obejmowały one m.in. elementy odpowiedzi immunologicznej oraz sygnalizacji zależnej od receptorów Toll-podobnych. Obniżona była natomiast ekspresja jednego modułu związanego z rybosomami.

Wyniki sugerują zatem, że znaczenie wariantu SERPINE1 może ujawniać się szczególnie wyraźnie w warunkach infekcji wirusowej. Nie chodzi wyłącznie o stałą różnicę ekspresji jednego genu, ale o odmienny sposób reorganizacji szerszych sieci odpowiedzi komórkowej.

Genotyp modyfikował molekularną odpowiedź na mepolizumab

Szczególnie interesująca była część analizy dotycząca mepolizumabu. U dzieci posiadających allel ryzyka, które otrzymywały lek i przechodziły infekcję wirusową bez zaostrzenia astmy, stwierdzono większą aktywność sieci genowych związanych z eozynofilami oraz nadmiernym wydzielaniem śluzu.

Inny obraz występował w sytuacji zaostrzenia astmy. U dzieci z allelem ryzyka otrzymujących mepolizumab aktywność sieci związanych z sygnalizacją eozynofilową była zmniejszona, co pozostaje zgodne z biologicznym celem terapii anty-IL-5. Jednocześnie jednak w porównaniu z placebo zwiększona była aktywność sieci związanych z sygnalizacją TGF-β/SMAD3 oraz zaburzeniem integralności nabłonka.

To rozróżnienie jest istotne. Mepolizumab może skutecznie wpływać na szlak eozynofilowy, natomiast u części dzieci określone uwarunkowanie genetyczne może współistnieć z aktywacją innych mechanizmów zapalnych lub związanych z przebudową nabłonka, których terapia anty-IL-5 bezpośrednio nie blokuje.

Informacja prasowa opisuje te zmiany również w kontekście nasilonego remodelingu lub „bliznowacenia” dróg oddechowych oraz osłabionej odpowiedzi przeciwwirusowej. Sama publikacja w abstrakcie formułuje wynik bardziej precyzyjnie na poziomie transkryptomicznym: wskazuje na nasilenie szlaków TGF-β/SMAD3, zmiany dotyczące integralności nabłonka oraz odmienną odpowiedź na modulację zapalenia typu 2.

Nie jest to dowód, że mepolizumab pogarsza astmę

Na tym etapie szczególnie ważne jest oddzielenie odpowiedzi molekularnej od wyników klinicznych. Zwiększenie aktywności określonych sieci genowych nie oznacza automatycznie większej liczby zaostrzeń, pogorszenia czynności płuc ani nieskuteczności leku.

Rajesh Kumar z Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital of Chicago, senior author publikacji i Professor of Pediatrics w Northwestern University Feinberg School of Medicine, podkreślił w materiale prasowym, że analiza pokazuje przede wszystkim to, co dzieje się w drogach oddechowych na poziomie biologicznym. Badanie nie miało wystarczającej mocy statystycznej, aby na tej podstawie wyciągać rozstrzygające wnioski dotyczące odpowiedzi klinicznej na mepolizumab.

W kierunku medycyny precyzyjnej w astmie dziecięcej

Praca wpisuje się w rozwój medycyny precyzyjnej w ciężkiej astmie. Obecnie dobór terapii biologicznej opiera się przede wszystkim na fenotypie klinicznym oraz biomarkerach odzwierciedlających dominujące mechanizmy zapalne. Nowe wyniki sugerują, że w przyszłości dodatkową warstwą informacji może być genetycznie uwarunkowana odpowiedź nabłonka i układu immunologicznego na infekcje oraz leczenie.

Wariant SERPINE1 jest pod tym względem interesujący, ponieważ badacze nie obserwowali jedynie statycznego związku genotypu z astmą. Wykazali różnice zależne od sytuacji biologicznej – stanu wyjściowego, infekcji wirusowej, zaostrzenia oraz ekspozycji na mepolizumab.

Takie zależności mogą częściowo wyjaśniać, dlaczego pacjenci o pozornie podobnym fenotypie astmy nie zawsze odpowiadają identycznie na leczenie ukierunkowane na ten sam szlak immunologiczny. Zanim jednak genotypowanie SERPINE1 mogłoby mieć znaczenie decyzyjne, konieczne byłoby wykazanie w odpowiednio zaprojektowanych badaniach, że genotyp wiarygodnie przewiduje kliniczne korzyści lub brak korzyści z określonej terapii.

Najważniejsze ograniczenie: wynik molekularny to nie wynik kliniczny

Najważniejszym ograniczeniem interpretacji jest charakter samej analizy. Badacze wykorzystali próbki i dane pochodzące z wcześniejszych badań, a podstawowym przedmiotem obecnej pracy była analiza ekspresji genów i jej zależności od wariantu genetycznego oraz mepolizumabu.

Autorzy informacji prasowej sami zwracają uwagę, że liczebność i konstrukcja analizy nie pozwalają na wyciągnięcie rozstrzygających wniosków dotyczących klinicznej odpowiedzi na leczenie. Można więc mówić o odmiennej odpowiedzi transkryptomicznej związanej z genotypem, ale nie o wykazanej oporności na mepolizumab.

Równie ważne jest to, że analizowany materiał pochodził z popłuczyn z nosa. Jest to użyteczne narzędzie badawcze umożliwiające ocenę odpowiedzi nabłonka dróg oddechowych, ale wyniki molekularne z górnych dróg oddechowych nie są automatycznie równoważne pełnej ocenie procesów zachodzących w oskrzelach i płucach ani klinicznego przebiegu astmy.

Co wynika z badania?

Wyniki wskazują, że genetyczne zróżnicowanie szlaku SERPINE1/PAI-1 może być jednym z czynników kształtujących odpowiedź dróg oddechowych dziecka z astmą podczas infekcji wirusowej. Genotyp wiązał się nie tylko ze zmianami ekspresji samego SERPINE1, lecz również z aktywnością całych sieci genowych związanych z odpornością, nabłonkiem, odpowiedzią eozynofilową oraz szlakiem TGF-β/SMAD3.

Najbardziej interesującym kierunkiem dalszych badań będzie ustalenie, czy obserwowane różnice molekularne pozwalają przewidywać rzeczywistą odpowiedź kliniczną na terapię anty-IL-5. Jeżeli taki związek zostałby potwierdzony prospektywnie, genetyka mogłaby w przyszłości uzupełniać klasyczne biomarkery stosowane przy fenotypowaniu ciężkiej astmy dziecięcej.