Pep19-2.5 ogranicza zapalenie dróg oddechowych poprzez modulowanie aktywacji inflamasomu NLRP3

Syntetyczny, aktywny błonowo peptyd Pep19-2.5 hamował aktywację inflamasomu NLRP3 w ludzkich komórkach odpornościowych i ograniczał alergiczne zapalenie dróg oddechowych u myszy. W modelu wywoływanym przez alergeny roztoczy kurzu domowego jego podanie drogą donosowego aerozolu wiązało się ze zmniejszeniem stężenia interleukiny 1 beta, ograniczeniem obecności eozynofilów w popłuczynach oskrzelowo-pęcherzykowych oraz poprawą czynności płuc. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Advanced Science wskazują na potencjalnie nową strategię modulowania zapalenia zależnego od NLRP3, ale nie stanowią jeszcze dowodu skuteczności terapii u pacjentów z astmą.

Rola inflamasomu NLRP3 w odpowiedzi zapalnej

Astma alergiczna jest przewlekłą chorobą zapalną dróg oddechowych, której rozwój zależy od współdziałania komórek nabłonka, elementów odporności wrodzonej i nabytej, mediatorów zapalnych oraz czynników środowiskowych. U osób uczulonych kontakt z określonym alergenem może prowadzić do nadmiernej odpowiedzi immunologicznej, zapalenia błony śluzowej oskrzeli, zwiększenia reaktywności dróg oddechowych i wystąpienia objawów klinicznych.

Jednym z mechanizmów mogących uczestniczyć w podtrzymywaniu odpowiedzi zapalnej jest aktywacja inflamasomu NLRP3. Nie oznacza to jednak, że NLRP3 jest jednakowo istotny we wszystkich postaciach astmy. Badanie Engelhardta i wsp. koncentrowało się na określonym szlaku zapalnym aktywowanym w ludzkich makrofagach przez ekstrakt roztoczy kurzu domowego oraz w odpowiadającym mu modelu zwierzęcym^[1].

Fizjologiczna aktywacja inflamasomu pomaga organizmowi reagować na zakażenia i uszkodzenia. Problem pojawia się wówczas, gdy aktywacja jest nadmierna, przedłużona albo uruchamiana w nieodpowiednim kontekście. Dysregulacja NLRP3 jest badana jako jeden z mechanizmów uczestniczących w przewlekłych chorobach zapalnych, dlatego kompleks ten jest rozpatrywany jako potencjalny cel farmakologiczny.

Jak może działać peptyd Pep19-2.5

Pep19-2.5, znany również jako Aspidasept, jest syntetycznym peptydem przeciwdrobnoustrojowym o właściwościach aktywnych błonowo. Wcześniejsze prace nad tą cząsteczką dotyczyły między innymi jej zdolności do wiązania i neutralizowania prozapalnych składników drobnoustrojów, w tym bakteryjnych lipopolisacharydów.

W nowym badaniu naukowcy skoncentrowali się na innym mechanizmie. Sprawdzili, czy Pep19-2.5 może oddziaływać bezpośrednio z błonami ludzkich komórek odpornościowych i w ten sposób wpływać na przebieg aktywacji inflamasomu NLRP3.

Autorzy wykazali, że peptyd oddziałuje z błonami makrofagów. W analizach biofizycznych Pep19-2.5 wiązał się z błonami lipidowymi zawierającymi fosfatydyloinozytol oraz ze strukturami rozproszonej sieci trans-Golgiego, określanej skrótem dTGN^[1].

Ma to znaczenie, ponieważ struktury dTGN mogą pełnić funkcję platformy błonowej uczestniczącej w rekrutacji NLRP3 i organizowaniu kolejnych etapów składania aktywnego inflamasomu. Wyniki sugerują, że Pep19-2.5 zmienia właściwości lipidowego środowiska błony i może w ten sposób zakłócać prawidłową rekrutację NLRP3 do dTGN.

W abstrakcie publikacji autorzy zaznaczają jednak, że wpływ na rekrutację NLRP3 do dTGN jest mechanizmem prawdopodobnym. Dlatego nie należy przedstawiać go jako całkowicie potwierdzonego i jedynego sposobu działania Pep19-2.5.

Wyniki badań na ludzkich komórkach odpornościowych

Działanie Pep19-2.5 oceniano najpierw in vitro, wykorzystując linie komórkowe oraz pierwotne ludzkie komórki odpornościowe. Szczególną uwagę poświęcono monocytom i makrofagom, które należą do podstawowych komórek odporności wrodzonej i mogą aktywować inflamasom NLRP3.

Badacze analizowali kolejne etapy sygnalizacji inflamasomu, wykorzystując metody komórkowe, biochemiczne i biofizyczne. Zgodnie z abstraktem publikacji Pep19-2.5 hamował sygnalizację zależną od NLRP3 na etapie następującym po pobudzeniu tego szlaku. Jednocześnie obserwowane oddziaływanie peptydu z błonami makrofagów wspierało hipotezę, że jego efekt przeciwzapalny jest związany z modulowaniem struktur błonowych^[1].

Ekstrakt roztoczy kurzu domowego jako biologicznie istotny bodziec

Aby sprawdzić, czy działanie peptydu nie ogranicza się do odpowiedzi wywoływanej sztucznym aktywatorem laboratoryjnym, naukowcy zastosowali ekstrakt roztoczy kurzu domowego. Alergeny roztoczy należą do ważnych czynników wywołujących i nasilających objawy astmy alergicznej u osób uczulonych.

Ekstrakt HDM wywoływał w ludzkich makrofagach silne, zależne od NLRP3 wydzielanie interleukiny 1 beta. Zastosowanie Pep19-2.5 hamowało tę odpowiedź^[1].

Jest to istotny element badania, ponieważ łączy obserwowany mechanizm molekularny z bodźcem mającym znaczenie dla alergicznego zapalenia dróg oddechowych. Nadal pozostaje to jednak doświadczenie laboratoryjne, prowadzone poza organizmem człowieka.

Efekty w mysim modelu zapalenia wywoływanego przez roztocze

W kolejnym etapie Pep19-2.5 oceniono w mysim modelu alergicznego zapalenia dróg oddechowych indukowanego przez ekstrakt roztoczy kurzu domowego. Peptyd podawano terapeutycznie drogą donosowego aerozolu.

W porównaniu z nieleczonym modelem alergicznego zapalenia zastosowanie Pep19-2.5 prowadziło do zmniejszenia stężenia IL-1β, ograniczenia obecności eozynofilów w popłuczynach oskrzelowo-pęcherzykowych oraz osłabienia zapalenia dróg oddechowych. Autorzy odnotowali także istotną poprawę czynności płuc^[1].

Eozynofile są komórkami często uczestniczącymi w alergicznym zapaleniu typu 2. Zmniejszenie ich liczby w materiale uzyskanym z dróg oddechowych wspiera obserwację, że interwencja ograniczała odpowiedź zapalną w zastosowanym modelu. Nie wiadomo jednak, czy efekt ten wynikał wyłącznie z zahamowania osi NLRP3–IL-1β, czy również z innych właściwości aktywnego błonowo peptydu.

Poprawa czynności płuc u myszy jest wynikiem ważnym z punktu widzenia badań translacyjnych, jednak w dostępnych materiałach nie przedstawiono szczegółowych wartości efektu, przedziałów ufności ani danych pozwalających odnieść obserwowaną zmianę do klinicznie istotnej poprawy u człowieka.

Znaczenie kliniczne i ograniczenia badania

Publikacja opisuje potencjalnie nowy sposób kontrolowania aktywacji inflamasomu: nie przez klasyczne blokowanie pojedynczego białka małą cząsteczką, ale przez oddziaływanie aktywnego błonowo peptydu ze strukturami lipidowymi, na których organizowany jest proces aktywacji NLRP3.

Taki mechanizm może mieć znaczenie nie tylko dla alergicznego zapalenia dróg oddechowych. Dysregulacja NLRP3 jest przedmiotem badań również w chorobach układu sercowo-naczyniowego, procesach neurozapalnych oraz przewlekłych chorobach zapalnych jelit. Nie oznacza to jednak, że Pep19-2.5 ma już udowodnione działanie terapeutyczne w którejkolwiek z tych chorób.

Najważniejsze ograniczenia

Najważniejszym ograniczeniem translacyjnym jest brak badań z udziałem pacjentów. Pierwotne ludzkie komórki odpornościowe są cennym modelem biologicznym, ale nie odtwarzają złożonych interakcji zachodzących w drogach oddechowych żywego człowieka.

Mysi model alergicznego zapalenia dróg oddechowych również nie jest pełnym odpowiednikiem ludzkiej astmy. Pozwala ocenić określone mechanizmy zapalne i fizjologiczne, ale nie odzwierciedla całej heterogeniczności choroby, zróżnicowania fenotypów klinicznych, chorób współistniejących ani wieloletniej przebudowy oskrzeli.

Nie wiadomo ponadto, czy powtarzane oddziaływanie Pep19-2.5 na błony komórek gospodarza pozostanie selektywne i bezpieczne przy długotrwałym stosowaniu. Konieczne będzie zbadanie potencjalnych działań poza docelowym szlakiem, immunogenności, stabilności peptydu, dystrybucji w drogach oddechowych oraz wpływu na fizjologiczne mechanizmy odporności przeciwzakaźnej.

Jakich dalszych badań potrzeba

Przed rozpoczęciem badań klinicznych konieczne są rozszerzone analizy farmakologiczne i toksykologiczne. Powinny one określić między innymi zależność efektu od dawki, miejscową tolerancję w drogach oddechowych, czas utrzymywania się peptydu, jego metabolizm, możliwość przenikania do krążenia oraz wpływ na inne błony i szlaki sygnałowe.

Istotne będzie także sprawdzenie, czy efekt można odtworzyć w dodatkowych modelach astmy, w tym w modelach o odmiennym profilu zapalenia, oraz czy Pep19-2.5 zachowuje skuteczność przy dłuższym czasie ekspozycji na alergeny.

W dalszej perspektywie badania kliniczne musiałyby objąć początkowo ocenę bezpieczeństwa i tolerancji, a dopiero później skuteczność mierzoną za pomocą parametrów czynności płuc, kontroli objawów, częstości zaostrzeń, zużycia leków doraźnych i biomarkerów zapalenia.

Pep19-2.5 i wcześniejszy kierunek rozwoju

Pep19-2.5, określany również nazwą Aspidasept, został opracowany w Forschungszentrum Borstel, Leibniz Lungenzentrum z myślą o potencjalnym wykorzystaniu w leczeniu zakażeń ogólnoustrojowych, w tym sepsy, oraz zakażeń skóry i tkanek miękkich.

Opisane obecnie działanie na inflamasom NLRP3 wskazuje na odmienny potencjalny kierunek wykorzystania tej cząsteczki. W związku z zastosowaniem Pep19-2.5 jako inhibitora inflamasomu złożono zgłoszenie patentowe. Jest to informacja istotna przy ocenie dalszego rozwoju i potencjalnej komercjalizacji terapii, ale samo zgłoszenie patentowe nie stanowi potwierdzenia skuteczności klinicznej.

Finansowanie badania

Badanie zostało sfinansowane przez Deutsche Forschungsgemeinschaft w ramach Graduiertenkolleg GRK2873, European Research Council oraz Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder w ramach Exzellenzcluster ImmunoSensation.

Dodatkowego wsparcia udzieliły Leibniz-Forschungsallianz „Leibniz Health Technologies” oraz Studienstiftung des deutschen Volkes.

Źródło: Advanced Science, Membrane-Active Peptide Protects Against Inflammation by Targeting NLRP3 Activation at the Trans-Golgi Network.
DOI: https://doi.org/10.1002/advs.76587