Molekularny mechanizm działania adalimumabu w łuszczycy

Co nowego w molekularnej terapii łuszczycy?

Nowe odkrycie wyjaśnia molekularny mechanizm działania adalimumabu w łuszczycy poprzez regulację szlaku NF-κB i mikroRNA

Łuszczyca to przewlekła choroba zapalna skóry o podłożu immunologicznym, dotykająca około 2-3% światowej populacji i powodująca znaczne obciążenie fizyczne, psychologiczne oraz społeczno-ekonomiczne. Klinicznie charakteryzuje się dobrze odgraniczonymi, rumieniowymi blaszkami z łuskami srebrzystymi, najczęściej lokalizującymi się na skórze głowy, łokciach, kolanach i dolnej części pleców. Mimo ogromnego postępu w terapii, który nastąpił w ciągu ostatnich dwóch dekad – od niespecyficznej immunosupresji do celowanych terapii biologicznych – pełne zrozumienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw skuteczności leków biologicznych wciąż pozostaje wyzwaniem.

Jak adalimumab modyfikuje mechanizmy zapalne?

Naukowcy z Uniwersytetu Medycznego podjęli się ambitnego zadania wyjaśnienia, w jaki sposób adalimumab – przeciwciało monoklonalne skierowane przeciwko czynnikowi martwicy nowotworu alfa (TNF-α) – moduluje szlak sygnałowy czynnika jądrowego kappa B (NF-κB) w keratynocytach. Szlak ten jest kluczowym mediatorem procesów zapalnych w łuszczycy i stanowi centralny węzeł integrujący sygnały prozapalne z odpowiedziami transkrypcyjnymi.

W opublikowanym badaniu wykorzystano model in vitro z komórkami HaCaT (linia nieśmiertelnych ludzkich keratynocytów) stymulowanymi lipopolisacharydem (LPS), aby odtworzyć środowisko zapalne charakterystyczne dla skóry łuszczycowej. “Zastosowanie LPS pozwala na wywołanie stanu zapalnego w keratynocytach, który naśladuje warunki stresu komórkowego występujące w łuszczycy, umożliwiając precyzyjną ocenę, jak adalimumab moduluje odpowiedzi zależne od NF-κB w warunkach aktywacji układu odpornościowego wrodzonego” – wyjaśniają autorzy.

Keratynocyty, niegdyś uważane za biernych obserwatorów, są obecnie uznawane za aktywnych uczestników zapalenia łuszczycowego. W odpowiedzi na TNF-α, IL-17A i wzorce molekularne związane z patogenami (PAMPs), takie jak LPS (agonista receptora TLR4), wytwarzają one cytokiny prozapalne, chemokiny i peptydy przeciwdrobnoustrojowe, wzmacniając lokalną odpowiedź immunologiczną.

Badacze przeprowadzili wielopoziomową analizę obejmującą profilowanie transkryptomiczne (mikroarray mRNA), post-transkrypcyjne (mikroarray miRNA) oraz białkowe (ELISA) w różnych punktach czasowych (2, 8 i 24 godziny) po ekspozycji na LPS i adalimumab. Taka kompleksowa strategia pozwoliła na uchwycenie dynamicznych zmian w sieci regulacyjnej NF-κB.

Jakie zmiany zachodzą na poziomie genowym i mikroRNA?

Wyniki badania potwierdziły, że stymulacja LPS silnie aktywuje szlak NF-κB, prowadząc do zwiększonej ekspresji kanonicznych mediatorów sygnałowych, takich jak IKBKB (kinaza IKK-β), IRAK1, TRAF2, MAP3K7 (TAK1), TNF i CXCL2. Dodatkowo, zaobserwowano wzrost ekspresji genów antyapoptotycznych – BIRC2, BIRC3, XIAP i TNFAIP3 (A20) – odzwierciedlający uruchomienie mechanizmów przetrwania komórek w warunkach zapalnych.

Co istotne, adalimumab konsekwentnie przeciwdziałał tym zmianom indukowanym przez LPS we wszystkich badanych punktach czasowych. “Nasze badanie wykazało, że blokada TNF-α przez adalimumab prowadzi do znaczącej supresji genów zależnych od NF-κB, co potwierdza kluczową rolę tego szlaku w mechanizmie działania leku” – podkreślają badacze.

Szczegółowa analiza poszczególnych odpowiedzi genowych dostarcza cennych informacji. Na przykład, BCL2L1 był znacząco podwyższony po stymulacji LPS, a następnie redukowany przez adalimumab. Ponieważ BCL2L1 promuje przeżycie komórek poprzez hamowanie apoptozy, sugeruje to, że adalimumab może przywracać równowagę apoptotyczną i przyczyniać się do normalizacji architektury naskórka. Podobnie, CXCL2 był silnie regulowany w górę przez LPS i hamowany przez adalimumab zarówno na poziomie mRNA, jak i białka, co wskazuje na hamowanie ostrej sygnalizacji zapalnej i osłabienie rekrutacji neutrofili – szlaków wcześniej powiązanych z aktywnością zmian łuszczycowych.

Badacze zaobserwowali również, że MAP3K7 (TAK1), centralna kinaza powyżej szlaków NF-κB i MAPK, była znacząco podwyższona przez LPS, ale obniżona przez adalimumab. To podkreśla inhibicję MAP3K7 jako potencjalny mechanizm, poprzez który blokada TNF-α przerywa kaskady zapalne. Regulatorzy apoptozy BIRC2 i BIRC3 byli indukowane przez LPS i hamowane przez adalimumab, co potwierdza koncepcję, że inhibicja TNF-α koryguje aberracyjną sygnalizację przeżycia w keratynocytach.

Szczególnie interesujące okazało się odkrycie dotyczące modulacji mikroRNA (miRNA) – krótkich, niekodujących RNA, które regulują ekspresję genów na poziomie post-transkrypcyjnym. Stymulacja LPS obniżała ekspresję miRNA o działaniu przeciwzapalnym, takich jak miR-1297, miR-30a, miR-95-5p i miR-125b, jednocześnie zwiększając poziom miRNA wspierających przeżycie komórek (miR-4329, miR-20b-3p). Adalimumab odwracał te trendy, przywracając korzystny profil miRNA.

Czy te zmiany w profilu miRNA mogą stanowić potencjalne biomarkery odpowiedzi na leczenie? Wyniki sugerują, że tak. Zaobserwowano wyraźne odwrotne korelacje między ekspresją specyficznych miRNA a ich genów docelowych. Na przykład, miR-125b wykazywał odwrotną zależność z TNFAIP3, podczas gdy miR-95-5p był odwrotnie skorelowany z ekspresją CXCL2. To sugeruje funkcjonalne interakcje miRNA-mRNA, które mogą być wykorzystane jako markery molekularne odpowiedzi na leczenie.

Jakie interakcje molekularne zostały ujawnione?

Równolegle z tymi odkryciami transkryptomicznymi i proteomicznymi, badacze wykazali, że adalimumab moduluje ekspresję miRNA. Te zmiany prawdopodobnie przyczyniają się do precyzyjnej regulacji sieci genów zapalnych i apoptotycznych. Wcześniejsze badania powiązały miRNA z regulacją NF-κB w keratynocytach, ale obecne badanie dodaje nowe dowody na specyficzne pary miRNA-mRNA podlegające wpływowi adalimumabu.

Konkretnie, zaobserwowano, że miR-1297 i miR-30a, oba hamowane przez LPS, były przywracane przez adalimumab. Te miRNA są przewidywanymi regulatorami MAP3K7, co sugeruje, że ich reekspresja może osłabiać aktywację NF-κB i MAPK zależną od TAK1, zgodnie z wcześniejszymi badaniami funkcjonalnymi. Podobnie, dane wykazały, że miR-95-5p był obniżony przez LPS, ale zwiększony przez adalimumab, wykazując odwrotną zależność z ekspresją CXCL2 – co silnie wspiera funkcjonalną interakcję miRNA-mRNA.

Jakie znaczenie mają te odkrycia dla kliniki?

Analiza sieci interakcji białko-białko (PPI) przy użyciu bazy danych STRING wykazała, że geny regulowane przez adalimumab tworzą gęsto połączoną sieć z IKBKB jako centralnym węzłem koordynującym sygnalizację zapalną. “Nasze wyniki wskazują, że adalimumab nie działa jako ogólny supresor, ale specyficznie przeprogramowuje sygnalizację keratynocytów w kierunku rozwiązania stanu zapalnego” – komentują autorzy.

Analiza wzbogacenia Gene Ontology (GO:BP) genów o obniżonej ekspresji ujawniła istotne powiązania z sygnalizacją za pośrednictwem cytokin, regulacją apoptozy i odpowiedziami immunologicznymi wrodzonymi (FDR < 0,05). Te odkrycia wskazują, że adalimumab wywiera szerokie działanie przeciwzapalne, celując w kluczowe węzły NF-κB i funkcjonalnie powiązane procesy.

Jakie są ograniczenia badania?

Jakie znaczenie mają te odkrycia dla praktyki klinicznej? Przede wszystkim, dostarczają one nowych dowodów mechanistycznych potwierdzających skuteczność adalimumabu w hamowaniu szlaku NF-κB i redukcji stanu zapalnego w łuszczycy. Ponadto, identyfikacja specyficznych miRNA modulowanych przez adalimumab otwiera możliwość ich wykorzystania jako biomarkerów monitorowania terapii i prognozowania odpowiedzi na leczenie.

Dane te wspierają koncepcję, że adalimumab wywiera podwójny efekt w keratynocytach – hamując sieci cytokin prozapalnych i aberracyjne szlaki przeżycia – tym samym promując rozwiązanie stanu zapalnego i przywrócenie homeostazy naskórka.

Jak adalimumab przywraca równowagę zapalną?

Należy jednak pamiętać o ograniczeniach badania. Model in vitro z wykorzystaniem jednego typu komórek nie odzwierciedla w pełni złożoności skóry łuszczycowej, gdzie dynamiczne interakcje między keratynocytami, limfocytami T, komórkami dendrytycznymi i fibroblastami krytycznie wpływają na utrzymanie choroby i odpowiedź terapeutyczną. Dlatego dalsza walidacja w modelach ex vivo skóry, trójwymiarowych hodowlach organotypowych lub organoidach pochodzących od pacjentów będzie konieczna do potwierdzenia znaczenia translacyjnego tych odkryć.

Ponadto, chociaż zidentyfikowano kilka korelacji miRNA-mRNA sugerujących post-transkrypcyjną regulację sygnalizacji NF-κB, walidacja funkcjonalna – taka jak testy reporterowe lucyferazy, eksperymenty z mimetykami lub inhibitorami miRNA oraz badania z utratą lub nabyciem funkcji – nie została przeprowadzona i będzie niezbędna do ustalenia bezpośrednich interakcji przyczynowych.

Podsumowując, badanie to dostarcza cennych informacji na temat molekularnych mechanizmów działania adalimumabu w łuszczycy, podkreślając jego zdolność do przywracania homeostazy zapalnej poprzez skoordynowaną supresję sygnalizacji NF-κB i MAPK oraz modulację kluczowych miRNA regulacyjnych. Te odkrycia mogą przyczynić się do optymalizacji leczenia łuszczycy oraz poszerzenia kompetencji w zakresie stosowania terapii biologicznej w praktyce klinicznej.

Wyniki wskazują, że adalimumab wywiera dwukierunkowy efekt: hamowanie obwodów zapalnych zależnych od NF-κB i wzmocnienie procesów regulacyjnych, które zachowują żywotność keratynocytów. To przeprogramowanie na poziomie systemowym może wyjaśniać jego trwałą skuteczność kliniczną w łuszczycy i wspiera miRNA związane z NF-κB jako potencjalne biomarkery odpowiedzi terapeutycznej.

Czy w przyszłości będziemy rutynowo monitorować ekspresję miRNA jako biomarkerów odpowiedzi na leczenie biologiczne? To pytanie pozostaje otwarte, ale wyniki tego badania z pewnością przybliżają nas do ery medycyny spersonalizowanej w dermatologii.

Podsumowanie

Naukowcy z Uniwersytetu Medycznego wyjaśnili molekularny mechanizm działania adalimumabu w łuszczycy, przeprowadzając wielopoziomową analizę obejmującą profilowanie transkryptomiczne, post-transkrypcyjne i białkowe w keratynocytach. Badanie wykazało, że adalimumab – przeciwciało monoklonalne skierowane przeciwko TNF-α – konsekwentnie hamuje aktywację szlaku NF-κB indukowaną przez lipopolisacharyd, co prowadzi do supresji kluczowych genów zapalnych, takich jak IKBKB, IRAK1, TRAF2, MAP3K7, TNF i CXCL2. Lek redukuje również ekspresję genów antyapoptotycznych, w tym BIRC2, BIRC3, XIAP i TNFAIP3, przywracając równowagę apoptotyczną w keratynocytach. Istotnym odkryciem jest modulacja profilu mikroRNA przez adalimumab – lek przywraca ekspresję miRNA o działaniu przeciwzapalnym, takich jak miR-1297, miR-30a, miR-95-5p i miR-125b, jednocześnie obniżając poziom miRNA wspierających przeżycie komórek. Zaobserwowano wyraźne odwrotne korelacje między ekspresją specyficznych miRNA a ich genów docelowych, co sugeruje funkcjonalne interakcje miRNA-mRNA mogące służyć jako potencjalne biomarkery odpowiedzi na leczenie. Analiza sieci interakcji białko-białko ujawniła, że geny regulowane przez adalimumab tworzą gęsto połączoną sieć z IKBKB jako centralnym węzłem koordynującym sygnalizację zapalną. Badanie potwierdza, że adalimumab wywiera dwukierunkowy efekt w keratynocytach, hamując sieci cytokin prozapalnych i aberracyjne szlaki przeżycia, tym samym promując rozwiązanie stanu zapalnego i przywrócenie homeostazy naskórka. Te odkrycia mogą przyczynić się do optymalizacji leczenia łuszczycy oraz wykorzystania miRNA związanych z NF-κB jako biomarkerów odpowiedzi terapeutycznej w kierunku medycyny spersonalizowanej w dermatologii.