Skuteczność omalizumabu – wpływ BMI i kontroli cytokin na efekty terapii

Czy omalizumab działa u wszystkich pacjentów?

Omalizumab – skuteczność terapii anty-IgE zależy od kontroli cytokin i BMI pacjenta

Astma to przewlekła choroba płuc charakteryzująca się nadreaktywnością oskrzeli, stanem zapalnym, uszkodzeniem nabłonka oskrzelowego i obturacją dróg oddechowych. Mimo że patofizjologia astmy nie jest w pełni wyjaśniona, wiązanie IgE z receptorem o wysokim powinowactwie (FcεRI) stanowi jedno z kluczowych wydarzeń prowadzących do jej patogenezy. Neutralizacja wolnego IgE za pomocą przeciwciała monoklonalnego anty-IgE (omalizumab, Xolair) może przynieść korzyści kliniczne pacjentom z umiarkowaną do ciężkiej astmą. Jednak znacząca część pacjentów, od 10% do nawet 50%, nie odpowiada na terapię omalizumabem. Taki brak odpowiedzi można częściowo wyjaśnić heterogennością fenotypów astmy i jej patogenezą.

Omalizumab nie powoduje sieciowania IgE związanego z FcεRI, co mogłoby indukować aktywację komórek tucznych i bazofili. Zamiast tego wiąże się z domeną Cε3 wolnego IgE, zapobiegając wiązaniu IgE do FcεRI, bez wiązania IgE już połączonego z receptorami FcεRI lub CD23 (FcεRII). Neutralizując wolne IgE w surowicy pacjenta, omalizumab obniża ekspresję powierzchniową FcεRI na komórkach tucznych, bazofilach i komórkach prezentujących antygen. FcεRI pozbawiony IgE jest niestabilny i szybko ulega internalizacji i degradacji, dlatego poziomy ekspresji FcεRI korelują z poziomami IgE w surowicy. W konsekwencji omalizumab ogranicza aktywację komórek tucznych i bazofili zależną od IgE, prowadząc do zmniejszonej degranulacji i wydzielania mediatorów prozapalnych.

W poprzedniej analizie długoterminowej transkryptów z krwi pełnej pacjentów z astmą leczonych omalizumabem, badacze odkryli, że zarówno responderzy, jak i nonresponderzy wykazywali zwiększoną ekspresję transkryptów związanych z odpowiedzią Th2 (np. CSF3, IL4 i IL5) oraz odpowiedzią Th1 (np. IFNG, STAT4 i SMARCR4) w porównaniu z kontrolami bez astmy. Jednakże geny związane z aktywacją neutrofili i cytotoksycznością były również wzbogacone u nonresponderów na omalizumab. Badacze wcześniej raportowali również, że nonresponderzy, w porównaniu z responderami, wykazywali wyższy wskaźnik masy ciała (BMI).

Czy jednak skuteczność omalizumabu jest taka sama u wszystkich pacjentów? Jak wyjaśnić, że niektórzy pacjenci nie odpowiadają na leczenie? Czy istnieją markery, które mogłyby pomóc w identyfikacji pacjentów, którzy odniosą korzyść z terapii omalizumabem?

Jak zaprojektowano badanie wpływu omalizumabu?

Zespół badaczy postanowił zbadać, czy omalizumab może różnicowo wpływać na stężenia cytokin i chemokin w surowicy, które są związane z patogenezą astmy, u pacjentów odpowiadających na leczenie (responderów) i nieodpowiadających (nonresponderów). Odkryli, że omalizumab może regulować większość poziomów cytokin i chemokin w surowicy u responderów. Jednakże lek nie był skuteczny w kontrolowaniu tych parametrów u nonresponderów. Co ciekawe, poziomy CCL17, CCL22, CXCL10 i IL-7 u nonresponderów były znacząco związane z BMI (wskaźnikiem masy ciała) poszczególnych pacjentów. Dane z tego badania sugerują, że omalizumab jest mniej skuteczny u otyłych pacjentów z astmą niż u pacjentów bez otyłości.

W badaniu wzięło udział 45 dorosłych pacjentów z umiarkowaną do ciężkiej astmą, leczonych kortykosteroidami wziewnymi i/lub długo działającymi agonistami receptorów β2-adrenergicznych. Ciężkość choroby była definiowana przez kombinację niskiego wyniku w teście kontroli astmy (ACT) (<19), obniżonej funkcji płuc (FEV1 <80% wartości przewidywanej) oraz częstości objawów, w tym całkowitej liczby dni z objawami w tygodniu i nocnych przebudzeń częściej niż raz w tygodniu. Z badania wykluczono pacjentów, którzy byli w ciąży, mieli mniej niż 18 lat i/lub niedawno przyjmowali omalizumab. Rekrutowano również 22 osoby kontrolne bez astmy, dopasowane pod względem wieku i płci, które nie miały historii chorób alergicznych, w tym astmy, atopowego zapalenia skóry lub alergii pokarmowych.

Pacjenci otrzymywali omalizumab zgodnie z zaleceniami lekarza, dawkowanym według tabeli producenta w zależności od poziomu IgE w surowicy i masy ciała. Wszyscy pacjenci (N = 45) mieli astmę, która była niekontrolowana pomimo leczenia kortykosteroidami wziewnymi i/lub długo działającymi β-agonistami. Krew pobierano tydzień przed rozpoczęciem leczenia, w dniu rozpoczęcia leczenia (przed podaniem omalizumabu) oraz w 6., 14. i 26. tygodniu po rozpoczęciu leczenia. Przy każdym pobraniu krwi pacjenci wypełniali kwestionariusz ACT i formularz oceny całkowitej częstości objawów, stosowania kortykosteroidów wziewnych/β-agonistów oraz nocnych przebudzeń w tygodniu. Przeprowadzano również spirometryczne badanie płuc.

Odpowiedź na omalizumab definiowano na podstawie poprawy kontroli astmy, przy czym nonresponderzy nadal wykazywali niekontrolowaną astmę. Astmę uznawano za niekontrolowaną, jeśli pacjenci mieli wynik ACT poniżej 19 z objawami astmy, stosowali kortykosteroidy wziewne/β-agonisty co najmniej dwa razy w tygodniu, mieli nocne przebudzenia co najmniej raz w tygodniu, nie zmieniali leków kontrolujących astmę i mieli inne oznaki braku poprawy astmy potwierdzone przez lekarzy. Ponieważ funkcja płuc nie okazała się wskaźnikiem odpowiedzi na omalizumab, nie została włączona do klasyfikacji responderów.

Osocze izolowano ze świeżej krwi pełnej przez wirowanie. Surowicę przygotowywano z 10% trombiną, a aliquoty surowicy przechowywano w temperaturze -80°C. Oprócz ludzkiego czynnika wzrostu naskórka (hEGF), ludzkiego czynnika wzrostu fibroblastów-2 (hFGF-2) i rozpuszczalnego CD40L, 18 cytokin i chemokin w surowicy ilościowo oznaczano przy użyciu macierzy multiplex Millipore zgodnie z instrukcjami producenta.

Analizy statystyczne przeprowadzono w GraphPad Prism 10. Korelację testowano prostym testem regresji liniowej. Porównania między różnymi grupami przeprowadzono za pomocą testu Manna-Whitneya, natomiast porównania między tymi samymi grupami przed i po leczeniu omalizumabem przeprowadzono za pomocą testu par dopasowanych Wilcoxona. Dane przedstawiono jako średnia ± SD. Istotność statystyczną ustalono na poziomie P mniejszym niż 0,05.

Główne charakterystyki pacjentów i osób kontrolnych bez astmy zrekrutowanych do tego badania podsumowano w tabeli I. Dodatkowe szczegółowe informacje o responderach i nonresponderach przedstawiono w tabeli E1. Badanie zrekrutowało 45 dorosłych pacjentów z umiarkowaną do ciężkiej astmą i 22 osoby kontrolne bez astmy. Spośród 45 pacjentów, 34 (76%) i 11 (24%) pacjentów określono odpowiednio jako responderów i nonresponderów na terapię omalizumabem. Na początku badania nie było istotnej różnicy między responderami a nonresponderami pod względem objawów astmy, wyniku ACT oraz częstości stosowania doustnych kortykosteroidów, wziewnych kortykosteroidów, inhibitorów leukotrienów i β-agonistów, a także funkcji płuc testowanych przez pomiar FEV1, natężonej pojemności życiowej i natężonego przepływu wydechowego przy 25% do 75% natężonej pojemności życiowej. Do 26. tygodnia (≥6 miesięcy) terapii omalizumabem, responderzy mieli zwiększone wyniki ACT, ze zmniejszoną całkowitą liczbą objawów i nocnych przebudzeń. Większość (30 z 34) responderów wykazała zmniejszenie objawów klinicznych do 14. tygodnia leczenia.

Co odkryto w zakresie cytokin i chemokin?

Przed zbadaniem wpływu omalizumabu na poziomy cytokin i chemokin w surowicy, badacze najpierw porównali poziomy hEGF, hFGF-2 i rozpuszczalnego ligandu CD40, wraz z 6 cytokinami i 12 chemokinami, w surowicy pacjentów z astmą z poziomami u osób kontrolnych bez astmy. Spośród tych 21 analitów, 6 analitów okazało się znacząco zmienionych w surowicy pacjentów z astmą. Surowica pacjentów miała podwyższone poziomy hFGF-2 i niektórych cytokin (GM-CSF i IL-7) oraz chemokin (CCL4 i CXCL13), podczas gdy miała zmniejszone poziomy eotaksyny-1. Warto również zauważyć, że z wyjątkiem CCL4, CCL11 i CXCL13, różnice między pacjentami a osobami kontrolnymi były w dużej mierze zależne od kilku konkretnych dawców. Nie było istotnych zmian w innych analitach, w tym hEGF, rozpuszczalnym CD40L i niektórych cytokinach (IL-5, IL-13, IL-17A i IFN-α) oraz chemokinach (CCL2, CCL8, CXCL10, CCL17, CCL22, CXCL1 i CXCL5). Nie udało się wykryć znaczącej ilości IL-4 w badanej surowicy pacjentów.

Porównując bezpośrednio responderów i nonresponderów przed leczeniem, stwierdzono, że responderzy mieli podwyższone poziomy eotaksyny-1 i IL-13 w surowicy, co sugeruje nasilony stan zapalny typu 2 u tych pacjentów. Zgodnie ze zwiększonymi poziomami eotaksyny-1 i IL-13 w surowicy, responderzy mieli również wyższą średnią liczbę eozynofilów niż nonresponderzy na początku badania, ale różnica nie była istotna. Podobną obserwację poczyniono również w 26. tygodniu. Ponadto omalizumab nie zmieniał znacząco częstości eozynofilów we krwi.

“Nasze badanie wykazało, że omalizumab może regulować większość poziomów cytokin i chemokin w surowicy u responderów, ale nie jest skuteczny w kontrolowaniu ich u nonresponderów” – piszą autorzy badania.

Czy BMI wpływa na skuteczność terapii omalizumabem?

Po 26 tygodniach terapii omalizumabem, u responderów zaobserwowano zmniejszenie poziomów surowiczych nie tylko tych 6 białek (IL-7, GM-CSF, eotaksyna-1, CCL4, CXCL13 i hEGF2), ale także poziomy surowicze wielu innych (hFGF-2, IL-5, IL-13, CCL2, CCL5, CCL11, CCL13, CCL17, CXCL1, CXCL5 i CXCL-10) były znacząco zmniejszone. Zarówno CCL17, jak i CCL22 są chemokinami proalergicznymi, ale omalizumab zmniejszał poziomy CCL17 w surowicy tylko u responderów. Co ciekawe, omalizumab nie był w stanie zmniejszyć poziomów CCL22 (chemokiny pochodzącej z makrofagów) i CCL5 (RANTES) w surowicy ani u responderów, ani u nonresponderów, co sugeruje, że korzyści kliniczne zapewniane przez omalizumab mogą nie wynikać ze zmniejszenia poziomów CCL22 i/lub CCL5 w surowicy. Niemniej jednak, omalizumab nadal może zmniejszać poziomy eotaksyny-1 i IL-13, a także IL-5 i CCL17, które mogą promować zapalenie płuc typu 2. Takie zmniejszenia zaobserwowano tylko u responderów.

Co istotne, u nonresponderów nie zaobserwowano znaczącego zmniejszenia poziomów żadnej z badanych cytokin ani chemokin. Badacze odkryli, że poziomy CCL17 i CXCL10 w surowicy korelowały z BMI nonresponderów w 26. tygodniu. Stwierdzono również, że poziomy CCL22 i IL-7 w surowicy nonresponderów korelowały z BMI na początku badania. Takich korelacji nie stwierdzono u responderów. Dodatkowo poziom IL-7 w surowicy odwrotnie korelował z wynikami ACT nonresponderów w 26. tygodniu. Serum CCL17, CCL22 i CXCL10 również wykazywały podobne trendy, ale nie były statystycznie istotne.

Czy zatem otyłość jest jednym z kluczowych czynników wpływających na skuteczność terapii omalizumabem? Obecnie istnieją ograniczone wyjaśnienia zmiennej odpowiedzi na leczenie omalizumabem obserwowanej u pacjentów. Niektóre czynniki predykcyjne odpowiedzi na omalizumab sugerowane przez wcześniejsze badania obejmują liczbę eozynofilów we krwi i poziom IgE w surowicy, status palenia i wiek, objawy przewleklej pokrzywki oraz BMI pacjentów. Wyniki tego badania potwierdzają, że BMI może być potencjalnym predyktorem odpowiedzi na leczenie.

Podwyższone poziomy hFGF-2, GM-CSF, IL-7, CCL4 i CXCL13 w surowicy pacjentów są związane z patogenezą astmy, chociaż hFGF-2 wydzielany przez uszkodzone komórki nabłonka dróg oddechowych promuje zapalenie dróg oddechowych. Zarówno GM-CSF, jak i IL-7 przyczyniają się do alergicznej astmy poprzez wzmocnienie odpowiedzi Th2 swoistej dla alergenu. GM-CSF nie tylko przyspiesza wzrost i dojrzewanie eozynofilów, ale także przygotowuje je do aktywacji i zwiększa ich przeżycie. CCL4 i CXCL13 są również zaangażowane w astmę eozynofilową i alergiczny proces zapalny dróg oddechowych.

W przeciwieństwie do danych z poprzedniego badania, badacze stwierdzili, że pacjenci z astmą mieli zmniejszone poziomy eotaksyny-1 w surowicy w porównaniu z osobami kontrolnymi bez astmy. Według Tateno i współpracowników, chociaż poziomy eotaksyny-1 w surowicy mogą być zmienione przez kortykosteroidy, poziom eotaksyny-1 w osoczu nadal korelował z ciężkością astmy. Pacjenci otrzymujący zarówno wziewne, jak i doustne kortykosteroidy mieli podwyższone poziomy eotaksyny-1 w surowicy w porównaniu z tymi, którzy nie otrzymywali kortykosteroidów lub tylko leczenie wziewnymi kortykosteroidami. Niemniej jednak, takie zmniejszone poziomy eotaksyny-1 w surowicy u pacjentów z astmą wymagają dalszych badań, ponieważ eotaksyna-1 odgrywa kluczową rolę w patogenezie astmy, w tym w przebudowie dróg oddechowych.

Jakie są kierunki dalszych badań?

Odkrycia dotyczące potencjalnej roli CCL17, CCL22, CXCL10 i IL-7 w surowicy w patogenezie astmy, zwłaszcza u nonresponderów, są ważne, ponieważ ich poziomy w surowicy nie są zmieniane przez terapię omalizumabem, ale bardziej przez BMI poszczególnych nonresponderów. Sugeruje to, że jakakolwiek strategia terapeutyczna ukierunkowana na te 4 czynniki może nie być skuteczna u otyłych pacjentów z astmą. Rzeczywiście, badacze wcześniej raportowali, że BMI było wyższe u nonresponderów niż u responderów. Na poparcie obserwacji w tym badaniu, dobrze wiadomo również, że poziomy IL-7, CCL17, CCL22 i CXCL10 w surowicy korelują z BMI.

Niedawne badanie doniosło, że responderzy na omalizumab wykazywali zwiększone poziomy CXCL10 w osoczu ze stosunkiem CXCL10/CCL17. W tym badaniu jednak poziomy CXCL10 były podobne zarówno u responderów, jak i nonresponderów, podczas gdy leczenie omalizumabem zmniejszało zarówno CXCL10, jak i CCL17 u responderów. Ponieważ zarówno poziomy CXCL10, jak i CCL17 w surowicy są związane z BMI, dane te mogą wymagać dalszej walidacji poprzez przeprowadzenie eksperymentów ze zwiększoną liczbą otyłych i nieotyłych pacjentów z astmą w przyszłych badaniach.

Chociaż badanie to oferuje cenne spostrzeżenia dotyczące mechanizmów działania omalizumabu, należy wziąć pod uwagę kilka ograniczeń. To badanie eksploracyjne nie zostało zaprojektowane z predefiniowaną wielkością próby. Dlatego dane z tego badania nie są potwierdzające. Przy stosunkowo małej wielkości próby (N = 45), możliwe jest, że potencjalne wartości odstające mogły wpłynąć na wnioski z badania. Ponadto w badaniu nie uwzględniono potencjalnego wpływu współistniejących chorób alergicznych, co podkreśla potrzebę badań na większą skalę z lepiej zdefiniowanymi pacjentami. Markery zapalenia typu 2 są również znane z podwyższenia w innych stanach alergicznych, takich jak atopowe zapalenie skóry.

Podsumowując, omalizumab zmniejszał nie tylko poziomy eotaksyny-1 i IL-13 w surowicy, ale także inne proalergiczne i astmatyczne cytokiny i chemokiny u responderów, z wyjątkiem CCL22 i CCL5 (RANTES), które mogą przyczyniać się odpowiednio do zapalenia typu 2 i neutrofilowego w płucach. Jednakże omalizumab nie mógł skutecznie kontrolować poziomów tych cytokin i chemokin w surowicy nonresponderów. W szczególności, poziomy CCL17, CCL22, CXCL10 i IL-7 w surowicy nonresponderów były związane z BMI poszczególnych pacjentów, czego omalizumab nie mógł kontrolować.

Wyniki tego badania wskazują na potrzebę uwzględnienia BMI pacjenta przy planowaniu terapii omalizumabem oraz na potencjalne korzyści z monitorowania profilu cytokin i chemokin jako narzędzia do oceny skuteczności leczenia. Jak skutecznie leczyć otyłych pacjentów z astmą, którzy mogą nie odpowiadać na standardową terapię anty-IgE? To pytanie wymaga dalszych badań i może prowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych ukierunkowanych na specyficzne cytokiny i chemokiny związane z BMI.

Badanie to zwiększa nasze zrozumienie mechanizmów działania omalizumabu i dalej pomaga klinicystom w identyfikacji pacjentów, którzy mogą odnieść korzyść z leczenia omalizumabem.

Podsumowanie

Badanie wykazało, że skuteczność omalizumabu, przeciwciała monoklonalnego stosowanego w leczeniu astmy, jest zróżnicowana wśród pacjentów. U osób odpowiadających na leczenie (76% badanych) lek skutecznie regulował poziomy większości cytokin i chemokin w surowicy krwi, prowadząc do poprawy kontroli astmy. Jednak u nieodpowiadających na leczenie (24% badanych) omalizumab nie był w stanie kontrolować tych parametrów. Kluczowym czynnikiem wpływającym na skuteczność terapii okazał się wskaźnik masy ciała (BMI) – u pacjentów otyłych poziomy CCL17, CCL22, CXCL10 i IL-7 były znacząco związane z BMI, czego omalizumab nie mógł kontrolować. Badanie wskazuje na potrzebę uwzględniania BMI przy planowaniu terapii oraz sugeruje potencjalne korzyści z monitorowania profilu cytokin i chemokin jako narzędzia do oceny skuteczności leczenia.