The role of Activin-A in the suppression of human allergic responses
Authors: Τούσα Σοφία 
Published: June 2022

Το άσθμα είναι μία ετερογενής νόσος, η οποία χαρακτηρίζεται από υπεραντιδραστικότητα και χρόνια φλεγμονή τόσο των μικρών όσο και των μεγάλων αεραγωγών. Καθορίζεται από ένα ιστορικό αναπνευστικών συμπτωμάτων, τα οποία περιλαμβάνουν εκπνευστικό συριγμό, βήχα, αίσθημα συσφιγκτικού βάρους στο θώρακα και δύσπνοια. Τα κλινικά συμπτώματα του άσθματος είναι υποτροπιάζοντα, ποικίλλουν σε διάρκεια και ένταση και συνοδεύονται από ελάττωση του εκπνεόμενου όγκου αέρα. Μία πληθώρα γενετικών, δημογραφικών και κλινικών παραγόντων καθώς και παθοφυσιολογικών μηχανισμών εμπλέκεται στην ταξινόμηση του άσθματος σε διαφορετικούς «φαινοτύπους». Στις κατευθυντήριες οδηγίες GINA (Global Initiative for Asthma) του 2022 αναφέρονται οι πέντε πιο συχνοί φαινότυποι του άσθματος: 1. Αλλεργικό άσθμα. 2. Μη αλλεργικό άσθμα. 3. Άσθμα με έναρξη των συμπτωμάτων στην ενήλικη ζωή. 4. Άσθμα με εμμένουσα μείωση του εκπνεόμενου όγκου αέρα. 5. Άσθμα σχετιζόμενο με παχυσαρκία. Επιπλέον, με βάση την ανοσολογική απόκριση η οποία επικρατεί στην ανάπτυξη και εξέλιξη της νόσου, το άσθμα ταξινομείται σε δύο ενδοτύπους: α) το τύπου 2/αλλεργικό άσθμα, που χαρακτηρίζεται από φλεγμονή διαμεσολαβούμενη κυρίως από βοηθητικά τύπου 2 Τ λεμφοκύτταρα και ηωσινοφιλία, και β) το μη-τύπου 2 άσθμα, το οποίο σχετίζεται με φλεγμονή διαμεσολαβούμενη κυρίως από βοηθητικά τύπου 1 ή/και τύπου 17 Τ λεμφοκύτταρα και αυξημένο αριθμό ουδετερόφιλων κυττάρων. Στην παρούσα διατριβή ασχοληθήκαμε με τον συχνότερο φαινότυπο και ενδότυπο του άσθματος, το αλλεργικό/τύπου 2 άσθμα. Το αλλεργικό άσθμα αποτελεί την πιο συχνή νόσο των αεραγωγών, επηρεάζοντας περισσότερους από 300 εκατομμύρια ασθενείς σε όλο τον κόσμο. Ο σημαντικά αυξημένος επιπολασμός της νόσου τις τελευταίες δεκαετίες, ιδίως στα παιδιά των αναπτυγμένων χωρών, καθιστά το αλλεργικό άσθμα ένα παγκόσμιο κοινωνικο-οικονομικό πρόβλημα. Πολλοί τύποι κυττάρων (επιθηλιακά κύτταρα, αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα, ηωσινόφιλα, μαστοκύτταρα, Β και Τ λεμφοκύτταρα κ.α.) εμπλέκονται στην παθογένεια του αλλεργικού άσθματος και αρκετές μελέτες έχουν αναδείξει την σπουδαιότητα της αλληλεπίδρασης μεταξύ των επιθηλιακών κυττάρων των βρόγχων και των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος κατά την είσοδο ενός εισπνεόμενου περιβαλλοντικού αντιγόνου (αλλεργιογόνο) στους αεραγωγούς. Βασικός παθογενετικός μηχανισμός κατά την ανάπτυξη του αλλεργικού άσθματος είναι η επαγωγή Τ βοηθητικών λεμφοκυτταρικών ανοσολογικών αποκρίσεων τύπου 2 εναντίον εισπνεόμενων αλλεργιογόνων. Τα Τ βοηθητικά λεμφοκύτταρα τύπου 2 παράγουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες, που ονομάζονται κυτταροκίνες και συμβάλλουν δραστικά στην ανάπτυξη της αλλεργικής φλεγμονής στους αεραγωγούς. Οι κυτταροκίνες αυτές είναι κυρίως οι ιντερλευκίνες (IL) 4, 5, 9 και 13 (IL-4, IL-5, IL-9, IL-13). Οι απορρρυθμισμένες αλλεργιογόνο-ειδικές αποκρίσεις των Τ βοηθητικών λεμφοκυττάρων τύπου 2 στους αεραγωγούς οδηγούν σε ηωσινοφιλική πνευμονική διήθηση, υπερέκκριση βλέννης, αναστρέψιμη σύσπαση των λείων μυϊκών ινών των αεραγωγών και βρογχική υπεραντιδραστικότητα. Οι περισσότερες χρησιμοποιούμενες θεραπείες αδυνατούν να επιφέρουν ίαση προσφέροντας μόνο προσωρινή ανακούφιση από τα κλινικά συμπτώματα. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι μία μερίδα ασθενών πάσχει από σοβαρό άσθμα που ανθίσταται στις παρούσες θεραπευτικές πρακτικές και χρήζει συχνών νοσηλειών, αποτελώντας ένα μείζον ιατρικό και κοινωνικο-οικονομικό πρόβλημα. Συνεπώς, παράγοντες οι οποίοι μπορούν να επάγουν ή/και να ενισχύσουν την στοχευμένη ανοσολογική καταστολή των αλλεργικών Τ λεμφοκυτταρικών αποκρίσεων τύπου 2 σε αυτούς τους ασθενείς αποτελούν σημαντικούς θεραπευτικούς στόχους. Ανοσολογικοί κατασταλτικοί μηχανισμοί, όπως οι ανοσοκατασταλτικές κυτταροκίνες και τα ρυθμιστικά Τ λεμφοκύτταρα (Tregs), καταστέλλουν τις απορρυθμισμένες Τ ανοσολογικές αποκρίσεις τύπου 2 σε μοντέλα ποντικών με αλλεργικό άσθμα. Πολλές μελέτες έχουν επισημάνει ως βασικούς ρυθμιστές των αλλεργικών Τ λεμφοκυτταρικών αποκρίσεων τύπου 2 δύο υποπληθυσμούς των ρυθμιστικών CD4+ Τ λεμφοκυττάρων, τα ρυθμιστικά CD4+ Τ λεμφοκύτταρα που ωριμάζουν και διαφοροποιούνται στο θύμο αδένα και εκφράζουν τον μεταγραφικό παράγοντα Foxp3 (Forkhead box P3)(natural regulatory T cells/nTregs) και τα επαγόμενα στην περιφέρεια από αθώα CD4+ Τ λεμφοκύτταρα που εκκρίνουν IL-10 (τύπου 1 ρυθμιστικά Τ λεμφοκύτταρα/ Tr1 cells). Επιπροσθέτως, οι ανοσορρυθμιστικές κυτταροκίνες IL-10, IL-35 και μετασχηματικός αυξητικός παράγοντας β (TGF-β) είναι ζωτικής σημασίας για την κατασταλτική δράση των Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων. Εντούτοις, μια πληθώρα ερευνών αποκαλύπτει ότι τόσο ο αριθμός όσο και η δράση των Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων είναι εξασθενημένη στους ασθενείς με αλλεργικό άσθμα. Η ακτιβίνη-Α είναι μία κυτταροκίνη που ανήκει στην υπεροικογένεια του TGF-β και εμπλέκεται λειτουργικά σε μία ποικιλία σημαντικών βιολογικών διεργασιών. Αυτή η κυτταροκίνη είναι αυξημένη στον ορό ασθματικών ασθενών και ποντικιών κατά τη διάρκεια οξείας και χρόνιας αλλεργικής φλεγμονής των αεραγωγών. Η ερευνητική ομάδα της Δρ. Γεωργίας Ξάνθου έχει αποδείξει ότι η ακτιβίνη-Α είναι μία ανοσοκατασταλτική κυτταροκίνη καθώς αναστέλλει τις ειδικές έναντι αλλεργιογόνου Τ ανοσολογικές αποκρίσεις τύπου 2, την ανάπτυξη βρογχικής υπεραντιδραστικότητας και την αλλεργική φλεγμονή στους αεραγωγούς των ποντικών με πειραματικό αλλεργικό άσθμα. Η ακτιβίνη-Α ασκεί τις ανοσοκατασταλτικές της ιδιότητες μέσω της επαγωγής αλλεργιογόνο-ειδικών Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων, τα οποία καταστέλλουν τις απορρυθμισμένες Τ ανοσολογικές αποκρίσεις τύπου 2 in vitro και έπειτα από μεταφορά τους σε μοντέλα ποντικών με αλλεργικό άσθμα in vivo. Ωστόσο, ο ακριβής ρόλος της ακτιβίνης-Α στο ανθρώπινο αλλεργικό βρογχικό άσθμα παρέμενε άγνωστος. Σε αυτή τη μελέτη υποθέσαμε ότι η ακτιβίνη-Α μπορεί να επάγει τη διαφοροποίηση ανθρώπινων CD4+ Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων και να καταστείλει τις ανθρώπινες Τ ανοσολογικές αποκρίσεις τύπου 2. Βασισμένοι στα δημοσιευμένα αποτελέσματα της ερευνητικής ομάδας της Δρ. Γεωργίας Ξάνθου, υποθέσαμε ότι η ακτιβίνη-Α αντιπροσωπεύει μία κυτταροκίνη-κλειδί για τη ρύθμιση της αλλεργικής φλεγμονής των αεραγωγών και του ανθρώπινου αλλεργικού άσθματος. Οι στόχοι μας ήταν : α) Να διερευνήσουμε τις επιδράσεις της ακτιβίνης-Α στην καταστολή των ανθρώπινων αλλεργικών Τ ανοσολογικών αποκρίσεων τύπου 2 καιβ) Να εξετάσουμε το ρόλο της ακτιβίνης-Α στην επαγωγή ανθρώπινων CD4+ Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων καθώς και τις επιπτώσεις αυτών στην καταστολή των αλλεργικών Τ ανοσολογικών αποκρίσεων τύπου 2. Τα δεδομένα μας αποκαλύπτουν ότι η ακτιβίνη-Α είναι ένας σημαντικός ανοσοκατασταλτικός παράγοντας στο ανθρώπινο αλλεργικό άσθμα. Συγκεκριμένα, δείχνουμε ότι:1) Η ακτιβίνη-Α επάγει την διαφοροποίηση ανθρώπινων ρυθμιστικών CD4+ T λεμφοκυττάρων, τα οποία παράγουν την ανοσοκατασταλτική κυτταροκίνη IL-10 και εκφράζουν στην επιφάνειά τους τα μόρια inducible T-cell costimulator (ICOS), lymphocyte activation gene 3 protein (LAG-3) και CD49b. Συνεπώς, τα επαγόμενα από την ακτιβίνη-Α ρυθμιστικά CD4+ Τ λεμφοκύτταρα παρουσιάζουν κοινά βασικά χαρακτηριστικά με τα επαγόμενα ρυθμιστικά CD4+ Τ λεμφοκύτταρα τύπου 1 (Tr1 cells).2) Τα επαγόμενα από την ακτιβίνη-Α ανθρώπινα ρυθμιστικά CD4+ Τ λεμφοκύτταρα (act-A-iTr1 κύτταρα) εμφανίζουν έντονη in vitro κατασταλτική δράση έναντι ανθρώπινων αλλεργικών Τ αποκρίσεων διαμεσολαβούμενων τόσο από αθώα όσο και από ενεργοποιημένα CD4+ Τ βοηθητικά λεμφοκύτταρα τύπου 2. Οι κυτταροκίνες IL-10 και TGF-β και ο παράγοντας συνενεργοποίησης των Τ λεμφοκυττάρων ICOS εμπλέκονται στην κατασταλτική δράση των act-A-iTr1 κυττάρων.3) Στο επίκεντρο των μοριακών μηχανισμών της επαγωγής των ανθρώπινων CD4+ Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων από την ακτιβίνη-Α βρίσκεται η επαγωγή της έκφρασης των μεταγραφικών παραγόντων aryl hydrocarbon receptor (AhR) και interferon regulatory factor 4 (IRF4). Αυτοί οι μεταγραφικοί παράγοντες μετακινούνται στον πυρήνα των κυττάρων, που καλλιεργούνται παρουσία ακτιβίνης-Α, δημιουργούν ένα πολυμερές μεταγραφικό σύμπλεγμα μαζί με την πρωτεΐνη πρόσδεσης του AhR [AhR nuclear translocator (ARNT)] και συνεργάζονται ώστε να επάγουν την μεταγραφή του γονιδίου ICOS, το οποίο εμφανίζει αυξημένη έκφραση, τόσο σε επίπεδο mRNA όσο και σε πρωτεϊνικό επίπεδο, στα act-A-iTr1 κύτταρα.4) Η in vivo μεταφορά των act-A-iTr1 κυττάρων σε ανθρωποποιημένα μοντέλα πειραματικού αλλεργικού άσθματος ποντικών, σταματάει την ανάπτυξη και την εξέλιξη της νόσου ενώ μπορεί να καταστείλει εγκατεστημένη αλλεργική φλεγμονή μέσω της έκκρισης IL-10. 5) Προσθήκη ακτιβίνης-Α σε in vitro καλλιέργεια ενεργοποίησης με αλλεργιογόνο CD4+ T λεμφοκυττάρων που απομονώθηκαν από ασθενείς με ατοπία αλλά και μέτριο και σοβαρό άσθμα (επαγόμενο από το συγκεκριμένο αλλεργιογόνο), μειώνει σε μεγάλο βαθμό τον πολλαπλασιασμό τους και την έκκριση προφλεγμονωδών κυτταροκινών. Συμπερασματικά, τα δεδομένα μας αναδεικνύουν για πρώτη φορά την ακτιβίνη-Α ως έναν νέο παράγοντα επαγωγής ανθρώπινων, λειτουργικών CD4+ Τ ρυθμιστικών λεμφοκυττάρων που εκκρίνουν την ανοσορρυθμιστική κυτταροκίνη IL-10 και εκφράζουν τα επιφανειακά μόρια που χαρακτηρίζουν τα Tr1 κύτταρα, ICOS, LAG-3 και CD49b. Τα ανθρώπινα act-A-iTr1 κύτταρα εμφανίζουν έντονη κατασταλτική δράση έναντι αλλεργικών αποκρίσεων διαμεσολαβούμενων τόσο από αθώα όσο και από ενεργοποιημένα CD4+ Τ βοηθητικά λεμφοκύτταρα τύπου 2 μέσω μηχανισμών στους οποίους εμπλέκονται οι κυτταροκίνες IL-10 και TGF-β καθώς και ο επαγόμενος παράγοντας συνενεργοποίησης των Τ λεμφοκυττάρων ICOS. Στο επίκεντρο των μοριακών μηχανισμών, αποδεικνύουμε ότι η ενεργοποίηση και συνεργασία των μεταγραφικών παραγόντων IRF4 και AhR διαδραματίζουν καταλυτικό ρόλο στην διαφοροποίηση των act-A-iTr1 κυττάρων καθώς σχηματίζουν ένα μεταγραφικό σύμπλεγμα που επάγει την έκφραση των γονιδίων IL10 και ICOS. H in vivo μεταφορά των act-A-iTr1 κυττάρων σε ανθρωποποιημένα μοντέλα πειραματικού αλλεργικού άσθματος ποντικών αποκαλύπτει ότι τα act-A-iTr1 κύτταρα διατηρούν τις ανοσορρυθμιστικές τους ιδιότητες in vivo καθώς σταματάνε την ανάπτυξη του πειραματικού αλλεργικού άσθματος και καταστέλλουν εγκατεστημένη αλλεργική φλεγμονή στους αεραγωγούς των ποντικών μέσω της έκκρισης της κυτταροκίνης IL-10. Ιδιαίτερη κλινική σημασία έχουν τα αποτελέσματα μας που δείχνουν ότι η προσθήκη ακτιβίνης-Α σε in vitro καλλιέργειες CD4+ Τ λεμφοκυττάρων, που απομονώθηκαν από το περιφερικό αίμα ατόμων με ατοπία και άσθμα ποικίλης βαρύτητας, παρουσία αλλεργιογόνου, καταστέλλει τον πολλαπλασιασμό και την έκκριση προφλεγμονωδών κυτταροκινών. Συνεπώς, η μελέτη μας αναδεικνύει την ακτιβίνη-Α ως ένα νέο πιθανό θεραπευτικό στόχο στο ανθρώπινο αλλεργικό άσθμα. Μελλοντικές μελέτες θα μπορούσαν να διερευνήσουν την δυνατότητα χρησιμοποίησης των act-A-iTr1 κυττάρων ως θεραπευτική μέθοδο για την ανάπτυξη ανοσολογικής ανοχής στους αεραγωγούς των ασθενών με αλλεργικό άσθμα.