Preclinical Analysis of the Mechanisms and Efficacy of Ontamalimab (anti-MAdCAM-1) in Inflammatory Bowel Disease
Präklinische Analyse der Mechanismen und Wirksamkeit von Ontamalimab (anti-MAdCAM-1) bei entzündlichen Darmerkrankungen
Creators: name: Schulze, Lisa Lou
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2023
Subjects: subject: Inflammatory Bowel Disease
subject: Crohn's Disease
subject: Ulcerative colitis
subject: Gut homing
subject: Immune cell trafficking
subject: MAdCAM-1
subject: Ontamalimab
subject: Rolling
subject: Adhesion
subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 570 Biowissenschaften; Biologie
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 61 Medizin und Gesundheit :: 610 Medizin und Gesundheit

description: Ontamalimab is a therapeutic candidate antibody targeting MAdCAM-1, intended for the treatment of inflammatory bowel diseases (IBD), of which the main entities are ulcerative colitis and Crohn’s disease. During such inflammation of the gut, T cells home to the affected tissue via the interaction of integrin α4β7 on the T cell surface with MAdCAM-1 on the surface of endothelial cells. Blockade of this interaction using the anti-α4β7 integrin antibody vedolizumab has been successfully used for the treatment of IBD since 2014. Nevertheless, not all patients benefit from this treatment. Therefore, the goal of this study was to investigate the mechanism of action of ontamalimab and to directly compare it with vedolizumab. Starting with general research about MAdCAM-1 itself, this work shows that IBD patients with acute inflammation express higher levels of MAdCAM-1 and that only one transcript variant is predominantly expressed. Several cytokines, transcription factors and adhesion molecules also showed altered expression in IBD patients compared to controls. While short chain fatty acids might reduce the expression of MAdCAM-1, TNFα was shown to induce it. TNFα was further associated with shedding of MAdCAM-1, which supports previous suggestions that soluble (s-)MAdCAM-1 may be a biomarker for intestinal inflammation. Ontamalimab caused the internalization of MAdCAM-1, thereby not only blocking its interaction to ligands, but also entirely removing it from the cell surface. Moreover, ontamalimab significantly inhibited the L-selectin/MAdCAM-1-mediated rolling of several immune cell subsets, including T cells, granulocytes and monocytes, while firm adhesion of several T cell subsets was equally blocked by ontamalimab and vedolizumab. Homing of T cells into the gut of mice with dextran sodium sulfate-(DSS-) induced colitis was significantly reduced by an anti-MAdCAM-1 treatment with MECA367 and to a lesser, not significant extent also by anti-α4β7 integrin (DATK32). After demonstrating that the two antibody treatments affect the T-cell homing process differently, further effects of an anti-MAdCAM-1 treatment were investigated in experimental colitis models, also with regard to innate immune cells, in comparison to an anti-α4β7-integrin treatment. In a T cell transfer colitis model, DATK32 and MECA367 treatment led to significantly reduced histological scores and diminished CD4+ T cell abundance in the colon. However, weight loss and abundance of innate immune cells remained unaffected by either treatment. Similar results were obtained in DSS-colitis experiments, that are not primarily T cell-dependent. Moreover, the wound healing process in mice without intestinal inflammation was not affected by DATK32 or MECA367 administration. In conclusion, these data show that MAdCAM-1 expression and regulation play an important role for the pathogenesis of IBD. Therapeutic blockade of MAdCAM-1 with ontamalimab has a distinct mechanism that is different from α4β7 integrin blockade with vedolizumab. It remains to be elucidated which effects ontamalimab might have on innate immune cells, which is particularly important for understanding the results of the clinical trials. This study substantially increases our understanding of the specific mode of action of anti-trafficking therapies in IBD and might contribute to optimized future treatment strategies.
description: Ontamalimab ist ein neu entwickelter therapeutischer Antikörper, der an MAdCAM-1 bindet und für die Behandlung von Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) wie Colitis ulcerosa und Morbus Crohn eingesetzt werden soll. Bei einer solchen Entzündung des Darms wandern T-Zellen über die Interaktion von Integrin α4β7 auf der T-Zell-Oberfläche mit MAdCAM-1 auf der Oberfläche von Endothelzellen in die betroffenen Gewebe ein. Die Blockade dieser Interaktion mit dem Anti-α4β7-Antikörper Vedolizumab wird seit 2014 erfolgreich zur Behandlung von CED eingesetzt. Dennoch profitieren nicht alle Patienten von einer solchen Behandlung. Ziel dieser Studie war es daher, den Wirkmechanismus von Ontamalimab zu untersuchen und direkt mit Vedolizumab zu vergleichen. Allgemeine Untersuchungen zu MAdCAM-1 selbst zeigten, dass CED-Patienten mit akuter Entzündung höhere Mengen an MAdCAM-1 exprimieren und dass primär insbesondere eine Transkriptvariante exprimiert wird. Mehrere Zytokine, Transkriptionsfaktoren und Adhäsionsmoleküle zeigten ebenfalls eine veränderte Expression bei CED-Patienten im Vergleich zu Kontrollen. Während kurzkettige Fettsäuren die Expression von MAdCAM-1 wahrscheinlich verringern, konnte gezeigt werden, dass TNFα diese induziert. TNFα wurde außerdem mit dem Shedding von MAdCAM-1 in Verbindung gebracht, was frühere Vermutungen unterstützt, dass lösliches MAdCAM-1 (soluble-, s-MAdCAM-1) ein Biomarker für Darmentzündungen sein könnte. Ontamalimab bewirkte die Internalisierung von MAdCAM-1 und blockierte damit nicht nur seine Interaktion mit Liganden, sondern entfernte es auch vollständig von der Zelloberfläche. Darüber hinaus hemmte Ontamalimab signifikant das L-Selektin/MAdCAM-1-vermittelte Rollen verschiedener Untergruppen von Immunzellen, einschließlich T-Zellen, Granulozyten und Monozyten, während die feste Adhäsion verschiedener T-Zellen durch Ontamalimab und Vedolizumab gleichermaßen blockiert wurde. Die Einwanderung von T-Zellen in den Darm von Mäusen mit DSS-induzierter Kolitis wurde durch eine Anti-MAdCAM-1-Behandlung mit MECA367 und in geringerem, nicht signifikantem Ausmaß auch mit dem Anti-α4β7 Antikörper (DATK32) signifikant reduziert. Nachdem nachgewiesen werden konnte, dass die Einwanderung von T-Zellen differenziell beeinträchtigt ist, wurden weitere Effekte einer Anti-MAdCAM-1-Behandlung in experimentellen Colitis-Modellen, auch im Hinblick auf angeborene Immunzellen, im Vergleich zu einer Anti-α4β7-Behandlung untersucht. In einem T-Zell-Transfer-Kolitis-Modell führte die Behandlung mit DATK32 und MECA367 zu signifikant reduzierten histologischen Scores und einer verringerten Infiltration von CD4+ T-Zellen in das Kolon. Das Fortschreiten des Gewichtsverlusts und die Anzahl der angeborenen Immunzellen im Darmgewebe blieben jedoch von beiden Behandlungen unbeeinflusst. Ähnliche Ergebnisse wurden in DSS-Kolitis-Experimenten beobachtet, die nicht primär von T-Zellen abhängig sind. Darüber hinaus wurde der Verlauf der Wundheilung bei Mäusen ohne Darmentzündung durch die Verabreichung von DATK32 oder MECA367 nicht beeinflusst. Zusammenfassend konnte somit gezeigt werden, dass die Expression und Regulation von MAdCAM-1 eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von CED spielt. Die therapeutische Blockade von MAdCAM-1 mit Ontamalimab hat einen spezifischen Mechanismus, der sich von der Blockade von α4β7-Integrin mit Vedolizumab unterscheidet. Es bleibt noch zu klären, welche exakten Auswirkungen Ontamalimab auf angeborene Immunzellen hat, was für das Verständnis der klinischen Studien besonders erscheint. Diese Studie trägt wesentlich zum Verständnis der spezifischen Wirkungsweise von Anti-Trafficking-Therapien bei CED bei und könnte zu optimierten zukünftigen Behandlungsstrategien beitragen.