Onderzoeksproject P6/35 (Onderzoeksactie P6)
DOMEIN
Astma en Chronisch Obstructief Longlijden (Chronic Obstructive Pulmonary Disease of COPD) zijn prevalente aandoeningen van de onderste luchtwegen, die wereldwijd significante morbiditeit en mortaliteit veroorzaken en een belangrijke socio-economische last betekenen 1,2. De voorbije jaren zijn er vorderingen geboekt in het ontrafelen van de onderliggende pathogenetische mechanismen van deze aandoeningen. Bovendien is het duidelijk gebleken dat deze onderste luchtwegaandoeningen in verband staan met aandoeningen van de bovenste luchtwegen zoals rhinitis, sinusitis en neuspoliepen. Eén van de hoofdbevindingen is dat de symptomen van zowel bovenste als onderste luchtwegaandoeningen veroorzaakt worden door onderliggende ontstekings- en remodeleringsprocessen 3. Dit inzicht heeft geleid tot het concept van “united airways”, en verklaart waarom bijna 80% van de patiënten met allergisch astma bv. ook lijden aan rhinitis. Behandeling van deze ontsteking met anti-inflammatoire middelen zoals steroïden is enkel tijdelijk succesvol, maar geneest de ziekte niet. Verder karakterisatie van de cellulaire en moleculaire immuunmechanismen die aan de basis liggen van deze aandoeningen is een prioriteit om meer effectieve behandelingen met ook positieve effecten op lange termijn te ontwikkelen. Bovendien, gezien genetische drift de steeds toenemende trend van deze luchtwegaandoeningen niet kan verklaren, stellen we als hypothese voorop dat omgevingsfactoren zoals allergenblootstelling, pollutie en infecties en hun onderlinge interacties oorzakelijk betrokken zijn in de pathogenese.
DOELSTELLINGEN
Het acroniem AIREWAY (Effecten en interacties van Allergie, Infecties en Respiratoire blootstelling aan Omgevingsfactoren [Environment] op de ontwikkeling en chroniciteit van bovenste en onderste luchtWEG [airWAY] aandoeningen) beschrijft in een notendop de doelstellingen van dit project. Met deze interuniversitaire benadering willen we de cellulaire en moleculaire mechanismen ontrafelen die aan de basis liggen van aandoeningen van de bovenste (rhinitis, sinusitis, neuspoliepen) en onderste luchtwegen (astma en COPD). De afzonderlijke en gecombineerde effecten van allegenen, infecties en luchtpollutie op de belangrijkste cellulaire en moleculaire mediatoren zullen gekarakteriseerd worden in de verschillende fasen van deze ziektes, door gebruik te maken van proefdier modellen. Bovendien zullen de resultaten gevalideerd worden door analyses op menselijk materiaal afkomstig van patiënten en gezonde controlepersonen.
METHODOLOGIE
De mechanismen die aan de basis liggen van de chronische inflammatie van deze luchtwegaandoeningen zullen op een interdisciplinaire wijze benaderd worden. De onderzoeksgroepen zijn uitgerust voor en ervaren in het verrichten van cellulaire en moleculaire in vitro studies bv op culturen van humane primaire (nasale, bronchiale en alveolaire) epitheelcellen. Ze hebben een uitgebreide expertise met in vivo diermodellen van luchtwegaandoeningen 4-10. Bovendien hebben de onderzoeksgroepen ook de mogelijkheid om serum, sputum, nasale en bronchiale lavages evenals weefselbiopten van verschillende patiëntengroepen (COPD, astma, neuspoliepen, sinusitis en rhinitis) te preleveren en te onderzoeken, om aldus de bevindingen bekomen bij het fundamenteel onderzoek te toetsen, zodat de klinische relevantie verzekerd wordt 11-13.
SPECIFIEKE DOELSTELLINGEN
1.Verder karakterisatie van sensitisatie, inflammatie en remodelering in chronische bovenste en onderste luchtwegaandoeningen
De diermodellen die beschikbaar zijn in het consortium om de respectievelijke ziektes (astma, COPD, rhinitis, neuspoliepen, sinusitis) te bestuderen, bootsen zeer goed de algemene pathologie bij de patiënt na. Het basisconcept van deze diermodellen is het verrichten van fundamenteel onderzoek dat oog heeft voor de klinische relevantie. Daarom is een grondige karakterisatie van deze modellen vereist vooraleer de effecten van exogene factoren kunnen geëvalueerd worden.
Als read-outs onderscheiden we fysiologische parameters (longfunctie en uithoudingstesten), inflammatie en remodelering (cellulair – cytologie – (immuno)histologie – FACS analyse), en moleculaire parameters (cytokines, chemokines, groeifactoren, extracellulaire matrix componenten en enzymes). Op cellulair niveau zal de focus gericht zijn op de interactie tussen verschillende T-cellen (Th-1, Th-2, NKT, T-reg, …) die de inflammatoire processen orchestreren, antigenpresenterende cellen (dendritische cellen en macrofagen) en het epitheel. De belangrijkste moleculaire paden zullen zowel in vitro als in vivo in de verschillende ziekte entiteiten gedocumenteerd worden. Hiervoor zal gebruik gemaakt worden van monoclonale antilichamen tov specifieke interessante molecules (pro-inflammatoire cytokines zoals IL-4, IL-13, IFN-γ versus immunomodulerende cytokines zoals TGF-β of IL-10; toll-like receptoren en subtypes van immuuncellen zoals T-reg cellen en NKT cellen) evenals van genetisch gemodificeerde muizen waarbij een specifiek gen selectief tot over-expressie gebracht wordt of uitgeschakeld wordt.
2. De rol van infectieuze agentia, allergenen en omgevingspolluenten in de ontwikkeling en het onderhouden van chronische luchtwegaandoeningen
2.1) Allergische rhinitis (AR) en astma: Epidemiologische gegevens suggereren dat blootstelling aan microbiële agentia in de omgeving een cruciale, doch ambivalente rol speelt in de natuurlijke evolutie van chronische inflammatoire luchtwegaandoeningen. Alhoewel endotoxines de luchtwegen kunnen irriteren (pro-inflammatoir), staat het vast dat langdurige blootstelling beschermend kan zijn tegen de ontwikkeling van allergische aandoeningen van bovenste en onderste luchtwegen (tolerantie). De rol van allergische sensitisatie in de ontwikkeling van astma en allergische rhinitis is goed gedocumenteerd, doch de fundamentele vraag waarom sommige atopische individuen AR of astma symptomen ontwikkelen, terwijl andere asymptomatisch blijven, blijft nog steeds onbeantwoord.
2.2) Chronische rhinosinusitis/neuspoliepen en COPD: Recente gegevens suggereren een belangrijke rol van microbiële factoren zoals Stafylococcen enterotoxines in de pathogenese van neuspoliepen. Vanzelfsprekend is COPD oorzakelijk verbonden met blootstelling aan sigarettenrook, doch de rol van infecties, bacteriële kolonisatie en allergenblootstelling in de natuurlijke evolutie van de aandoening is niet bekend.
Door middel van de verschillende diermodellen en de in vitro experimenten (bv. culturen van humane primaire epitheelcellen), zullen de effecten nagegaan worden van endotoxines, CpGs, polyI:C en enterotoxines als belangrijkste vertegenwoordigers van respectievelijk bacteriële en virale omgevingsfactoren. Op dezelfde wijze zullen de effecten van allergenen (bv. huisstofmijt, pollen en beroepsallergenen) en omgevingspolluenten (zoals sigarettenrook, diesel en ozon) bestudeerd worden, hetzij afzonderlijk, hetzij in combinatie. De impact van deze factoren op de hierboven vermelde fysiologische, inflammatoire en moleculaire read-outs zal gemeten worden in de respectievelijke modellen.
3. Translationeel onderzoek: analyse van klinische stalen
Gezien alle studiepartners toegang hebben tot klinische stalen van de verschillende patiëntenpopulaties, zal het belang van specifieke sleutelmolecules of -paden bij patiënten nagegaan worden. Zoals in de diermodellen zal de belangrijke rol van de dendritische cel en de T-cel verder uitgewerkt worden, met als doel het aanduiden van sleutelmolecules in het bevorderen van zekere pro-inflammatoire of het onderdrukken van anti-inflammatoire T-cel populaties. Deze benadering kan leiden tot interessante nieuwe doelwitten voor verdere drug ontwikkeling.
REFERENCES
1. Bousquet et al., J Allergy Clin Immunol, 2001, 108, S147-334. 2. Pauwels et al., Am J Respir Crit Care Med, 2001, 163, 1256-76. 3. Fokkens et al., Allergy, 2005, 60, 583-601. 4. Moerloose et al., Am J Respir Crit Care Med, 2005, 172, 168-72. 5. D’hulst et al., Eur Respir J, 2005, 26, 204-13. 6. Hellings et al., Eur J Immunol, 2002, 32, 585-94. 7. Hellings et al., Am J respir cell Mol biol, 2002, 28, 42-50. 8. Vanoirbeek et al., Toxicol sci, 2003, 76, 338-46. 9.Vanoirbeeck et al., J Allergy Clin Immunol, 2006, 117, 1090-97. 10. Gueders et al., J Immunol, 2005, 175, 2589-97. 11. Bachert et al., J Allergy Clin Immunol, 2001, 107, 607-14. 12. Cataldo et al., Lab Invest, 2004, 84, 418-24. 13. Demedts et al., Thorax, 2006, 61, 196-201.
