Cytokiny predyktorami odpowiedzi na tocilizumab w chorobie Stilla

Jakie tajemnice kryje choroba Stilla?

Choroba Stilla to układowe zaburzenie zapalne charakteryzujące się gorączką typu septycznego, bólem gardła, wysypką skórną, bólami stawów i leukocytozą z przewagą neutrofilów. Chociaż dokładna patofizjologia choroby Stilla pozostaje niejasna, wiadomo, że cytokiny prozapalne, takie jak IL-1, IL-6, IL-18, TNFα i IFN-γ, uczestniczą w złożonej sieci cytokinowej. Cytokiny te pochodzą z różnych komórek immunologicznych i są związane z aktywnością choroby oraz objawami ogólnoustrojowymi i miejscowymi.

Glikokortykosteroidy stanowią leczenie pierwszego rzutu w chorobie Stilla, hamując komórki odpornościowe i cytokiny prozapalne. Jednakże długotrwałe stosowanie glikokortykosteroidów powoduje różne działania niepożądane, a u wielu pacjentów dochodzi do nawrotu choroby podczas zmniejszania dawki. W ostatnich latach leki biologiczne ukierunkowane na konkretne szlaki cytokinowe, takie jak IL-6 i IL-1, wykazały skuteczność w kontrolowaniu aktywności choroby Stilla, zapobieganiu zaostrzeniom i redukcji dawek glikokortykosteroidów. Jednak skuteczność tych leków jest wciąż częściowa, z odsetkiem odpowiedzi ACR 50 wynoszącym 50-60%, a przewidywanie odpowiedzi lub klasyfikacja pacjentów przed rozpoczęciem terapii celowanej nie zostały jeszcze ustalone.

Jak zaprojektowano badanie i jakie były kryteria?

W niniejszym badaniu przeanalizowano profile poziomów cytokin zapalnych podczas stosowania tocilizumabu, inhibitora receptora IL-6, oraz określono charakterystyczne wzorce cytokinowe u pacjentów nieodpowiadających na tocilizumab. Analiza została przeprowadzona na podstawie danych z randomizowanego, kontrolowanego badania klinicznego tocilizumabu w chorobie Stilla.

Badanie opierało się na randomizowanym, podwójnie zaślepionym, kontrolowanym placebo badaniu klinicznym III fazy tocilizumabu w chorobie Stilla, przeprowadzonym w Japonii. Do badania włączono pacjentów ze zdiagnozowaną chorobą Stilla według kryteriów Yamaguchiego, którzy wykazali niewystarczającą odpowiedź na ponad 2 tygodnie leczenia glikokortykosteroidami (co najmniej 0,5 mg/kg prednizolonu). Pacjenci zostali losowo przydzieleni do grupy otrzymującej dożylnie tocilizumab w dawce 8 mg/kg lub placebo co 2 tygodnie przez 4 tygodnie (część 1, kontynuacja początkowej dawki glikokortykosteroidów) i 8 tygodni (część 2, dozwolone zmniejszanie dawki glikokortykosteroidów). Po początkowym 12-tygodniowym okresie kontrolowanym placebo, wszyscy pacjenci otrzymywali dożylnie tocilizumab do 52 tygodnia (część 3).

Do badania włączono 26 pacjentów (13 w grupie tocilizumabu i 13 w grupie placebo). W obecnej analizie uwzględniono wszystkich 26 pacjentów do analizy wyjściowej poziomów cytokin oraz 25 pacjentów z dostępnymi poziomami cytokin po rozpoczęciu leczenia tocilizumabem (13 w grupie tocilizumabu i 12 w grupie placebo) do analizy poziomów cytokin w trakcie leczenia.

Wyjściowa aktywność choroby w zakresie zapalenia stawów i objawów ogólnoustrojowych była oceniana według DAS28-CRP (Disease Activity Score w 28 stawach z wykorzystaniem CRP) oraz SFS (Systemic Feature Score). Odpowiedź na tocilizumab oceniano przy użyciu zestawu kryteriów ACR i SFS. Ponieważ głównym punktem końcowym badania była odpowiedź ACR50 i zmiany w SFS, w obecnej analizie jako odpowiedź przyjęto osiągnięcie odpowiedzi ACR50, brak punktów klinicznych w SFS lub klinicznie nieaktywną chorobę (CID) w 52 tygodniu leczenia tocilizumabem podawanym dożylnie co dwa tygodnie.

Zmierzono następujące poziomy cytokin w surowicy w tygodniach 0, 4, 6, 8, 10, 12, 28 i 52: IL-1β, IL-6, receptor IL-6, IL-8, IL-12, IL-18, GM-CSF, TNFα i IFN-γ przy użyciu testu elektrochemiluminescencji. Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu testów nieparametrycznych, analizy korelacji, analizy regresji logistycznej, analizy głównych składowych (PCA) oraz analizy klastrowej.

Czy poziomy cytokin zwiastują odpowiedź na leczenie?

Korelacja pomiędzy poziomami cytokin a aktywnością choroby Stilla, objawami i wynikami badań laboratoryjnych została szczegółowo przeanalizowana. Korelacja Pearsona wykazała znaczącą dodatnią korelację między poziomami IL-6 a DAS28-CRP (r = 0,67, P < 0,01). Poziomy IL-1β, IL-6 i IL-18 wykazywały tendencję do korelacji z SFS (odpowiednio r = 0,33, P = 0,09; r = 0,38, P = 0,05; r = 0,40, P = 0,04). W odniesieniu do poszczególnych objawów, GM-CSF był niższy u pacjentów z wysypką (0,0 pg/ml vs 0,10 pg/ml, P = 0,08), podczas gdy poziomy IL-6 i IL-18 były wyższe u pacjentów z gorączką (8,11 pg/ml vs 3,01 pg/ml, P = 0,04; 73 395 pg/ml vs 25 573 pg/ml, P = 0,05, odpowiednio).

Badanie wykazało, że w 4 tygodniu grupa leczona tocilizumabem wykazywała wyższe poziomy IL-6 i receptora IL-6 w porównaniu z grupą placebo (10,70 pg/ml vs 1,00 pg/ml, P = 0,03; 110 807 pg/ml vs 25 737 pg/ml, P < 0,001, odpowiednio), podczas gdy inne cytokiny, w tym IL-1β, IL-18 i IFN-γ, nie wykazywały istotnych różnic między grupami tocilizumabu i placebo. Poziomy IL-6 i receptora IL-6 ustabilizowały się do 12 tygodnia, a różnica między grupami tocilizumabu i placebo nie była już obserwowana po rozpoczęciu podawania tocilizumabu w grupie placebo. W przeciwieństwie do tego, trajektorie innych cytokin, takich jak IL-1β, IL-18 i IFN-γ, nie wykazywały istotnych różnic między grupami tocilizumabu i placebo przez cały czas trwania badania.

Porównano wyjściowe charakterystyki, w tym poziomy cytokin, między pacjentami nieodpowiadającymi na tocilizumab a odpowiadającymi. Odpowiedź została zdefiniowana jako osiągnięcie ACR50, brak klinicznych punktów w SFS lub oba te kryteria. Ponieważ poziomy cytokin na początku badania i końcowy odsetek odpowiadających nie różniły się między grupami tocilizumabu i placebo-tocilizumabu, obie grupy zostały połączone do tej analizy.

Z 25 pacjentów, 10 (40%) osiągnęło zarówno ACR50, jak i brak klinicznych punktów w SFS w 52 tygodniu. W porównaniu z pacjentami odpowiadającymi, pacjenci nieodpowiadający wykazywali wyższy odsetek kobiet (93,3% vs 50%, P = 0,02) i znacznie podwyższone poziomy IFN-γ i IL-1β na początku badania (28,5 pg/ml vs 5,6 pg/ml, P = 0,03; 0,26 pg/ml vs 0,04 pg/ml, P = 0,048, odpowiednio).

Gdy analizowano indywidualnie osiągnięcie ACR50 (n = 14 [56%]), brak klinicznych punktów w SFS (n = 13 [52%]) oraz dodatkowo CID (n = 7 [28%]), poziomy IL-1β i IFN-γ na początku badania były znacznie podwyższone u pacjentów nieodpowiadających na ACR50 i CID. Nie zaobserwowano istotnej różnicy w odniesieniu do braku klinicznych punktów w SFS.

Jakie wzorce ujawnia analiza cytokin?

Biorąc pod uwagę, że poziomy IL-1β i IFN-γ na początku badania były znacznie wyższe u pacjentów nieodpowiadających na tocilizumab (na podstawie osiągnięcia zarówno ACR50, jak i braku klinicznych punktów w SFS w 52 tygodniu), przedstawiono krzywe ROC w celu określenia ich wartości predykcyjnych. Krzywe ROC zidentyfikowały IL-1β > 0,07 pg/ml i IFN-γ > 7,80 pg/ml na początku badania jako istotne progi do rozróżnienia pacjentów nieodpowiadających od odpowiadających, z obszarami pod krzywymi wynoszącymi odpowiednio 0,74 i 0,76.

Gdy podzielono pacjentów na cztery grupy według wysokich/niskich poziomów IL-1β i IFN-γ, 85% pacjentów z oboma wysokimi poziomami nie odpowiadało na leczenie, podczas gdy wszyscy pacjenci z oboma niskimi poziomami odpowiadali na leczenie. Przeprowadzono wieloczynnikową analizę regresji logistycznej w celu identyfikacji cech pacjentów nieodpowiadających na tocilizumab, uwzględniając wiek, płeć oraz poziomy IL-1β i IFN-γ jako zmienne. Analiza wykazała wysoki iloraz szans dla płci żeńskiej oraz podwyższonych poziomów IL-1β i IFN-γ, chociaż nie były one statystycznie istotne, prawdopodobnie ze względu na małą wielkość próby.

Następnie przeanalizowano poziomy cytokin w 52 tygodniu w oparciu o odpowiedź na tocilizumab. W porównaniu z pacjentami odpowiadającymi na tocilizumab, którzy osiągnęli zarówno ACR50, jak i brak klinicznych punktów w SFS w 52 tygodniu, pacjenci nieodpowiadający wykazywali znacznie wyższe poziomy IL-18 i IFN-γ (5924 pg/ml vs 392 pg/ml, P = 0,03; 15,6 pg/ml vs 7,03 pg/ml, P = 0,02, odpowiednio). Tendencja ta utrzymywała się, gdy analizowano indywidualnie odpowiedź ACR50, brak klinicznych punktów w SFS i CID. Dodatkowo, pacjenci nieodpowiadający na ACR50 wykazywali podwyższone poziomy TNFα w 52 tygodniu.

Jak interpretować obserwacje u pacjentów nieodpowiadających?

Analizowano związek między wzorcami cytokin a odpowiedzią na tocilizumab za pomocą analizy klastrowej i PCA. W celu identyfikacji cech pacjentów nieodpowiadających na tocilizumab, uwzględniono poziomy IL-18 i IFN-γ w 52 tygodniu oraz wszystkie poziomy cytokin na początku badania, ponieważ te cytokiny w 52 tygodniu były wskaźnikami cech pacjentów nieodpowiadających na leczenie. Analiza klastrowa podzieliła pacjentów na cztery podgrupy.

Klaster 2 wykazywał znacznie niskie poziomy IL-18 i receptora IL-6 na początku badania w porównaniu z innymi klastrami. Klastry 1 i 3 wykazywały w dużej mierze podobne poziomy cytokin na początku badania, ale różniły się pod względem poziomów IL-18 i IFN-γ w 52 tygodniu (IL-18 w 52 tygodniu: 70 041 pg/ml vs 3502 pg/ml, P = 0,02; IFN-γ w 52 tygodniu: 72,51 pg/ml vs 7,30 pg/ml, P = 0,08). Chociaż Klaster 4 obejmował tylko jednego pacjenta, wysokie poziomy wielu cytokin u tego pacjenta były godne uwagi.

Czy inhibitor IL-18 to przełom w terapii choroby Stilla?

Osiągnięcie zarówno ACR50, jak i braku klinicznych punktów w SFS wynosiło 54,5%, 57,1%, 0% i 0% odpowiednio w Klastrach 1, 2, 3 i 4. Za pomocą PCA cytokiny te zostały statystycznie zintegrowane w główne składowe (PC), przy czym dwie PC wyjaśniały 50,2% całkowitej wariancji w danych. Pierwsza główna składowa składała się głównie z IL-1β, GM-CSF, IFN-γ i TNFα na początku badania, podczas gdy druga główna składowa charakteryzowała się głównie poziomami IL-6, receptora IL-6 i IL-18 na początku badania oraz poziomami IL-18 i IFN-γ w 52 tygodniu.

Wyniki badania wykazały, że IL-6 korelowała z zapaleniem stawów, podczas gdy poziomy IL-1β, IL-6 i IL-18 korelowały z objawami ogólnoustrojowymi. Po leczeniu tocilizumabem poziomy IL-6 i receptora IL-6 były znacząco podwyższone, podczas gdy poziomy innych cytokin nie wykazywały istotnych różnic między grupami tocilizumabu i placebo. Sugeruje to, że działanie tocilizumabu w chorobie Stilla przypisuje się zahamowaniu szlaku sygnałowego IL-6.

Pacjenci, którzy nie odpowiedzieli na leczenie tocilizumabem, wykazywali wyższe poziomy IL-1β i IFN-γ przed rozpoczęciem leczenia, a także wyższe poziomy IL-18 i IFN-γ po leczeniu. Wskazuje to, że utrzymujące się podwyższone poziomy IL-18 i IFN-γ odgrywają ważną rolę w oporności na tocilizumab.

Badanie wykazało, że IL-18 odgrywa ważną rolę w patogenezie choroby Stilla. IL-18 jest cytokiną prozapalną należącą do rodziny IL-1 i ma silną zdolność do indukowania produkcji IFN-γ, który, jak wykazano w badaniu, również odgrywa znaczącą rolę w chorobie Stilla. Aktywność biologiczna IL-18 jest regulowana przez białko wiążące IL-18 (IL-18BP), które hamuje jego interakcję z receptorami i późniejszą produkcję IFN-γ. W chorobie Stilla zarówno nadekspresja IL-18, jak i niewystarczająca ilość IL-18BP prowadzą do patogennej aktywacji IL-18.

Wyniki badania sugerują, że inhibitory IL-18 mogą być potencjalnie skuteczną opcją leczenia dla pacjentów, którzy nie odpowiadają na tocilizumab. Ponadto inhibitory IL-1, takie jak anakinra lub canakinumab, które są zatwierdzone do leczenia choroby Stilla w Europie i Stanach Zjednoczonych, są znane z obniżania poziomów IL-18, co potwierdza ich obiecującą skuteczność u pacjentów, którzy nie odpowiadają na tocilizumab. Z drugiej strony, pacjenci nieodpowiadający na inhibitory IL-1 wykazują znacznie niższe wyjściowe poziomy IL-18 i niewystarczające obniżenie poziomów IL-6 po leczeniu, co sugeruje, że tocilizumab może być skuteczny w tych przypadkach.

Badanie to ma pewne ograniczenia, w tym małą wielkość próby ze względu na rzadkość choroby Stilla. Jednakże charakter randomizowanego, kontrolowanego badania z regularnym pomiarem cytokin sprawił, że wyniki są wiarygodne. Mała wielkość próby ogranicza również solidność i możliwość uogólnienia analizy klastrowej, podkreślając potrzebę przyszłych badań z większymi kohortami w celu walidacji wyników. Ponadto, rekrutacja pacjentów była regulowana przez ścisłe kryteria włączenia i wykluczenia, co mogło ograniczyć możliwość uogólnienia wyników. Czas trwania leczenia tocilizumabem nie był koniecznie jednolity między pacjentami, którzy odpowiedzieli na tocilizumab, a tymi, którzy nie odpowiedzieli. Jednakże to ograniczenie nie było istotne, ponieważ poziomy cytokin i skuteczność leczenia osiągnęły plateau w ciągu 12 tygodni po rozpoczęciu podawania tocilizumabu. W badaniu nie rozróżniano również IL-18 związanego z IL-18BP od niezwiązanego wolnego IL-18, co ogranicza funkcjonalne implikacje IL-18 w chorobie Stilla.

Podsumowując, badanie to wykazało, że efekt tocilizumabu na cytokiny poza szlakiem sygnałowym IL-6 jest ograniczony, a podwyższenie poziomów IL-1β, IL-18 i IFN-γ może odgrywać ważną rolę w patogenezie choroby Stilla opornej na inhibicję IL-6. Wyniki te mają głębokie implikacje dla przyszłych spersonalizowanych strategii leczenia, wskazując na potrzebę celowania w różne szlaki cytokinowe u pacjentów nieodpowiadających na tocilizumab. Odkrycia te podkreślają złożoność sieci cytokinowej w chorobie Stilla i potrzebę bardziej spersonalizowanych podejść terapeutycznych. Dalsze badania z większymi kohortami pacjentów są potrzebne do opracowania precyzyjnych, spersonalizowanych strategii leczenia choroby Stilla.

Podsumowanie

Choroba Stilla to układowe zaburzenie zapalne charakteryzujące się gorączką, bólem gardła, wysypką, bólami stawów i leukocytozą, w którego patogenezie kluczową rolę odgrywają cytokiny prozapalne, szczególnie IL-1, IL-6, IL-18, TNFα i IFN-γ. Badanie przeanalizowało profile cytokinowe u 26 pacjentów uczestniczących w randomizowanym badaniu klinicznym III fazy z tocilizumabem, inhibitorem receptora IL-6, w celu identyfikacji wzorców charakterystycznych dla pacjentów nieodpowiadających na tę terapię. Wyniki wykazały, że tocilizumab skutecznie hamuje szlak sygnałowy IL-6, co potwierdzają podwyższone poziomy IL-6 i receptora IL-6 w surowicy po rozpoczęciu leczenia, przy czym IL-6 korelowała z zapaleniem stawów, a IL-1β, IL-6 i IL-18 z objawami ogólnoustrojowymi. Kluczowym odkryciem było zidentyfikowanie biomarkerów nieodpowiedzi na tocilizumab: pacjenci nieodpowiadający wykazywali znacznie wyższe wyjściowe poziomy IL-1β i IFN-γ oraz utrzymujące się podwyższone poziomy IL-18 i IFN-γ po 52 tygodniach leczenia. Analiza krzywych ROC określiła progi predykcyjne: IL-1β powyżej 0,07 pg/ml i IFN-γ powyżej 7,80 pg/ml, przy czym 85 procent pacjentów z oboma podwyższonymi wartościami nie odpowiadało na terapię, podczas gdy wszyscy pacjenci z niskimi poziomami obu cytokin wykazali odpowiedź. Analiza klastrowa i głównych składowych ujawniła heterogenność pacjentów, identyfikując podgrupy różniące się profilem cytokinowym i odpowiedzią na leczenie. Badanie dowodzi, że efekt tocilizumabu ogranicza się głównie do szlaku IL-6, podczas gdy inne cytokiny, szczególnie IL-18 i IFN-γ, pozostają aktywne u pacjentów opornych na leczenie. Wyniki sugerują, że inhibitory IL-18 lub IL-1, takie jak anakinra czy canakinumab, mogą stanowić skuteczną opcję terapeutyczną dla pacjentów nieodpowiadających na tocilizumab, podczas gdy tocilizumab może być skuteczny u pacjentów z niepowodzeniem terapii inhibitorami IL-1. Odkrycia te podkreślają złożoność sieci cytokinowej w chorobie Stilla i wskazują na konieczność opracowania spersonalizowanych strategii terapeutycznych opartych na indywidualnym profilu cytokinowym pacjenta, co może znacząco poprawić skuteczność leczenia tej rzadkiej choroby autoimmunologicznej.