IBD 个性化治疗？看看最新研究怎么说！

学术 2024-11-19 20:31 上海

第 32 届欧洲消化疾病周（UEGW）于 2024 年 10 月 12 日～15 日在奥地利维也纳举行。在 IBD：个性化治疗方法最新消息专题中，Deimante Tilinde、Montse Baldan Martin、Thomai Tsapanou Katranara、Maria D.Paraskevopoulou和Azucena Salas 分别就个性化肠道类器官和免疫细胞共培养模型评价溃疡性结肠炎的生物治疗效果、炎症性肠病治疗反应的预测性生物标志物：走向个性化医疗的一步、早期肠道炎症的免疫细胞特异性生物标志物：在炎症性肠病患者中，中性粒细胞弹性蛋白酶降解的 III 型胶原蛋白片段升高、大规模的临床转录组学阐明了预测因子和细胞动力学、阐明溃疡性结肠炎患者抵抗 janus 激酶抑制的机制五个主题做了精彩报告，现将相关内容分享如下。

共培养模型评价

溃疡性结肠炎治疗效果

Deimante Tilinde

立陶宛健康科学大学

溃疡性结肠炎（UC）属于慢性炎症性肠病（IBD）中的一种，影响了全球约五百万人，症状表现为持续腹泻、腹部绞痛、疲劳和体重减轻，严重影响患者的生活质量。而在相当数量的病人中，医学治疗不起作用或导致严重的副作用。目前还没有如何选择最有效的 IBD 治疗方法的客观标准。因此，非常需要创新性的临床前药物测试，以便为 IBD 患者找到最佳治疗方法。因此，Deimante Tilinde 团队进行了一项研究，目的是利用 UC 患者衍生的结肠上皮细胞和免疫细胞个性化共培养模型，评估各种生物疗法在炎症条件下的效果。

这项研究分为 UC 组及健康对照组，评估对象是生物抑制剂，包括 upadacitinib（乌帕替尼，UPA）和 ozanimod（奥扎莫德，OZA），使用了受到炎症细胞因子（TNF-α和INF-γ）刺激的结肠上皮细胞和免疫细胞。研究采用了四种不同的条件。第一组为未被炎症细胞因子与生物抑制剂影响的阴性对照组。第二组只被炎性细胞因子刺激，第三组被炎性细胞因子和 UPA 刺激，第四组被炎性细胞因子和 OZA 刺激。屏障完整性通过跨上皮电阻（TEER）来测量；上皮细胞和巨噬细胞中 TNF-α、CCL5 和 CXCL9 基因的表达采用 qRT-PCR 进行评估；使用基于流式细胞仪的目标蛋白检测法研究上皮细胞和巨噬细胞培养基中细胞因子的分泌情况。

研究结果：经过 UPA 或 OZA 治疗后，炎性结肠上皮的完整性得到恢复。

在共培养开始时（时间点 1）、用促炎细胞因子混合物刺激过夜后（时间点 2）和去除细胞因子并使用一种生物抑制剂（UPA 或 OZA）治疗 48 小时后（时间点 3）分别测量跨膜电阻。

在时间点 1 和 2 之间，健康对照组的跨膜电阻值不变，UC 组增加。但 48 小时后跨膜电阻值几乎下降了一半。此外，在用炎症细胞因子对共培养模型进行过夜处理后，对照组和 UC 组跨膜电阻值趋向于下降，表明上皮完整性降低。而去除促炎细胞因子则部分增加了跨上皮电阻值，促成了部分上皮恢复。在生物抑制剂引入 48 小时后，跨上皮电阻值趋向于增加，这表明生物抑制剂很大程度地促进了上皮完整性的恢复，尤其是在 UC 组中。

为了研究三个炎症基因（CCL5、CXL9 和 TNF-α）的表达，分别评估了在接触炎症细胞因子和生物制剂后，材料在 UC 组和对照组中的巨噬细胞反应性。

在上皮细胞和巨噬细胞中，炎症细胞因子 TNF-α 和 INF-γ 的刺激显著增加两组人群 CCL19 基因的表达，而对其他基因影响不显著。在 48 小时的生物治疗后，两组的基因表达没有显著变化。

上皮细胞培养基中促炎和抗炎细胞因子的分泌

在引入促炎细胞因子后，对照组上皮细胞 IL-23、IL-10、IL-6、INF-γ、TNF-α 和 MCP-1 增加，表明它们可以强烈引发炎症反应。UC 患者 MCP-1 和 IL-8 的水平增加，其他细胞因子有上升趋势。这表明，UC 患者可能对炎症刺激的反应与健康人不同。

生物治疗导致了健康对照组九种细胞因子分泌的减少，包括 IL-1β 和 TNF-α，表明了生物治疗有强烈的抗炎效果。在 UC 患者中，生物治疗减少了 IFN-α2、MCP-1 和 IL-17A 等五种细胞因子的分泌，尽管减少幅度不如对照组明显。

巨噬细胞培养基中促炎和抗炎细胞因子的分泌

在引入促炎细胞因子后，健康对照组巨噬细胞 IL-1β、IL-6、IL-23、TNF-α、IFN-γ 上升，而 UC 患者中，IFN-γ、TNF-α、IL-12、IL-17、IL-23 增加。

当引入生物制剂后，健康对照组九种细胞因子分泌减少，包括 TNF-α。在 UC 患者中，生物治疗后观察到五种细胞因子（如 IL-1β、TNF-α）的减少，减少幅度同样不如对照组明显。

总之，TNF-α 和 IFN-γ 降低了上皮屏障的完整性，而使用 UPA 或 OZA 的生物治疗则有助于恢复受损的屏障；新型生物治疗药物（UPA 和 OZA）对上皮细胞和巨噬细胞的基因表达以及细胞培养基中炎性细胞因子水平显示出不同的影响，揭示了受试者对不同生物制剂的个体化反应。

炎症性肠病治疗反应的

预测性生物标志物

Montse Baldan Martin

公主卫生研究所

我们都知道，IBD 是一种在临床、免疫学、分子、遗传和微生物水平上表现出异质性的综合症，最有效的诱导临床缓解和控制炎症的方法是生物制剂和小分子靶向治疗（JAK 抑制剂）。然而，大约三分之一的患者对治疗没有反应。因此，本研究的目的是确定预测临床反应的生物标志物，使患者能够从最适合的治疗中受益。

本研究是一个多组学研究，包括转录组学、蛋白质组学、代谢组学和宏基因组学，分析了 53 名活动性克罗恩病患者和 50 名活动性溃疡性结肠炎患者在开始治疗前和治疗后的样本。使用 ustekinumab（乌司奴单抗）和 vedolizumab（维得利珠单抗）治疗，之后根据内镜检查结果将不完全应答者和完全应答者进行分类。在分析过程中，我们使用了血液、尿液、粪便和肠道组织样本，并采用了多种技术，包括质谱分析、磁共振成像（MRI）和高通量测序（如液态活检和第二代测序）。对这些样本的转录组学分析已识别出不同的生物标志物或基因表达模式。这些发现有助于深入了解炎症性肠病（IBD）的病理生理机制，可能还可以为预测患者对治疗的反应提供依据。

在不同研究组的表达谱中，我们观察到使用抗 TNF 治疗的溃疡性结肠炎患者应答者与非应答者之间存在更多差异。蛋白质组学结果发现，在不同研究组之间有大量表达差异的蛋白质。图中的 ROC 曲线展示了几种在区分应答者与非应答者方面表现出良好预测值的蛋白质（AUC 约为 0.85）。

功能富集分析发现了与不同治疗方法可能相关的不同生物途径，代谢组学分析观察到这些患者的血清脂蛋白谱比血清和尿液中的代谢物存在更多差异。此外，血清和尿液中的五种代谢物用于区分克罗恩病和溃疡性结肠炎患者对不同治疗方法的应答与非应答均有良好价值。在宏基因组分析中，只有使用抗 TNF 治疗的溃疡性结肠炎患者应答与非应答之间存在差异。

代谢组学分析图

宏基因组分析图

本研究的主要限制是样本量有限，但研究者认为这个数量对于探索阶段来说是足够的。他们目前也正在启动一个新项目，从独立的患者队列中获得更多生物样本，以验证其中一些潜在的生物标志物。

本研究的主要优势：以内镜检查作为主要结果来评估临床效果；结果允许临床应答；在多组学方法中，分析了不同的生物样本；验证了这些生物标志物的特异性，其中纳入了多种作用机制不同的药物。

总之，本研究提出了几个潜在候选生物标志物，作为预测对生物制剂和 JAK 抑制剂治疗反应的指标；识别出不同的分子通路可能与不同的治疗反应相关，但仍需进一步研究来验证这些结果，并评估其临床意义，以识别哪些患者可能从哪种治疗方法中获益。

早期肠道炎症的免疫细胞

特异性生物标志物

Thomai Tsapanou Katranara

北欧生物科学公司

炎症性肠病以炎症为主要特点。根据疾病的深度和位置，它主要分为两种类型：克罗恩病（Crohn's disease；CD）影响消化道的所有层次，表现为不连续的溃疡；而溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis；UC）主要影响结肠和直肠，表现为连续性损伤。这种疾病是由过度的肠道活动和异常的免疫反应引起的，同时伴随着免疫细胞（如中性粒细胞）的过度招募和激活，进一步加剧了粘膜炎症。以上所有过程都可能进一步损害肠道的完整性屏障，导致更多的并发症。然而，临床症状可能会出现较晚。通过非侵入性的血液生物标志物可以识别亚临床的粘膜炎，从而更好地进行疾病的早期预测。

由于①免疫细胞是炎症性肠病的主要驱动因素②人中性粒细胞等物质能够降解治疗性抗体，导致许多患者失去治疗反应③监测 IBD 患者中不同的免疫细胞特征有助于进行个体化治疗和精准医学研究④免疫细胞介导黏膜损伤等原因，需要针对 IBD 患者的免疫细胞特异性生物标志物。因此，本研究旨在找到一种可以反映早期肠道炎症的生物标志物，从而区分出可以从抗炎治疗中获益的患者。

研究者选择了人中性粒细胞降解的 III 型胶原蛋白片段：C3-HNE，选择原因如下：①中性粒细胞是在 IBD 炎症期间的第一道防线，它们形成中性粒细胞细胞外陷阱，分泌人中性粒细胞弹性蛋白酶（HNE）等物质，这些蛋白质与 IBD 相关联。②中性粒细胞会迁移到发炎的肠道间质中，III 型胶原蛋白在这些区域显著沉积，是瘢痕组织的主要成分，并在愈合过程中高度表达。③IBD 患者中性粒细胞活性增加。

研究结果：与健康供体相比，IBD 患者的 C3-HNE 水平升高。ROC 分析显示，C3-HNE 区分 CD 患者和 UC 患者的曲线下面积（AUC）分别为 0.8 和 0.72。验证队列中的结果类似。

为了进一步评估 C3-HNE 是否可以反映早期炎症，在右旋糖酐硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎大鼠模型的血清样本中测定 C3-HNE。将 SD 大鼠分为两组，一组在饮水中添加5%的 DSS，持续七天。之后直到第 28 天只给予水。第二组则作为对照，只给予普通饮用水。DSS 诱导实验性结肠炎，疾病活动评分（DAI）每天进行评估。

结果：如图所示，DSS 处理组的 C3-HNE 水平相比对照组有所增加，尤其是在第 4 天最明显。此外，C3-HNE 在第一天就开始上升，而这时 DAI 保持为零，表明它们仍然是健康的，DAI 的上升有所延迟。在第 7 天，C3-HNE 开始下降，并在第 14 天达到对照水平。而 DAI 在第 14 天达到最大值。这表明 C3-HNE 可以作为更好的健康信息指标，反映了实验性结肠炎临床表现为粘膜损伤的早期阶段。

总之，C3-HNE 在 IBD 患者中的水平高于健康供体。它可以反映实验性结肠炎中粘膜损伤的早期阶段，并具有识别肠道粘膜损伤或急性炎症的潜力。然而，还需要进一步的研究来评估它的临床有效性。

临床转录组学阐明

预测因子和细胞动力学

Maria D.Paraskevopoulou

美国发展中心

UC 患者对治疗的反应往往不可预测。临床参数在一定程度上已被证明是有用的。然而，不仅缺乏对与治疗结果相关的深刻的细胞和分子层面的理解，还缺乏来自头对头试验的转录组学数据。

VARSITY 试验是一项针对中重度 UC 患者的第三阶段双盲、双对照试验。这也是第一次进行头对头研究。研究比较了维得利珠单抗（VDZ）或阿达木单抗（ADA）的疗效和安全性特征，治疗持续 52 周。这是第一项报告肠道选择性治疗优于全身性治疗的研究。

因此，本研究的研究设计为：对 VARSITY 试验（Clinical-Trials. gov NCT02497469；EudraCT 2015-000939-33）中接受维得利珠单抗 VDZ 或 ADA 治疗的 UC 患者的活检组织进行转录组分析，旨在通过大规模临床转录组学数据，研究 UC 患者对 VDZ 反应的分子和细胞机制。

分析流程：①整合转录组学、研究终点和患者变量②分析与治疗反应相关的细胞动力学③差异基因、模块和通路调节④与主要或次要反应终点相关的转录组学预测指标，以及基于患者报告结果（如排便频率和直肠出血）的患者轨迹。

转录组学：使用柔性乙状结肠镜从治疗前/基线期、14 周和 52 周收集了 954 份粘膜活检组织样本，根据 52 周的临床缓解情况，对无应答者（n = 151）和应答者（n = 117）进行纵向组织取样。

下面的热图展示了基因表达与患者变量和研究终点整合分析的结果，从中可以看到多种患者特征和基因表达主成分（PC1-PC8）之间的相关性。红色表示正相关，即这些变量对基因表达有较强的正面影响。蓝色表示负相关，即这些变量对基因表达有抑制作用或负面影响。颜色越深，相关性越强，而白色和浅色区域表示相关性较弱或无相关性。与基因表达显著相关的因素包括：内镜检查评分；曾接受抗 TNF-α、糖皮质激素或免疫调节剂治疗；C-反应蛋白（CRP）；粪便钙卫蛋白；性别；国家；UC 持续时间。

血管动力学在 IBD 中非常重要。有研究表明，无论是在 UC 还是 CD 中，细胞模块在炎症过程中都会发生变化。但是这些细胞动态如何随治疗改变尚不清楚。所以研究者进行了细胞解卷积分析，以确定与治疗响应相关的细胞生物标志物。在主成分分析（PCA）图中，我们可以看到非响应者与响应者之间细胞分布的区别。VDZ 治疗后，有应答者的上皮细胞、血浆细胞、基质细胞升高；无应答者的特定 CD4+、CD8+T 细胞亚群、滤泡 B 细胞和炎症相关成纤维细胞升高。ADA 治疗后，无应答患者中 CD4+T 细胞相比应答者显著增加。

接下来，研究者用火山图展示不同治疗时间点和治疗类型下的基因表达差异。红色为显著检测到的差异表达生物标志物，终点根据临床缓解定义。

最后，采用了系统网络和系统生物学分析，旨在识别与治疗相关的基因模块和通路。基因模块与治疗反应的不同时间点（W0，W14，W52）相关，图中显示了不同时间点的基因表达变化。在 ADA 治疗的情况下，没有选择出任何基线差异模块的富集，但在 VDZ 中，基线的差异情况在第 14 周和第 52 周也得以保留。红色部分代表在非应答者中上调的信号或通路，包括中性粒细胞脱颗粒、吞噬作用、JAK/STAT 信号传导、MAPK 通路等免疫相关过程和信号通路。蓝色部分代表在非应答者中上升的预测因子。这些功能中有一些与上皮细胞相关，包括粘附和紧密连接、代谢通路以及神经胶质细胞相互作用。

总之，这是一项首创的头对头分析，利用大规模临床试验数据，整合了长期的整体转录组学与 VDZ 和 ADA 的临床结果。对 VDZ，能够找到强有力的基线预测因素，这些预测因素从基线持续到第 14 周和第 52 周，在治疗后也得以保持。这项分析的结果可以支持临床精准医学的应用，帮助患者实现更快且持久地疾病控制。

溃疡性结肠炎患者

抵抗 janus 激酶抑制

Azucena Salas

奥古斯特·皮·苏尼尔生物医学研究所

托法替尼是一种 janus 激酶抑制剂，已被批准用于治疗中度至重度的过敏性反应。尽管其疗效已被证明，但仍然有 40%～60% 的患者不会从治疗中受益。然而，导致缺乏反应或反应不足的机制仍然未知。

与其他针对特定细胞因子的已批准药物相比，JAK1 抑制剂同时靶向多种不同的细胞因子。如果阻断或干扰 JAK1，不仅会阻断 IL-2 和 IL-6 家族的细胞因子，还会干扰 INF-γ 和 IL-13 家族的细胞因子，而以上这些都是促炎性的，同时也会靶向支持免疫或调节的细胞因子：IL-10。

本研究的目的是探寻导致对托法替尼有反应或耐药的分子机制。由于托法替尼作用于多种细胞因子受体，而这些受体在粘膜中的所有细胞类型中都有表达（免疫细胞、基质细胞和上皮细胞）。因此，研究者采用了单细胞 RNA 测序的方法，以便在细胞特异性水平上理解这些机制。分别在治疗前后从接受托法替尼标准治疗的患者身上取活检，随后进行单细胞 RNA 测序。患者根据临床内窥镜特征被分为反应者或非反应者。本队列中，大约 42% 的患者对托法替尼表现出积极反应。值得注意的是，所有反应者的组织学评分和组织学结果在活检的单细胞 RNA 测序中均显示出显著下降，测序数据包括来自所有患者约 80,000 个细胞的样本，涵盖了治疗前和治疗后的样本。

根据单细胞分析比较不同细胞类型的比例，蓝色的数据显示了反应者的情况。由图可见，在有反应的患者接受治疗后，上皮细胞和基质细胞的数量显著增加，而浆细胞、髓系细胞和周期性细胞则明显减少。相比之下，在非反应者（以橙色显示）中，治疗后除了髓系细胞增加外，大多数没有显著变化。非反应者中增加的髓系细胞主要为中性粒细胞、嗜酸性粒细胞，以及不同类型的炎症性巨噬细胞和炎症性单核细胞。

研究者还观察了在组织中存留的巨噬细胞转录水平的变化。反应和不反应者常驻巨噬细胞的丰度没有变化，但它们的转录特征却发生了显著变化。在反应者的巨噬细胞中，可以看到钙结合蛋白（calprotectin）和许多其他基因显著下调，同时与这些细胞稳态相关的基因则上调。而在非反应者中，观察到促炎基因显著上调，包括某些细胞因子。

为了解为什么托法替尼对某些患者的巨噬细胞产生不同的影响，使用单核细胞来源的巨噬细胞，在不同条件下（LPS、TNF、IFN-β）刺激它们，并施加或不施加托法替尼处理。下图中左侧热图展示了相应炎症刺激上调的基因，右侧热图展示了不同炎症因子刺激施加托法替尼后下调的基因。需要额外注意，观察到当巨噬细胞用 LPS 刺激时，托法替尼会显著增加多种细胞因子和化学因子的分泌，包括 IL-6 和 IL-23。

为了解释这一现象，研究者查阅文献发现，巨噬细胞在对 LPS 反应时，确实会产生非常高的 IL-10 量。研究者和合作方的实验室数据也显示，当在 LPS 刺激的巨噬细胞中阻断 IL-10 时，这些巨噬细胞会显著上调许多基因。在非反应者的巨噬细胞中，这种相关性大幅增加。

最后，研究者查看了这些患者的基线数据，试图找出是否能够预测或至少识别出一些被增加或在反应者和非反应者中富集的特征。使用了单细胞数据的通路富集分析。您可以看到，在许多不同细胞类型的反应者中，观察到 JAK-STAT 信号通路的上调，这解释了他们对托法替尼的敏感性。而在非反应者中，我们观察到与 NF-κB 相关的通路的过表达，特别是在巨噬细胞区域。

总之，本研究发现，在对托法替尼治疗有响应的 UC 患者的基线中，观察到 JAK-STAT 信号通路增加的信号，这导致了每个细胞区室中疾病的改善。而在非反应者中，发现基线时的 IL-10 信号通路活性较高，导致了对托法替尼的无反应，进而导致疾病恶化和进一步的炎症。

专家点评

个性化肠道类器官与免疫细胞共培养模型

首先，Deimante Tilinde 的研究团队利用来自 UC 患者的结肠上皮细胞和免疫细胞，建立了个性化的共培养模型。通过这种个性化模型，我们可以更精准地了解每位患者对不同治疗的反应。未来如果每位患者都能根据自己的细胞反应，得到量身定制的治疗方案，那将会大大提高治疗效果。

预测性生物标志物的发现

Montse Baldan Martin 的研究展示了如何通过多组学技术，识别出预测患者对生物制剂和 JAK 抑制剂反应的生物标志物。通过分析转录组学、蛋白质组学和代谢组学，发现了几个潜在候选生物标志物，作为预测对生物制剂和 JAK 抑制剂治疗反应的指标。

免疫细胞特异性生物标志物

在 Thomai Tsapanou Katranara 的研究探索早期肠道炎症的生物标志物。中性粒细胞弹性蛋白酶降解的 III 型胶原蛋白片段在 IBD 患者中显著升高，这可能帮助我们更早地识别出肠道炎症。

目前临床上广泛应用的非侵入标志物是粪便钙卫蛋白，但钙卫蛋白在临床应用上还有一些缺点，如对小肠炎症的敏感性较低、可能受到其他因素（如肾功能不全）等影响。

与钙卫蛋白相比，中性粒细胞弹性蛋白酶降解的 III 型胶原蛋白片段的优点：早期阶段识别肠道炎症，通过血液检测获取，比粪便样本更方便。缺点：缺乏特异性：虽然在 IBD 患者中显著升高，但对其他类型炎症或病理状态的反应可能导致假阳性。且缺乏临床经验和证据。

临床转录组学与个性化医疗

Maria D.Paraskevopoulou 的研究则关注于维得利珠单抗（VDZ）治疗 UC 患者的反应机制。是一项首创的头对头分析，利用大规模临床试验数据，整合了长期的整体转录组学与 VDZ 和 ADA 的临床结果。通过分析转录组数据，研究者能够识别与治疗反应相关的细胞动力学变化。这种大规模的临床转录组学数据让我们对 IBD 的个体化治疗有了更深入的理解，也为精准医疗的发展提供了支持。

解决 JAK 抑制剂耐药性问题

Azucena Salas 的研究揭示了患者对托法替尼耐药的机制。通过单细胞 RNA 测序，研究者发现了不同细胞类型在反应者和非反应者中的比例变化。了解哪些因素影响患者的反应，有助于我们在临床上更好地调整治疗方案。

个人感触与未来展望

IBD 的治疗终将会迎来一个新的时代。未来，个性化治疗将会是我们对抗 IBD 的重要武器。希望将来，能有更多的研究成果转化为实际的临床应用，让 IBD 医生有更多的武器和 IBD 患者一起对抗疾病。

专家介绍

李夏西医生

南方医科大学深圳医院消化内科副主任医师，讲师，博士，深圳市宝安区高层次人才

广东省医学会内科学分会青年委员会副主任委员
广东省肝脏病学会炎症性肠病专业委员会常务委员
临床本科生及留学生上课多年，学校青年教师全英教学竞赛一等奖，校教学创新大赛二等奖，主持教学课题 1 项，发表教学论文 2 篇。

✩ 本文仅供医疗卫生等专业人士参考

策划：Marceau

投稿：liangchuanlei@dxy.cn

题图来源：站酷海洛

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4NjE3MTkzMQ==&mid=2651109099&idx=1&sn=f604b22ce89dce980e3c5c5e53bc7015

丁香园消化时间

「消化时间」是丁香园旗下资讯平台，在这里我们会和大家一起分享消化领域实用临床资讯。