Jak szlak PD-1/PD-L1 osłabia odpowiedź immunologiczną przy zakażeniach grzybiczych?

Naukowcy odkryli, że mechanizm immunologiczny znany jako szlak PD-1/PD-L1, dotychczas badany głównie w kontekście nowotworów, odgrywa kluczową rolę w osłabianiu odpowiedzi organizmu na groźne zakażenia grzybicze. Patogenne grzyby potrafią manipulować tym szlakiem, wywołując nadmierną ekspresję białka PD-L1 na komórkach odpornościowych, co prowadzi do wyczerpania limfocytów T – stanu, w którym komórki odpornościowe tracą zdolność do skutecznego zwalczania infekcji.

Badanie systematycznie analizuje, jak różne gatunki grzybów – Aspergillus fumigatus, Candida albicans, Cryptococcus i inne – aktywują szlak PD-1/PD-L1 w komórkach odpornościowych. Gdy grzyb przenika przez skórę lub błony śluzowe, jego komponenty ścienne (β-glukany i α-glukany) są rozpoznawane przez receptory rozpoznające wzorce molekularne na komórkach dendrytycznych i makrofagach. To rozpoznanie uruchamia kaskadę sygnałową prowadzącą do zwiększonej ekspresji PD-L1 na powierzchni komórek odpornościowych.

Mechanizm immunosupresji działa następująco: gdy PD-L1 na komórkach prezentujących antygen wchodzi w interakcję z receptorem PD-1 na limfocytach T, dochodzi do fosforylacji motywów ITIM i ITSM w cytoplazmatycznej części PD-1. Proces ten rekrutuje fosfatazy tyrozynowe SHP-1 i SHP-2, które hamują kluczowe szlaki sygnałowe w komórkach T, w tym PI3K/AKT i RAS/MEK/ERK. Rezultatem jest zmniejszone wydzielanie cytokin prozapalnych (interferon gamma, interleukina-2), osłabiona cytotoksyczność oraz ograniczona zdolność proliferacyjna limfocytów T.

W jaki sposób różne gatunki grzybów manipulują układem odpornościowym?

W przypadku zakażenia Aspergillus fumigatus, polisacharydy ścienne grzyba aktywują szlak sygnałowy Wnt/β-katenina poprzez receptory lektynowe typu C, co prowadzi do znacznego zwiększenia ekspresji PD-L1 na powierzchni komórek dendrytycznych. Ta podwyższona ekspresja PD-L1 promuje różnicowanie limfocytów T w kierunku regulatorowych komórek T o właściwościach immunosupresyjnych, zamiast ochronnych komórek Th1 wydzielających interferon gamma.

Podobny mechanizm obserwowano w zakażeniach Candida albicans, gdzie β-glukan grzyba rozpoznawany jest przez receptor Dectin-1 na neutrofilach, indukując wzrost ekspresji PD-L1. Co więcej, w zakażeniach tym patogenem PD-L1 pełni podwójną funkcję: nie tylko przekazuje sygnały immunosupresyjne przez interakcje na powierzchni komórek, ale także działa wewnątrz fagosomów jako niezależny receptor, wiążąc się bezpośrednio z rybosomowym białkiem grzyba Rpl20b. Ta interakcja moduluje produkcję interleukiny-10 poprzez szlak STAT3, niezależnie od klasycznych receptorów PRR.

W przypadku Talaromyces marneffei, interakcja między β-glukanem grzyba a receptorami Dectin-1/2 aktywuje szlak fosfatydyloinozytolo-3-kinazy, co skutkuje zwiększoną ekspresją PD-L1 na komórkach Kupffera w wątrobie. Cryptococcus neoformans wykazuje dynamiczne przełączanie fenotypowe w organizmie, tworząc dwa charakterystyczne podtypy – morfotyp gładki i morfotyp śluzowaty – które różnią się profilem ekspresji PD-L1 i PD-L2 na makrofagach pęcherzykowych. Szczególnie niepokojący jest przypadek Candidozyma auris, gdzie zewnętrzna warstwa mannanu ściany komórkowej osłania wewnętrzny 1,3-β-glukan przed rozpoznaniem przez komórki odpornościowe, umożliwiając unikanie eliminacji i prowadząc do przewlekłego zakażenia.

Jakie wyniki przyniosły badania nad blokowaniem szlaku PD-1/PD-L1?

Badania przedkliniczne przeprowadzone na modelach mysich dostarczają przekonujących dowodów na skuteczność blokady szlaku PD-1/PD-L1 w leczeniu zakażeń grzybiczych. W przypadku pierwotnego zakażenia Aspergillus fumigatus, połączenie przeciwciała anty-PD-1 z kaspofunginą wydłużało przeżycie zwierząt i wykazywało synergiczne działanie terapeutyczne. Dla wtórnej aspergilozy modelowanej u myszy z sepsą, terapia przeciwciałem anty-PD-1 w połączeniu z amfoterycyną B zwiększała wydzielanie ochronnego interferonu gamma, redukowała obciążenie grzybicze we krwi i narządach wewnętrznych oraz poprawiała wskaźniki przeżycia.

Równie obiecujące wyniki uzyskano w modelach zakażeń Candida albicans. Blokada osi PD-1/PD-L1 za pomocą specyficznych przeciwciał znacząco poprawiła wskaźniki przeżycia myszy zarówno w pierwotnych, jak i wtórnych zakażeniach. Interwencja ta odwracała wywołaną przez sepsę supresję interferonu gamma, zwiększała ekspresję cząsteczek głównego układu zgodności tkankowej klasy II na komórkach prezentujących antygen i łagodziła stany immunosupresyjne. W zakażeniach Cryptococcus neoformans, leczenie przeciwciałem anty-PD-1 poprawiało eliminację grzybów u myszy z przewlekłym zakażeniem płuc bez wywoływania znaczącej utraty masy ciała czy nieprawidłowości behawioralnych.

Badania nad mukormykozą ujawniły, że zarówno inhibitory PD-1, jak i PD-L1 znacząco poprawiają wskaźniki przeżycia, redukują obciążenie grzybicze i zwiększają uwalnianie cytokin prozapalnych (TNF-α, IL-6) oraz chemokin (CCL7). Godne uwagi jest, że terapia anty-PD-1 indukowała wyższe stężenia IL-6 w surowicy w porównaniu z blokowaniem PD-L1, sugerując różne efekty terapeutyczne w zależności od targetowania konkretnego elementu osi PD-1/PD-L1.

Kto może odnieść największe korzyści z nowych terapii immunologicznych?

Analiza danych klinicznych i przedklinicznych wskazuje na konkretne grupy pacjentów, które mogłyby najbardziej skorzystać z terapii opartych na blokadzie PD-1/PD-L1. Przede wszystkim są to osoby z osłabionym układem odpornościowym, w tym pacjenci z nowotworami hematologicznymi, biorcy przeszczepów komórek macierzystych szpiku, osoby zakażone HIV oraz pacjenci otrzymujący długotrwałą immunosupresję. W tych grupach częstość występowania inwazyjnych zakażeń grzybiczych jest znacząco podwyższona, a śmiertelność pozostaje alarmująco wysoka pomimo dostępnych terapii przeciwgrzybiczych.

Badanie kliniczne porównujące 64 pacjentów z alergiczną aspergilozą oskrzelowo-płucną z 33 astmatykami nienacechowanymi przez Aspergillus fumigatus wykazało gorszą funkcję płuc i wyższą częstość występowania limfocytów T dodatnich pod względem PD-1 w grupach ABPA. To sugeruje, że pacjenci z przewlekłymi zakażeniami grzybiczymi i związaną z nimi dysfunkcją immunologiczną mogliby szczególnie skorzystać z terapii modulujących szlak PD-1/PD-L1.

Populacje z upośledzoną odpornością, takie jak pacjenci z COVID-19, stoją w obliczu zwiększonego ryzyka wtórnych zakażeń Aspergillus fumigatus. Może to wynikać z wywołanego przez COVID-19 wzrostu ekspresji PD-1 i dysfunkcji komórek NK/T, co skutkuje osłabioną odpowiedzią przeciwgrzybiczą. Dodatkowo, do 15% osób zakażonych HIV z zakażeniami Cryptococcus neoformans doświadcza nawrotu po początkowej terapii przeciwgrzybiczej, co wskazuje na potrzebę uzupełniających strategii immunoterapeutycznych.

Szczególną uwagę zwracają pacjenci z zakażeniami wywołanymi przez wielolekooporne szczepy grzybów, takie jak Candidozyma auris, gdzie konwencjonalne terapie przeciwgrzybicze często zawodzą. Globalny wzrost liczby lekoopornych szczepów grzybiczych, rosnąca oporność na triazole oraz toksyczność ograniczająca dawkowanie potężnych polienów (takich jak amfoterycyna B) podkreślają niewystarczalność strategii terapeutycznych skoncentrowanych wyłącznie na patogenie i uwydatniają pilną potrzebę innowacyjnych terapii ukierunkowanych na organizm.

Jakie wyzwania stoją przed wprowadzeniem terapii do praktyki klinicznej?

Pomimo obiecujących wyników badań przedklinicznych, droga do klinicznego zastosowania inhibitorów PD-1/PD-L1 w leczeniu zakażeń grzybiczych napotyka na istotne wyzwania. Kluczową kwestią jest optymalizacja schematów terapeutycznych, obejmująca badania zależności dawka-odpowiedź, określenie optymalnej częstotliwości i czasu trwania podawania oraz strategie łagodzenia toksyczności. Większość dotychczasowych badań prowadzono na modelach zwierzęcych z ostrymi zakażeniami indukowanymi wysokimi dawkami patogenów, co nie odzwierciedla złożoności scenariuszy klinicznych.

Istotne różnice między modelami zwierzęcymi a warunkami klinicznymi wymagają szczególnej uwagi. Modele zwierzęce to zazwyczaj modele pojedynczej choroby z ostrym zakażeniem, podczas gdy pacjenci często prezentują złożone tło immunologiczne, w tym potencjalne przewlekłe zakażenia, długotrwałe wyczerpanie immunologiczne oraz choroby współistniejące, takie jak urazy czy nowotwory. To wymaga stosowania skomplikowanych protokołów leczenia obejmujących wiele leków i podejść terapeutycznych.

Kolejnym wyzwaniem jest zjawisko kompensacyjnego wzrostu ekspresji innych cząsteczek punktów kontrolnych immunologicznych. Badania wykazały, że monoterapia blokowaniem PD-1/PD-L1 może prowadzić do kompensacyjnego zwiększenia ekspresji alternatywnych markerów wyczerpania (np. TIM-3) u myszy z mukormykozą. Raporty kliniczne potwierdzają podwyższenie markerów punktów kontrolnych u pacjentów leczonych niwolumabem (inhibitorem PD-1) z opornymi zakażeniami grzybiczymi. Połączenie inhibitorów PD-1 z innymi środkami, takimi jak inhibitory TIM-3, w wielokierunkowym podejściu terapeutycznym może zwiększyć skuteczność leczenia.

Badanie podnosi również kwestię potencjalnych działań niepożądanych związanych z leczeniem przeciwciałami anty-PD-1. Obecne zastosowanie kliniczne inhibitorów PD-1/PD-L1 w leczeniu zakażeń grzybiczych pozostaje bardzo ograniczone, ograniczając się głównie do opisów przypadków, takich jak oporna mukormykoza czy wtórne zakażenie Aspergillus fumigatus występujące w kontekście urazu, transplantacji, COVID-19 lub cukrzycy. Konieczne są dalsze badania przedkliniczne i kliniczne w celu optymalizacji protokołów terapeutycznych.

Czy blokada PD-1/PD-L1 może zmienić przyszłość leczenia zakażeń grzybiczych?

Badanie dostarcza przekonujących dowodów, że szlak PD-1/PD-L1 odgrywa fundamentalną rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej podczas zakażeń grzybiczych, a jego terapeutyczna modulacja stanowi obiecującą strategię w walce z inwazyjnymi infekcjami grzybiczymi. Patogenne grzyby wykształciły wyrafinowane mechanizmy immunosupresji, wykorzystując szlak PD-1/PD-L1 do osłabiania odpowiedzi komórek odpornościowych i ułatwiania swojej perzystencji w organizmie. Badania przedkliniczne konsekwentnie wykazują, że blokowanie tego szlaku przywraca funkcjonalność limfocytów T, zwiększa wydzielanie cytokin prozapalnych, redukuje obciążenie grzybicze i poprawia wskaźniki przeżycia w modelach zwierzęcych różnych zakażeń grzybiczych. To odkrycie reprezentuje przełom paradygmatu – przesunięcie od strategii skoncentrowanych wyłącznie na patogenie w kierunku terapii ukierunkowanych na organizm, które mogą uzupełniać lub wzmacniać konwencjonalne leczenie przeciwgrzybicze. Szczególnie istotne jest to dla pacjentów z osłabionym układem odpornościowym oraz w obliczu rosnącej liczby lekoopornych szczepów grzybiczych, gdzie tradycyjne podejścia terapeutyczne często zawodzą.

Pytania i odpowiedzi