Astımda miRNA’ların Rolü

Astım Nedir?

Atopik astım, çeşitli uyaranlarla birlikte artan bronşiyal hava yolu duyarlılığı ve geri dönüşümlü hava yolu tıkanıklığı ile karakterize, kendiliğinden veya tedavi ile düzelebilen, kronik inflamatuar bir hastalıktır. Astım, yıllar geçtikçe; prevalansı, morbiditesi, mortalitesi artan bir çocukluk çağı hastalığıdır. Bireysel ve genetik yatkınlık, B lenfositlerin cevap yeteneği, hava yolu hiperreaktivitesi, cinsiyet, ırk bireysel faktörler arasında yer alırken; viral ve bakteriyel enfeksiyonlar, beslenme, tütün dumanı maruziyeti, sosyal ve ekonomik durum ve son olarak aile üyelerinin sayısı çevresel faktörler arasında sayılabilir.

Alerjik Rinit Nedir?

Alerjik rinit, halk dilinde saman nezlesi olarak bilinen ve klasik nezleye benzer semptomları olan bir rahatsızlıktır. Polenler, akarlar, tüyler gibi çeşitli etkenlere karşı vücudun bağışıklık sisteminin gösterdiği yanıt sonucu ortaya çıkabilir. Saman nezlesi, dışarıdan gelen toz, polen, hayvan tüyü gibi maddelere karşı vücudun oluşturduğu yanıt sonucu ortaya çıkan alerjik bir durumdur. Mevsimsel alerji olarak da bilinir. Bunun sebebi polenlerin sonbahar ve ilkbahar gibi yılın belirli zamanlarında ağaç ve çiçeklerden havaya karışmasıdır. Küçük yaşlarda böyle bir rahatsızlığı olmayan kişilerde, ilerleyen dönemde sebebi bilinmemesine rağmen alerjik rinit ortaya çıkabilir. Belirtileri arasında burun akıntısı, göz yaşarması, damakta kızarıklık ve kaşıntı olabilir.

Astıma Etki Eden Faktörler

Astımın kalıtsal olduğu ve astımlı ebeveynlerin çocuklarının astım gelişme riskinin arttığı uzun zamandır bilinmektedir. Bununla birlikte, astıma tek bir gen mutasyonu neden olmadığı için hastalık gelişimi, Huntington hastalığı (otozomal dominant) ve orak hücreli anemi (otozomal resesif) hastalıkları gibi tek gen üzerinden kalıtılmaz. Aksine, astım poligenik, çok faktörlü bir hastalıktır, yani gelişimine birçok faktör katkıda bulunur. Bu faktörler hem genetik hem de çevresel olabilir. Bu nedenle hastalıklar, birbirleriyle ve çevresel faktörlerle etkileşime giren çoklu genlerin birleşik etkilerinden kaynaklanır.

1. Çevresel Faktörler

Genetik yatkınlık ile mevcut T hücresinin diferansiye olmasını başlatan süreç çevresel faktörler ile vücuda giren antijenlerdir. Solunum yolu ile alınan alerjenler ve mesleksel duyarlayıcılar astıma neden olan en önemli çevresel risk faktörleridir. Özellikle iç ortamlarda daha yoğun olarak bulunan ve bebeklik döneminde sıklıkla karşılaşılan ev tozu akarları (dermatofagoidler), evde beslenen hayvanlar, hamamböceği ve mantar sporları gibi alerjenler astımda önemli risk faktörleridir. Ayrıca polenler, mantar sporları ve mesleksel uyaranlar gibi dış ortam alerjenleri de önemli çevresel faktörler arasında sayılabilir.

2.Genetik Faktörler

Yüzden fazla farklı gen astımla ilişkilendirilmiştir ve liste hala genişlemektedir. Astıma yatkınlık genleri olarak;

1) bağışıklık sisteminin işleyişini bozanlar,

2) mukozal biyoloji ve fonksiyonuna etki edenler,

3) akciğer temel fonksiyonu ve hastalık ekspresyonu ile ilgili olarak üç kategoriye ayrılır.

Bununla birlikte, pediatrik astım, atopik astım, toz akarlarına duyarlı astım ve mesleki astım gibi bazı genler yalnızca bazı astım hastalarında önemli olabilir, dolayısıyla bu farklı popülasyonlarda replikasyon her zaman beklenir. Ayrıca bazı genler, kedilerle büyümüş çocuklar veya hayatlarının ilk yıllarında pasif içiciliğe maruz kalanlar gibi yalnızca belirli çevresel bağlamlarda ifade edilir. Astımda gen-çevre etkileşimlerinin önemi hafife alınmamalıdır. Her bir genin rolü, müsamahakâr bir ortam bağlamında görülmelidir.

Astım, hastalar arasında oldukça değişkendir.  Bu da teşhis ve tedavi araçlarının geliştirilmesini zorlaştırır. Astım tipik olarak kronik hava yolu iltihabı, aşırı mukus salgısı, bronşiyal aşırı duyarlılık ve hırıltı, nefes darlığı, göğüste sıkışma ve öksürük gibi solunum semptomları ile karakterize edilebilir.

MiRNA

Mikro RNA’lar (miRNA), son yıllarda önemi gittikçe daha çok anlaşılan, 21-23 nükleotid uzunluğunda tek iplikçikli RNA molekülleridirler ve mesajcı RNA’nın (mRNA) kısmi tamamlayıcısı olarak görev alırlar. Bu moleküller, gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynarlar. MiRNA’larda oluşabilecek bozuklukların, mutasyonların, mesajcı RNA’nın normal fonksiyonunu bozduğu ve dolayısıyla üretilen proteinlerin ve gen ürünlerinin sayısını ve şeklini bozarak hastalıklara neden olduğu gösterilmektedir.

MiRNA’lar aynı zamanda epigenetik DNA modifikasyonlarını düzenlerken epigenetik modifikasyonlardan da etkilenmektedir. MiRNA’lar organizmadaki konumlarına göre geniş ölçüde farklı roller oynamaktadır:

(1)         Hücre dışı miRNA’lar, hücreden hücreye veya sistemden sisteme haberciler olarak işlev görebilen eksozomlar, makroveziküller ve apoptotik cisimler gibi hücre dışı keseciklerin içinde bulunmaktadırlar. Her yerde konumlanmaya karşı dirençli oldukları için potansiyel biyobelirteçler olarak araştırılmışlardır.

(2)         Hücre içi miRNA’lar bir hücrenin içindeki protein üretimini yönetir. Ekspresyonları doku ve hastalığa göre değiştiği için viral enfeksiyonlar, kanser, kardiyovasküler hastalık ve alerjik hastalıklar dahil olmak üzere çeşitli bozukluklar için prognostik ve tanısal biyobelirteçler olarak geniş çapta kullanılmaktadırlar.

MiRNA’lar çoğu hücre tipinde sinyal yollarını kontrol eder, bağışıklık hücrelerinin gelişimi ve fenotipinde rol oynar, dokulardaki inflamatuar yanıtı düzenlerler. Bu nedenle, miRNA’ların astımda patofizyolojik bir role sahip olduğu öne sürülmüştür. Ayrıca, miRNA’ların serumda son derece kararlı olduğu bulunduğundan, astımın alt tiplerini ayırt etmek için biyobelirteçler olarak da kullanılabilmektedir.

MiRNA ve Astım

MiRNA’ların diferansiyel ekspresyonu, çeşitli astım modellerinde gözlenmiştir. Yapılan bir çalışma ile; astımlı hastalardan alınan serumda, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) olan bireylerle karşılaştırıldığında miR-1229-3p, miR-145-5p, miR-338-3p, miR-3620-3p, miR-4485, miR-4707-3p ve miR-636’nın diferansiyel ekspresyonu olduğunu keşfedilmiştir.

Başka bir çalışma ile, sağlıklı hastalarla karşılaştırıldığında astımlı hastalarda EBC’de (ekspirasyon havasının yoğunlaştırılmasıyla elde edilen sıvıda (yoğunlaştırılmış ekspirasyon havası, YEH; exhaled breath condensate, EBC) diferansiyel olarak eksprese edilen 11 miRNA olduğunda bahsetmişlerdir.

Astım hastalarından alınan serum ve EBC’da akciğer fonksiyonu ile ters orantılı olan miR-570-3p seviyelerinin daha düşük olduğu bulunmuştur.

Son olarak, sağlıklı kontrollerle karşılaştırıldığında hafif asemptomatik astımı olan hastalarda bronkoalveoler lavaj sıvısı ekzozomal miRNA profillerinde anlamlı farklılıklar gözlenmiştir.

Sağlıklı bireylerden, şiddetli olmayan astımlı hastalardan ve şiddetli astımlı hastalardan alınan ASM’lerde (Airway Smooth Muscle – Hava Yolu Düz Kası) miR-221’in değişen ekspresyonunun; miR-221’in bu hücrelerde gözlenen anormal proliferasyonu ve inflamatuar durumu düzenlediği gösterilmiştir.

MiR-21 ve miR-126 ekspresyonunun astım hastalarından alınan hava yolu epitel hücrelerinde up regüle edildiği ve inhalasyon kortikosteroid (İK) alan hastalarda azaldığı gözlenmiştir. Bunun yanında IL-13’ün miR-21 ve miR-126 ekspresyonunu arttırdığı keşfedilmiştir. Bu gözlemler, bu miRNA’ların astımın ortaya çıkmasıyla ilişkili olabileceğini ve tedavinin bir biyobelirteç işlevi görebileceğini düşündürmektedir.

Astımlı çocukların dolaşımdaki miRNA’ların, alerjik inflamasyon ve astım semptomlarında mevsimsel değişim ile ilişkisini araştırıldığı bir çalışmada; miR-328-3p ve let-7d-3p ekspresyonunun mevsimsel olarak değiştiği ve mevsimsel astım semptomları ve mevsimsel alerjilerle anlamlı şekilde ilişkili olduğu belirtilmektedir.

Orta derecede astımlı hastalarda plazmada dolaşan miR-223 ve miR-21’in sırasıyla %83 ve %76’lık bir teşhis tahmini olasılığına sahip olduğu ve astımda biyobelirteçler veya hedefli immünoterapiler için kullanılabileceği kaydedilmiştir.

Astımlı hastaların nazal biyopsilerinde, alerjik rinit varlığına bakılmaksızın kontrollere kıyaslandığında miR-18a, miR-126, miR-155 ve miR-224 nın down-regülasyonu ve miR-498, miR-187, miR-874, miR-143 ve miR-886-3p nin up-regülasyonu gözlenmiştir. Bu miRNA ekspresyon profillerinin, astımın şiddet seviyelerine göre farklılaşmasına izin vermediği tespit edilmiştir. Hücre dışı miRNA’lar, iskelet kası döngüsünün dinamik, vesiküler olmayan biyobelirteçleri olarak tarif edildiğinden, ASM içinde diferansiyel olarak eksprese edilen miRNA’lar da serum bazlı biyobelirteçler olarak kullanım için mükemmel adaylar olduğu düşünülmektedir.

Astım Patogenezinin miRNA Düzenlemesi

1. Astım Mekanizmalarının miRNA Kontrolü ve Bağışıklık Cevaplarının Düzenlenmesi

Etkili bir bağışıklık sisteminin zararlı patojenleri tespit edebilmesi ve ortadan kaldırabilmesi gerekmektedir. Aksine, patojenlere, antijenlere, hasarlı hücrelere, toksinlere, alerjenlere veya tahriş edici maddelere tekrar tekrar maruz kalmaya, düzensiz bir enflamatuar tepkiye, doku hasarına, otoimmüniteye ve alerjik hastalığa neden olmaktadır. MiR-21, miR-146a ve miR-155, hem doğal hem de adaptif bağışıklık yanıtlarında en sık incelenen miRNA’lardır.

Son zamanlarda, astımlı normal bireyler arasındaki farklılıkları belirlemek amacıyla yapılan bir çalışmada, EBC dan alınan miRNA örnekleri incelenmiştir. Çalışma sonucunda, hem miR-21 hem de miR-146a’nın astım şiddetinin alt tipleri arasında ayrım yapan hava yolu epitelyal biyobelirteçleri olduğu öne sürülmüştür.

MiR-10a, miR-17-92, miR-181a, miR-182 ve miR-29a/b, henüz bilinmeyen bir mekanizma aracılığıyla T hücrelerinin farklılaşmasının ve plastisitesinin düzenleyicileri olarak görev aldıkları belirtilmektedir.

Ayrıca, IL-13 ile tedavi, insan solunum yolunun epitel hücrelerinde miR-21’i düzenlemektedir. GM-CSF ile tedavi edilen eozinofiller, miR-21 ekspresyonunu yükseltmekte ve bu da IL-13 etkisini desteklemektedir. Önceki araştırmalar, IL-13’ün miR-let-7’nin doğrudan hedefi olduğunu göstermiştir. Ayrıca Thl’in, Th2 hücreleri ile karşılaştırıldığında miR-let-7a’nın ifadesini önemli ölçüde arttırdığı bulunmuştur.

Ev tozu akarları kullanılarak oluşturulan deneysel astım modellerinde, hava yolu duvarında daha yüksek düzeyde miR-145 gözlenmiştir. Bu çalışmalar ile, anti-miR-145 ve anti-miR-126’nın alerjik enflamasyonu, eozinofil infiltrasyonunu, mukus üretimini, Th2 sitokin üretimini (örn., IL-5 ve IL-13) ve hava yolu hiperreaktivitesini önemli ölçüde azalttığını belgelenmiştir. MiR-126, bir alerjene yanıt olarak doğuştan gelen bağışıklığın bir bileşeni olarak önerilmekte ve Th2 aracılı alerjik iltihabı desteklemektedir.

Fare lenfositleri üzerinde yapılan bir çalışmalarında, miR-146’nın T hücrelerini Thl veya Th2 yolağına farklılaşmasında yer aldığı belirlenmiştir.

Son olarak, son zamanlarda astımda akciğer fonksiyon parametreleri ile miR-16 arasında ters bir korelasyon bildirilmiştir. In silico analizi ile, bronşiyal düz kas kontraksiyonunda yer alan ADRB2’nin miR-16 için bir hedef gen olduğunu tahmin edilmiştir ve bu bulgu daha sonra lusiferaz analizi ile doğrulanmıştır.

2. Astımda Viral Alevlenmelerde miRNA’lar

Birçok viral akut solunum yolu enfeksiyonunun (ARI), kronik solunum yolu hastalıklarında, özellikle astımda semptomların alevlenmesinin ana tetikleyicisi olduğu düşünülmektedir. Bu ARI’lerin astıma bağlı morbiditenin önemli bir kısmından ve astıma bağlı tüm mortaliteden sorumlu olduğu belirtilmektedir. MiRNA’ların aynı anda solunum virüslerine ve insan rinovirüsü (hRV), grip virüsü (IV), insan metapnömovirüsü gibi viral ARI’lere neden olanlara karşı bağışıklık tepkisini kontrol etmede düzenleyici bir işlev yürüttüğü konuyla ilgili diğer incelemelerde iyi belgelenmiştir.

Sonuç olarak, viral enfeksiyon sırasında hava yolu enflamasyonu ile ilişkili hücrelerin miRNA ekspresyon profilindeki değişiklikler, miRNA’ların astım hastalığı alevlenmelerinin patogenezine katkıda bulunduğunu düşündürmektedir. Solunum yolu enfeksiyonları sırasında miRNA’ların ekspresyonu, ARI için antiviral ilaç hedefleri, tanı ve prognoz için biyobelirteçler olma potansiyelleri nedeniyle son çalışmalarda ilgi çekmeye başlamıştır. Biyoinformatik araçlar, seçilen miRNA’ların viral dizileri hedef alıp almadığını, replikasyona olumlu veya karşıt bir tepkiye neden olup olmadığını ve dolayısıyla virüsün hayatta kalmasını sağlayıp sağlamadığını in silico yöntem ile tespit etmede yardımcı olmuştur.

MiR-128 ve miR-155, hRV genetik materyalini hedefledikleri için, hRV-1B’nin savunmasında doğal immün yanıtın aday düzenleyicileri olarak tanımlanmıştır. Bu iki miRNA’nın gen susturulması, hRV replikasyonunu %50’ye kadar artırdığı gözlenmiştir. Başka bir makalede  miR-18a, miR-27a, miR-128 ve miR-155’in astımlı HBEC’lerde (İnsan bronşiyal epitel hücreleri) down- regüle edildiğini ve bu dört miRNA’nın baskılanmasının aynı anda IL-8 ve IL-6 ifadesinde önemli bir artışa neden olduğunu bildirilmiştir.

Birçok çalışma ile, miRNA’ların astımdaki viral alevlenmelerin farklı mekanizmalarındaki rolünü gösterilmektedir; bunların çoğu, miRNA’ların spesifik virüse karşı yanıtları nasıl kontrol ettiğini veya virüsün konakçı hücrelerle nasıl etkileşime girdiğini çözmeyi amaçlamaktadır.

MiRNA Bazlı Terapötikler

Alerjik astım için şu anda mevcut olan tedaviler genellikle etkili olsa da şiddetli astımı tedavi etmek için kullanıldıklarında daha az etkili oldukları bilinmektedir. Şiddetli astımı tedavi etmek ve sonunda hastalığı iyileştirmek için yeni yaklaşımlara ihtiyaç vardır.  MiRNA bazlı terapötikler; şiddetli astımı olan hastalarda alevlenmeleri önlemek, alerjik durumunu tersine çevirmek veya astıma neden olabilecek virüslere karşı bağışıklık sağlayabilmek için yeni tedaviler geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır. Ek olarak, terapötik olmayan yeniden modelleme süreçleri muhtemelen kronik hava akımı obstrüksiyonunun temelini oluşturmakta ve miRNA hedeflemesi kullanılarak uygulanabilmektedir. Diğer yaklaşımlarla karşılaştırıldığında; miRNA’ların hücreye veya dokuya özgü hedeflemesi, yeni terapötikler için caziptir çünkü bunlar hem inhibe edilebilmekte (yani bloke nükleik asitler (LNA)) hem de aşırı eksprese edilerek (yani plazmitler) yan etkilere neden olma olasılığı daha düşük olmaktadır.

Yapılan bir çalışmada, tedaviye yanıt veren hastalarda reslizumab veya mepolizumab tedavisinden sonra serumdaki miR-338-3p’nin arttığı bildilirmiştir. Bu da miR-338-3p’nin bir ciddi eozinofilik astımlılarda reslizumab veya mepolizumab yanıtı için ümit verici biyobelirteç olduğunu göstermektedir.

Astım için biyolojik tedaviler sadece birkaç yıldır klinik uygulamada olmasına rağmen, etkinlikleri ve güvenlikleri onları çok umut verici bileşikler haline getirmekte; bu nedenle miRNA’larla etkileşimleri ve biyolojik tedavilere yanıt için biyobelirteçler olarak olası kullanımları büyük önem taşımaktadır.

Ayrıca, sekiz haftalık benralizumab uygulamasından sonra miR-1246, miR-5100 ve miR-338-3p’nin serum seviyelerinin değiştiğini ve miR-1246 ekspresyonu ile kan eozinofil sayıları arasında bir korelasyon olduğu gösterilmiştir. Yani bu miRNA’lar astımlı hastalıkta benralizumab’a erken yanıtın biyobelirteçleri olarak kullanılabileceği belirtilmiştir.

MiRNA’ların etki mekanizması ilk düşünüldüğü kadar basit olmayabilir. MiRNA’ları potansiyel bir terapi olarak kullanmak, primer insan hücrelerinde henüz farkında olmadığımız çok sayıda ‘hedef dışı etki’ üretebilir. Bununla birlikte, miRNA’ları hedeflemek için geliştirilmiş teknikler ve bunların primer hücrelerdeki biyolojik işlevlerine ilişkin artan bilgi, gelecekte astım ve alerjik astım için spesifik gen ekspresyon modülatörlerinin üretilmesine yol açabilir.

Mepolizumab

Mepolizumab, interlökin 5’e (IL-5) spesifik hümanize bir IgG1 kappa monoklonal antikordur. Mepolizumab, IL-5’e bağlanır ve bu nedenle IL-5’in eozinofillerin yüzeyindeki reseptörüne bağlanmasını durdurur. IL-5’in eozinofillere bağlanmasını inhibe etmek, kan, doku ve balgam eozinofil seviyelerini azaltır. 12 yaş ve üzeri şiddetli astımı olan ve eozinofilik fenotipi olan hastaların ilave idame tedavisi için endikedir.

Reslizumab

Reslizumab, IL-5’i inhibe eden bir IgG kappa monoklonal antikorudur. FDA tarafından Mart 2016’da onaylanmıştır ve eozinofilik fenotipli 18 yaş ve üzeri şiddetli astımlı hastaların ek idame tedavisi için endikedir. Her 4 haftada bir intravenöz infüzyon olarak uygulanır. Onay, yüksek eozinofilleri olan astımlı hastalarda çok merkezli, uluslararası üç denemeye dayanıyordu. Bu çalışmaların ikisinde, reslizumab alan hastalarda astım alevlenmelerinin sıklığında plasebo alanlara kıyasla %59’a varan önemli bir azalma olduğu belirtilir.

Benralizumab

Benralizumab, FDA tarafından Kasım 2017’de onaylanan bir IL-5 reseptörü, alfaya yönelik sitolitik mAb’dir (IgG1, kappa). IL-5 reseptörü, eozinofillerin ve bazofillerin yüzeyinde ifade edilir. Benralizumab, antikora bağlı hücre aracılı sitotoksisite (ADCC) yoluyla eozinofilleri ve bazofilleri azaltır. Eozinofilik fenotipi olan 12 yaş ve üzeri hastalarda şiddetli astımın ek idame tedavisi için endikedir.