Leczenie reumatoidalnego zapalenia stawów (RZS) przeszło długą drogę w ostatnich latach, a zestaw leków przeciwreumatycznych może w wielu przypadkach skutecznie hamować komórki zapalne, które powodują obrzęk i ból, gdy naciekają tkanki wokół stawów. Jednak z jakiegoś powodu około 20% pacjentów z bolesnymi, wyraźnie obrzękniętymi stawami konsekwentnie nie odczuwa ulgi po wielokrotnych rundach nawet najsilniejszego z tych leków przeciwzapalnych.

Interwencje chirurgiczne mające na celu usunięcie tkanki objętej stanem zapalnym ujawniły przyczynę: „W niektórych przypadkach stawy w rzeczywistości nie wykazują stanu zapalnego” – zauważyła współautorka Dana Orange, lekarz medycyny, profesor nadzwyczajny ds. badań klinicznych w Laboratorium Neuroonkologii Molekularnej Rockefellera. „U tych pacjentów, jeśli naciśniesz staw, wydaje się on papkowaty i gruby w dotyku, ale nie jest to spowodowane naciekającymi komórkami odpornościowymi. Mają nadmierny rozrost tkanki, ale bez stanu zapalnego. Dlaczego więc doświadczają bólu?”

Niedawno opublikowane badanie przeprowadzone przez Orange i współpracowników sugeruje wyjaśnienie. Wykorzystując opracowane przez siebie podejście do uczenia maszynowego, zwane graficzną identyfikacją modułu ekspresji genów (GbGMI), zespół zidentyfikował zestaw 815 genów, które aktywują nieprawidłowy wzrost neuronów czuciowych w tkankach amortyzujących dotknięte stawy. „Te 815 genów przebudowuje nerwy czuciowe, co wyjaśnia, dlaczego leki przeciwzapalne nie łagodzą bólu u tych pacjentów” – stwierdził Orange. Sugerują, że odkrycia mogą prowadzić do nowych metod leczenia tych wartości odstających.

Raportowanie o swoich wynikach w Naukowa medycyna translacyjna („Ekspresja genów fibroblastów maziowych jest powiązana ze wzrostem nerwów czuciowych i bólem w reumatoidalnym zapaleniu stawów”), współautor Orange, i in.podsumowali: „W sumie w ramach tej pracy zidentyfikowano grupę genów powiązanych ze zgłaszanymi przez pacjentów bólami błony maziowej o niskim stopniu zapalnym, zarówno we wczesnym, nieleczonym, jak i ugruntowanym RZS… Odkrycia te mogą potencjalnie zostać wykorzystane do opracowania podejść terapeutycznych nowej generacji do łagodzenia bólu w RZS, szczególnie w patotypie o niskim zapaleniu, który może być mniej podatny na obecne terapie ukierunkowane na adaptacyjne zapalenie immunologiczne”.

Reumatoidalne zapalenie stawów to podstępna choroba przewlekła charakteryzująca się zapaleniem błony maziowej – tkanki wyścielającej jamę stawową. Jej objawy — sztywność, tkliwość, obrzęk, ograniczenie ruchu i ból — powoli pojawiają się w dłoniach, nadgarstkach, stopach i innych stawach. Występuje symetrycznie (na przykład nie tylko w jednej ręce, ale w obu) i sporadycznie, z nieregularnymi zaostrzeniami. Często występuje również skrajne zmęczenie i depresja.

Większość przypadków RZS jest spowodowana przez produkty komórek odpornościowych, takie jak cytokiny, bradykininy i prostanoidy, atakujące błonę maziową – tkankę miękką wyścielającą stawy – gdzie wiążą się z receptorami bólu wykrywającymi uszkodzenia. Zespół napisał, że leki ukierunkowane na mediatory odpornościowe sprawiły, że u większości osób RZS jest chorobą znacznie lepiej tolerowaną. „Poczyniono niezwykłe postępy w opracowywaniu szeregu konwencjonalnych syntetycznych, ukierunkowanych syntetycznych i biologicznych leków przeciwreumatycznych modyfikujących przebieg choroby (odpowiednio csDMARD, tsDMARD i bDMARD), których działanie ukierunkowane jest na odpowiednie mediatory immunologiczne”. Jednakże pacjenci z RZS cierpiący na rozłączenie stanu zapalnego od bólu nie odnieśli korzyści. „…do 20% pacjentów z RZS jest „trudnych w leczeniu”; to znaczy, że nie ulegają one poprawie pomimo leczenia co najmniej dwoma bDMARD lub tsDMARD o różnych mechanizmach działania, po niepowodzeniu leczenia csDMARD” – wskazali badacze.

Przyjmuje się, że przyczyną bólu stawów w RZS jest zapalenie błony maziowej. Jednakże ostatnie badania wykazały, że ból w RZS można oddzielić od stanu zapalnego. „Pacjenci z RZS i ograniczonym zapaleniem błony maziowej, znanym również jako błona maziowa „włókniakowata”, „o niskim zapaleniu”, „o niskiej odporności” lub „fenotypowa liczebność komórek fibroblastów”, odczuwają taki sam ból jak pacjenci ze skrajnym stanem zapalnym” – naukowcy odnotowany. Lekarze często przepisują tym pacjentom kolejne leki przeciwzapalne, co ostatecznie kończy się bezowocną próbą przyniesienia ulgi. Naukowiec stwierdził jednak: „Pacjenci z niskim stanem zapalnym błony maziowej zwykle odnoszą mniejsze korzyści z leczenia lekami przeciwzapalnymi…”.

Orange dodał: „Niektórym pacjentom poddajemy wiele leków powodujących immunosupresję, a mimo to mamy niewielkie szanse na złagodzenie objawów”. W ramach nowo opublikowanych badań Orange i współpracownicy szukali odpowiedzi w genach ulegających ekspresji w próbkach tkanki stawowej tych pacjentów. Autorzy skomentowali: „… postawiliśmy hipotezę, że ukierunkowana analiza stanu zapalnego błony maziowej może zidentyfikować czynniki inne niż zapalenie, które mają związek z bólem stawów”.

Zespół przeanalizował próbki tkanek i raporty dotyczące bólu zgłaszane przez samych 39 pacjentów z RZS, u których występował ból, ale niewielki stan zapalny. Opracowali także oparte na grafach narzędzie do uczenia maszynowego służącego do identyfikacji modułu ekspresji genów (GbGMI), które testuje każdą możliwą kombinację genów w zbiorze danych w celu określenia optymalnego zestawu genów powiązanych razem z docelową cechą kliniczną — w tym przypadku bólem .

Korzystając z sekwencjonowania RNA, naukowcy odkryli, że spośród 15 000 genów ulegających ekspresji w próbkach tkanek około 2200 miało zwiększoną ekspresję u 39 pacjentów. „Aby odkryć geny powiązane z bólem, ale nie stanem zapalnym, skupiliśmy naszą analizę na 2227 genach, które wykazywały zwiększoną ekspresję w błonie maziowej o niskim stanie zapalnym w porównaniu z błoną maziową o wysokim stanie zapalnym oraz na wynikach bólu dokumentujących stopień bólu stawu, z którego pobrano próbkę [Hip Osteoarthritis Outcome Score/Knee Osteoarthritis Outcome Score (HOOS/KOOS)]” – stwierdzili.

Korzystając z GbGMI, zespół zidentyfikował 815 genów, które łącznie powiązano z raportami pacjentów dotyczącymi bólu. „Następnie sprawdziliśmy, która liczba najwyżej ocenianych genów łącznie najlepiej koreluje z bólem wśród pacjentów z RZS z niewielkim zapaleniem błony maziowej i zidentyfikowaliśmy moduł 815 genów, który nazywamy genami związanymi z bólem zidentyfikowanymi przez GbGMI”.

Współautor dr Fei Wang, profesor nauk o zdrowiu populacji i dyrektor założyciel Instytutu Sztucznej Inteligencji na rzecz Cyfrowego Zdrowia w Weill Cornell Medicine, dodał: „Jest to trudny problem, ponieważ mamy dużą liczbę genów, ale ograniczoną liczba pacjentów. Zastosowane przez nas podejście oparte na wykresach skutecznie zbadało zbiorowe powiązania między zestawem genów a bólem zgłaszanym przez pacjenta”. Zespół potwierdził wyniki w drugim, niezależnym zbiorze danych obejmującym próbki biopsji błony maziowej od pacjentów z wczesnym, nieleczonym RZS.”

Analiza sekwencjonowania pojedynczych komórek wykazała, że ​​spośród czterech typów fibroblastów w tkance maziowej, fibroblasty CD55+ wykazywały najwyższą ekspresję genów związanych z bólem. „Analiza ekspresji genów w podzbiorach fibroblastów wykazała, że ​​w porównaniu z innymi podzbiorami fibroblastów, fibroblasty wyściełające CD55+ (SC-F4) wykazywały najwyższą ekspresję genów związanych z bólem zidentyfikowanych za pomocą GbGMI” – napisali autorzy. Znajdujące się w zewnętrznej wyściółce błony maziowej komórki CD55+ wydzielają maź stawową, umożliwiając ruch stawów bez tarcia.

Ekspresjonowali także gen NTN4, który koduje białko zwane Netrin-4. Białka z rodziny netryn kierują ścieżkami wzrostu aksonów i promują wzrost nowych naczyń. Naukowcy odkryli, że geny te zostały wzbogacone w szlaki ważne dla wzrostu aksonów neuronów. Klucze do czucia, neurony czuciowe odbierają i przekazują informacje do centralnego układu nerwowego. Aksony to wąsy, które odchodzą od nich do tkanek.

„To doprowadziło nas do postawienia hipotezy, że być może fibroblasty wytwarzają substancje, które zakłócają wzrost nerwów czuciowych” – stwierdził Orange. Ale jaką rolę odgrywało białko w odczuwaniu bólu? Aby się tego dowiedzieć, naukowcy wyhodowali neurony in vitro, a następnie oblali je Netrin-4. To spowodowało kiełkowanie i rozgałęzianie receptorów bólu CGRP+ (peptyd związany z genem). Wyniki stanowią pierwszy przypadek wykazania, że ​​Netrin-4 wpływa na wzrost neuronów wrażliwych na ból, zauważył Orange.

Obrazowanie tkanki maziowej RZS ujawniło również nadmiar naczyń krwionośnych, które odżywiają i pielęgnują nowe komórki. Naczynia te były otoczone włóknami nerwu czuciowego CGRP+ i rosły w kierunku wyściełających je fibroblastów w obszarach nadmiernego wzrostu tkanki, czyli rozrostu. Proces ten prawdopodobnie prowadzi do delikatnego obrzęku, który wielu reumatologów i chirurgów myli z zapaleniem. W sprawozdaniach z badań komórkowych zespół stwierdził: „Dochodzimy do wniosku, że neoangiogenezie prowadzącej do nieprawidłowych procesów brodawkowatych w kierunku fibroblastów wyściełających błonę maziową RZS o niskim stanie zapalnym towarzyszyła neoneurogeneza aksonów nocyceptywnych CGRP+”.

W przyszłości badacze zamierzają skoncentrować się na innych produktach wytwarzanych przez fibroblasty, które mogą wpływać na wzrost neuronów wrażliwych na ból. „… te odkrycia potwierdzają model, w którym fibroblasty wyściółki błony maziowej wyrażają geny związane z bólem, które wzmagają wzrost neuronów wyczuwających ból w obszarach przerostu błony maziowej w RZS” – napisali. „Potrzebne są przyszłe badania, aby dokładniej odkryć związek zidentyfikowanych tutaj genów ze wzrostem neuronów i odczuwaniem bólu przez pacjenta, niezależnie lub w połączeniu z innymi genami”. Dodali, że potrzebne będą również dodatkowe prace, aby zbadać wpływ produktów fibroblastów na ludzkie neurony. „W tym zbiorze danych istnieje również wiele innych genów powiązanych z raportami pacjentów dotyczącymi bólu, które wymagają dodatkowych badań”.

Badacze mają ponadto na celu przyjrzenie się innym typom nerwów czuciowych, na które może to mieć wpływ. „Badaliśmy jeden typ, ale jest ich około tuzina” – zauważył Orange. „Nie wiemy, czy wszystkie nerwy są dotknięte w równym stopniu. I nie chcemy blokować wszystkich sensacji. Nerwy czuciowe są ważne, aby wiedzieć, że należy unikać pewnych ruchów i pozycji stawu w przestrzeni, na przykład… Chcemy przestudiować te szczegóły, abyśmy mogli opracować inne metody leczenia pacjentów, którzy nie mają dużo stanów zapalnych. W tej chwili biorą leki, które mogą kosztować 70 000 dolarów rocznie, ale nie mają szans na działanie. Musimy lepiej dostarczać odpowiedni lek właściwemu pacjentowi”.