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间质性肺病

原文

探索一种强力PI3激酶/ mTOR抑制剂作为小说在IPF anti-fibrotic代理

保罗•F美世1,
汉娜V丘鹬1,
杰西卡·D等1,
曼努埃拉板1,
米甲克苏里科沃斯基做1,
帕斯卡F Durrenberger1,
琳达·富兰克林1,
卡梅尔B Nanthakumar2,
严的人2,
Federica热那亚3,
罗宾·J McAnulty1,
一位杨2,
托比·M·马赫4,
安德鲁·G·尼科尔森4,
安迪·D布兰查德2,
理查德·P马歇尔2,
波林T Lukey2,
瑞秋C室1

¹UCL呼吸道炎症和组织修复中心,全片学院,伦敦大学学院,伦敦、英国
²纤维化DPU、呼吸道助教,葛兰素史克公司,斯蒂夫尼奇、英国
³北欧生物科学,Herlev、丹麦
⁴NIHR呼吸生物医学研究单位,皇家主管布朗普顿医院地铁站,伦敦、英国

对应到瑞秋教授C室,炎症和组织修复中心,伦敦大学学院的呼吸,全片研究所5大学街,伦敦大学学院,伦敦WC1E 6 jj,英国;r.chambers在{}ucl.ac.uk

文摘

基本原理特发性肺纤维化(IPF)是最快速进步和致命的纤维变性的条件没有治疗疗法。常见pathomechanisms IPF和癌症之间越来越认可,包括功能失调pan-PI3激酶(PI3K)信号的驱动程序异常增生性反应。GSK2126458是一种新型的、强大的PI3K /哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)抑制剂最近完成了第一阶段试验的肿瘤。我们的目标是建立一个科学和计量框架PI3K抑制与该代理在IPF临床剂量可展。

方法我们探索途径信号在IPF肺组织和检查的证据的效力GSK2126458 IPF肺组织纤维母细胞功能分析和展示。我们进一步探索潜在的IPF patient-derived支气管肺泡灌洗(BAL)细胞作为药效学生物传感器监测GSK2126458目标参与肺内。

结果我们提供的证据PI3K通路激活在纤维化病灶,IPF的基本病变。GSK2126458抑制PI3K信号和功能性反应IPF-derived肺成纤维细胞,抑制一种蛋白激酶磷酸化在IPF肺组织和BAL派生细胞类似的效力。集成这些数据启用了GSK2126458药代动力学癌症的临床试验数据建模对IPF患者最佳的给药方案。

结论我们的数据在IPF PI3K定义为一个有前途的治疗目标,提供了一个科学和计量框架发展GSK2126458在这种疾病临床试验设置。这个代理正在进行的proof-of-mechanism试验。

试验注册号码NCT01725139,临床前。

特发性肺纤维化

这是一个开放的分布式条188滚球软件依照Creative Commons归因的条款(4.0)CC许可,允许别人分发,混音,适应和发展这项工作,为商业使用,最初的工作是提供适当的引用。看到的:http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

http://dx.doi.org/10.1136/thoraxjnl - 2015 - 207429

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特发性肺纤维化

关键信息

关键问题是什么?

有科学理由使用临床高级pan-PI3激酶(PI3K) /哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)抑制剂在特发性肺纤维化(IPF) ?

底线是什么?

我们提供一个全面的科学和计量框架针对PI3激酶信号与IPF pan-PI3激酶/ mTOR抑制剂,GSK2126458,基于小说的探索功能端点patient-derived切肺片细胞和精度。

为什么要读吗?

这项研究提供了关键数据来支持这个代理的发展IPF患者proof-of-mechanism试验,进一步提出了一个路线图的重新定位现有肿瘤代理作为小说治疗代理在IPF设置最低要求额外的使用实验动物。

介绍

特发性肺纤维化(IPF)代表一个最快速进行性纤维化的条件与诊断,平均3.5年的生存1比许多癌症。过去十年见证了一个指数上升,临床试验活动IPF的代理施加多效性的影响,如pirfenidone (Esbriet)和nintedanib (Ofev)最近批准作为第一个代理减缓疾病进展。2,3然而,仍然迫切需要制定治疗策略停止而不是延缓疾病进展。

纤维化病灶,IPF的前哨病变,包括成纤维细胞和α平滑肌肌动蛋白阳性(αSMA +) myofibroblasts嵌入在I型collagen-rich矩阵。这些病变被认为代表的前缘无情的纤维化反应和产生的结果高度异常伤口愈合反应的特点是上皮细胞特异表达/间质相声和复杂网络的增殖和分化的信号收到改建和自我平衡地退化微环境4 - 7(综述4)。IPF和癌症之间的相似之处越来越认可,与活跃的信号通路、转录组和microrna的概要文件和表观遗传特征表现出相当程度的重叠与肺癌。8 - 11此外,增加18 f-fluorodeoxyglucose (FDG)吸收,癌细胞的标记的有氧糖酵解,最近发表在IPF患者的肺。12这些观测结果支持了这样的观点,即一个数量的药物开发肿瘤可能是探索在IPF的设置作为潜在的治疗药物。

一班PI3K形成一个重要的致癌信号节点,集成来自各种输入信号包括酪氨酸激酶受体,受体g蛋白耦合和Ras激活,13调节多种细胞过程,包括细胞周期进展,增长和扩散,代谢和合成途径除了炎症反应。有证据表明,类1 PI3K亚型,尤其是p110γ,表现出增强的表达式在IPF组织和纤维母细胞,14几个关键的信号激活下游profibrotic生长因子与IPF,包括血小板源生长因子、转化生长因子(TGF) -β_1。15,16证据表明,特异表达PI3K信号由于低活性的肿瘤抑制基因,磷酸酶和tensin同系物(PTEN)可能导致IPF myofibroblasts profibrotic表型,17,18此外,抑制类1 PI3K anti-fibroproliferative效果在体外和肿瘤坏死因子α诱导纤维化在活的有机体内。19,20.

GSK2126458是一个强有力的、高度选择性pyridilsulfonamide抑制剂类1同功酶PI3K除了哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)。21最初开发的肿瘤,GSK2126458目前(在撰写本文时)被评估在一个阶段我非盲剂量升级与耐火材料固体肿瘤或淋巴瘤(受试者的试验https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00972686)。

本研究的目的是评估科学和剂量理由重新定位GSK2126458小说作为一个潜在的治疗IPF的代理。我们探索的证据PI3K pro-fibrotic IPF肺组织与执行相结合的信号在体外GSK2126458和相关开发化合物的药理评估肺IPF和non-IPF控制成纤维细胞。我们也评估抑制剂影响使用小说在展示功能端点IPF组织切片,并进一步评价pAkt水平IPF支气管肺泡(BAL)细胞作为一个潜在的药效学(PD)生物标志物监测目标参与未来的临床研究。整合这些数据与药代动力学(PK)数据从肿瘤试验使造型GSK2126458 IPF的最佳给药方案和进展的GSK2126458 IPF proof-of-mechanism (PoM)研究(https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01725139)。以及提供一个理由发展小说在IPF治疗剂,这些对未来的进一步研究提供一个新的范例里重新定位现有药物的小说anti-fibrotic代理。

方法

病人资料

所有的人类样本获得知情同意签署和研究伦理委员会批准(10 / H0504/9 10 / H0720/12和12 / EM / 0058)。IPF患者诊断符合当前国际指导方针。22肺组织切片实验获得了来自欧洲Asterand(罗伊斯顿、英国)符合2004年英国人体组织法案。

主要纤维母细胞和支气管上皮细胞培养

主要人类肺成纤维细胞(LFs)从外植体的文化IPF (IPF-LF)或non-IPF控制(C-LF)肺组织和培养如前所述。23主要人类支气管上皮细胞(HBECs)隔绝的地区正常气道IPF或non-IPF控制肺部组织如前所述。24看到在线补充材料。

补充材料

[thoraxjnl - 2015 - 207429 - supp.pdf]

免疫组织化学

疣状为pAkt^S473,pAkt^T3084日,αSMA和CD68进行μm formalin-fixed石蜡包埋串行部分的人类肺活检材料从n = 12 IPF患者,使用avidin-biotinylated合酶复杂的方法(向量实验室)。这些标记dual-immunofluorescence共聚焦显微镜也进行代表纤维化病灶。看到在线补充材料。

一种蛋白激酶磷酸化在展示肺片和胶原蛋白合成

精密切割片IPF肺,8毫米,在DMEM培养24 h补充0.4% FCS(5%股份有限公司₂/湿度100%)之前PI3K抑制剂化合物1或GSK2126458孵化。短期暴露的影响(2 h)化合物1是一种蛋白激酶磷酸化评估Milliplex地图(微孔)珠测定肺片匀浆在冰冷PhosphoSafe缓冲区(微孔)。的影响在不同的实验中,GSK2126458在组织水平的胶原蛋白形成标记P1NP上层清液进行专利竞争ELISA(北欧生物科学)如前所述。25片与抑制剂孵化前5天的收获。看到在线补充材料。

纤维母细胞和BALF液细胞phospho-proteins

GSK2126458的影响在FCS-induced Akt磷酸化在C-LFs (n = 2)和IPF-LFs (n = 5)评估了内消旋规模发现(MSD)系统。磷酸化事件(pAkt和pSMAD2)在免疫印迹C-LFs也被评估。光密度分析西方墨迹了使用ImageQuant TL v8.1软件(通用电气医疗集团)。乐队在phospho-protein墨迹的强度除以总蛋白质后的剥离强度和re-probing。值表示为一个积极的(刺激)的比例控制。GSK2126458的影响在支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞颗粒获得IPF (n = 6)患者进行常规诊断BAL也评估了MSD。看到在线补充材料。

成纤维细胞增殖

GSK2126458在FCS-induced扩散控制的效果(n = 2)和IPF-derived主要人类LFs (n = 5)被MTS试验评估。纤维母细胞增殖也评估了5-ethynyl-2′脱氧尿苷(EdU)纳入基本人类DNA LFs (n = 5控制,n = 2 IPF)。纤维母细胞和HBEC凋亡的评估是通过半胱天冬酶3、7激活。看到在线补充材料。

测定胶原蛋白1基因表达和Pro-collagen合成

Col1A1基因表达在汇合的纤维母细胞单层膜后TGFβ刺激评估了rt - pcr试剂盒提取后按照制造商的指示(热费希尔)。RNA是DNAse治疗使用DNAfree工具包(Ambion)和实时rt - pcr进行使用台面绿色qPCR MasterMix + SYBR试验(Eurogentec)。提供的详细方法在线补充材料。纤维母细胞pro-collagen生产的高效液相色谱法(HPLC)定量评估羟脯氨酸在上层清液汇合的单层成纤维细胞,如前所述。26胶原蛋白生物合成和沉积也评估了分子拥挤化验修改从先前描述的方法使用在细胞分析仪6000含量高成像系统(通用电气医疗集团生命科学)。27看到在线补充材料。

结果

活跃的PI3K信号在IPF纤维化病灶

我们第一次执行DAB-based免疫组织化学(包含IHC)探索功能的证据PI3K信号区域的活跃的纤维化IPF肺活检材料(n = 12例代表部分如图所示),评估关键下游激酶的磷酸化状态,一种蛋白激酶。在线补充图S1展示了磷酸化Akt著名的免疫反应性^S473和一种蛋白激酶^T308局部的经典纺锤状,αSMA + myofibroblasts和上皮覆盖纤维化病灶和细胞毛细血管内皮细胞的形态学特征(见在线补充图S1A, C, E)。CD68 +巨噬细胞居住在空域pAkt也表现出信号^S473和pAkt^T308(见在线补充图S1A、C、G)。相比myofibroblasts纤维化病灶,气道平滑肌细胞划定αSMA +信号显示一种蛋白激酶磷酸化的证据,而著名的观察磷酸化支气管上皮细胞(见在线补充图印地D, F)。更详细的评估提供的细胞pAkt本地化的共焦双免疫荧光(图1)。这些研究证实pAkt的本地化^S473和pAkt^T308αSMA + myofibroblast子集,但是微分染色模式中观察到上覆上皮为pAkt优先展示信号^S473(图1f)。在支气管上皮,pAkt^S473和pAkt^T308pAkt显示不同亚细胞分布^S473分布式水、基底细胞层,pAkt相比^T308主要是水、位于(图1先生)。αSMA +气管平滑肌对pAkt不利。CD68 +巨噬细胞表现出明显但异构pAkt染色模式^S473和pAkt^T308(图1G-L)。

Akt phosphorylation co-localised within fibrotic foci, macrophages and bronchial epithelium in the idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) lung. Immunofluorescence for α smooth muscle actin (αSMA, green, A and D), Akt phosphorylated at serine 473 (pAkt^S473, red, B) and threonine 308 (pAkt^T308, red, E) is shown co-localised (C and F) within fibrotic foci (A–F). Immunofluorescence for CD68 (green, G and J), pAkt^S473 (red, H), pAkt^T308 (red, K) is shown co-localised (I and L) within macrophages in airspaces (panels G–L). In panels M–R immunofluorescence for pAkt^S473 (red, N), pAkt^T308 (red, Q) is shown localised to unstained cells morphologically characteristic of bronchial epithelium (N, Q, O and R). Cells morphologically characteristic of airway smooth muscle are evident (green, M and P). DAPI-stained nuclei are highlighted in blue. 25 μm scale bars are shown.

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图1

一种蛋白激酶磷酸化co-localised纤维化病灶内,巨噬细胞和支气管上皮在特发性肺纤维化(IPF)的肺。α平滑肌肌动蛋白免疫荧光(αSMA绿A和D),一种蛋白激酶磷酸化丝氨酸473 (pAkt^S473,红色,B)和苏氨酸308 (pAkt^T308,红色,E)显示co-localised纤维化病灶内(C、F) (F)。CD68免疫荧光(绿色,G和J), pAkt^S473(红色、H), pAkt^T308(红、K)显示co-localised(我和L)在空域内巨噬细胞(电池板G-L)。在面板先生pAkt免疫荧光^S473(红、N), pAkt^T308(红色,Q)显示局部无污点的支气管上皮细胞的形态特征(N, Q, O和R)。气管平滑肌的细胞形态学特征(绿色,M和P)很明显。DAPI-stained核用蓝色突出显示。25μm规模酒吧所示。

研究在生活培养展示肺片从IPF患者获得证实肺组织中的主要一种蛋白激酶磷酸化,这个信号降低浓度的方式孵化GSK2126458模拟密切相关的,化合物1 (图2)(见在线补充图对复合结构和S2在线补充表S1复合关联数据)。

Pan-PI3 kinase (PI3K) dual mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibition reduces Akt phosphorylation in human idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) lung slices. Precision cut lung slices were treated with vehicle or increasing concentrations of PI3K inhibitor (Compound 1) for 2 h (0.1% DMSO vehicle was constant for all experimental conditions). Following harvest and homogenisation, pAkt levels were assessed by Milliplex Map transforming growth factor (TGF)-β signalling beads and normalised to glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). Data are shown for mean fluorescence intensity (MFI) normalised to GAPDH as ±SEM of n=4 technical replicate wells per condition; *p<0.05, **p<0.01 (one-way ANOVA with Tukey post-hoc testing).

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图2

Pan-PI3激酶(PI3K)双重哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)抑制减少一种蛋白激酶磷酸化在人类特发性肺纤维化(IPF)肺片。精密切肺片治疗浓度增加与汽车或PI3K抑制剂(化合物1)2 h (0.1% DMSO车辆是恒定的实验条件)。获取和均化后,pAkt水平评估Milliplex地图转化生长因子(TGF) -β信号珠子和3 -磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)正常化。数据显示平均荧光强度(MFI)正常化GAPDH n = 4的±SEM技术复制水井每条件;* * * p < 0.05, p < 0.01的答案(与图基单向方差分析的测试)。

人类LFs GSK2126458变弱促有丝分裂的主要反应在体外

我们下一个评估GSK2126458效果的一种蛋白激酶磷酸化和初级IPF和non-IPF扩散控制LFs (IPF-LF和C-LF)。GSK2126458抑制serum-induced pAkt C-LF (图3一个和在线补充表S2,几何平均IC₅₀= 0.84 nM(范围0.43 - -1.64),n = 2捐助者)和IPF-LF (图3C和在线补充表S2,几何平均IC₅₀= 1.52 nM (95% CI 0.73 - 3.18),在IPF-LF n = 5捐助者)。图3E显示了一个代表免疫印迹说明pAkt GSK2126458的效果^S473磷酸化。图3B, D和在线补充表S3说明GSK2126458也抑制FCS-induced纤维母细胞增殖(C-LF几何平均IC₅₀= 18.70 nM (95% CI 12.45到28.08,n = 2捐助者),IPF-LF几何平均= 23.64 nM (95% CI 13.61 - 41.07), n = 5捐助者)通过MTS试验评估。GSK2126458的抑制性影响FCS-induced纤维母细胞增殖被证实使用第二个试验基础上修改后的胸苷类似物的掺入,EdU,进入新合成DNA(点击它EdU)。的集成电路₅₀为GSK2126458获得在这个分析系统相媲美,获得在MTS试验(图3F和在线补充表S4,几何平均IC₅₀= 15.91 nM;(95% CI 8.22 - 30.87))。GSK2126458对成纤维细胞凋亡的影响的调查(诱导半胱天冬酶3、7活动),表明细胞凋亡才可检测浓度≥3μM (图3G),表明一个大约25倍窗口之间的有力anti-proliferative GSK2126458和LFs的诱导细胞凋亡。

GSK2126458 inhibits Akt phosphorylation and proliferation in normal and idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) primary human lung fibroblasts. Control (C-LF, n=2, A) or IPF lung fibroblasts (IPF-LF, n=5, C) were pre-incubated with increasing concentrations of GSK2126458. Following 30 min stimulation with 20% FCS, pAkt^S473 signal was normalised to total Akt and expressed as % maximum response (maximum asymptote) and is shown as mean±SEM of n=3 replicate wells per condition. A representative Western blot is shown visualising the effect of GSK2126458 on FCS-induced phosphorylation of Akt^S473 in a representative C-LF line (E). Subconfluent control (C-LF, n=2, B) or IPF lung fibroblasts (IPF-LF, n=5, D) were pre-incubated with increasing concentrations of GSK2126458. Following 72 h stimulation with 10% FCS, fibroblast proliferation was measured using an MTS assay at 490 nm. Data were expressed as % maximum response (maximum asymptote) and are shown as mean±n=6 replicate wells per condition. Incorporation of EdU (5-ethynyl-2′deoxyuridine) into the DNA of sub-confluent fibroblasts was also used as a measured of proliferation following 72 h of FCS stimulation (C-LF, n=5, dashed lines; IPF-LF, n=2, solid lines (F)). IC₅₀ values (panels A–D and F) were calculated using four-parameter non-linear regression, and representative curves are shown for each fibroblast line. FCS stimulated and unstimulated DMSO vehicle control fibroblast data points are indicated as (+) and (−), respectively (panels A–F). DMSO was maintained at 0.1% for all conditions. Activation of fibroblast caspase 3 and 7 was assessed following incubation with increasing concentrations of GSK2126458 in the presence of 10% FCS by Caspase Glo (G). FCS-stimulated (+) vehicle control (0.1% DMSO) fibroblasts are indicated. Data are expressed as fold relative to baseline cells (no FCS, 0.1% DMSO) and shown as mean±SEM of n=3 replicate wells per condition. **p<0.0001 for differences in raw data values from FCS-stimulated controls (two-way ANOVA, Tukey's multiple comparisons test).

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图3

GSK2126458抑制一种蛋白激酶磷酸化和扩散在正常和特发性肺纤维化(IPF)的主要人类肺成纤维细胞。控制(C-LF, n = 2)或IPF肺成纤维细胞(IPF-LF, n = 5, C) pre-incubated GSK2126458浓度增加。30分钟后刺激有20% FCS, pAkt^S473信号正常总Akt,表示为%最大响应(最大渐近线)和显示为±SEM (n = 3井/复制状态。一个代表性的免疫印迹显示想象Akt的GSK2126458对FCS-induced磷酸化的影响^S473在代表C-LF线(E)。Subconfluent控制(C-LF, n = 2, B)或IPF肺成纤维细胞(IPF-LF n = 5 D) pre-incubated GSK2126458浓度增加。72 h与10% FCS刺激后,纤维母细胞增殖测定使用MTS试验在490海里。数据表示为%最大响应(最大渐近线)和显示为±n = 6井/复制状态。整合EdU (5-ethynyl-2′脱氧尿苷)sub-confluent成纤维细胞的DNA也用作测量扩散72 h后FCS刺激(C-LF, n = 5,虚线;IPF-LF, n = 2,实线(F))。集成电路₅₀模拟和F值(面板)计算使用的四个参数非线性回归,为每个纤维母细胞线和代表曲线所示。FCS DMSO车辆控制,包括刺激和未刺激纤维母细胞数据点表示为(+)和(−),分别(电池板f)。DMSO对所有条件维持在0.1%。半胱天冬酶3和7的激活的孵化与后评估中GSK2126458浓度增加10% FCS半胱天冬酶的存在如果(G)。FCS-stimulated(+)车辆控制(0.1% DMSO)成纤维细胞。数据表示为褶皱相对于基线细胞(没有FCS, 0.1% DMSO)和显示为±SEM (n = 3井/复制状态。* * p < 0.0001为差异原始数据值从FCS-stimulated控制(双向方差分析,图基的多个对比测试)。

在IPF BALF细胞GSK2126458抑制一种蛋白激酶磷酸化

包含IHC研究(图1和在线补充图S1)显示IPF肺泡内巨噬细胞空间高度为pAkt免疫反应性的。因此我们推断,由于巨噬细胞是一个杰出的IPF BALF细胞类型,这种观察可以利用开发PD生物传感器监测在活的有机体内由GSK2126458抑制PI3K的信号。

BALF微分细胞计数证实,巨噬细胞形成了突出的细胞类型(n = 6,看到在线补充表S5)。一种蛋白激酶磷酸化观察所有患者BALF细胞获得,孵化与GSK2126458导致浓度减少pAkt水平(图4看看在线补充表S6,几何平均IC_{50 =}0.58 nM (95% CI 0.40 - 0.86))。的抑制GSK2126458进一步发现BALF细胞re-suspended冰冷的生理盐水中维护35分钟后孵化与药物(数据未显示)。

GSK2126458 inhibits Akt phosphorylation in bronchoalveolar lavage (BALF) cells from patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). IPF BALF cells (n=6) were incubated with 0.1% DMSO (vehicle control) or increasing concentrations of GSK2126458 for 30 min at 37°C (0.1% DMSO vehicle was constant for all experimental conditions). Cell lysates were assayed for total Akt and pAkt^S473 using Meso Scale Discovery (MSD) electro-chemiluminescence technology. pAkt^S473 signal was normalised to total Akt signal and expressed as % of a reference vehicle control well for each experiment (Veh). Data are shown as mean±SEM of triplicate wells per condition. IC₅₀ values were calculated using four-parameter non-linear regression.

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图4

GSK2126458抑制一种蛋白激酶磷酸化在支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞来自患者特发性肺纤维化(IPF)。IPF BALF细胞(n = 6)孵化与0.1% DMSO浓度增加(车辆控制)或GSK2126458为30分钟37°C (0.1% DMSO车辆是恒定的实验条件)。细胞溶解产物是总Akt和pAkt化验^S473使用内消旋规模发现(MSD) electro-chemiluminescence技术。pAkt^S473信号正常总一种蛋白激酶信号表示为%每个实验的参考车辆控制好(阿明费)。一式三份的水井数据显示为均值±SEM /条件。集成电路₅₀使用的四个参数非线性回归值计算。

综合PK / PD模型指导剂量选择GSK2126458 IPF患者

开发一个剂量理由GSK2126458未来IPF的临床试验,从这些数据在体外研究与人类GSK2126458 PK数据集成先进的固体肿瘤患者(正在进行的临床试验http://www.gsk-clinicalstudyregister.com/study/112826 rs),根据该计划中概述图5。随机模型进行模拟,提供预测药物接触剂量的范围。根据这个模型,一天两次最大耐受剂量为2.5毫克剂量,GSK2126458可能提供足够的接触大大影响关键PD端点,包括一种蛋白激酶磷酸化和IPF患者肺纤维母细胞增生(表1)。

把这个表:

表1

预测药效学GSK2126458特发性肺纤维化患者的剂量(马克斯:最大抑制(%),分钟:最低抑制(%))

Construction of an integrated pharmacokinetic (PK)/pharmacodynamics (PD) model for GSK2126458 in patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). Schematic illustrating the strategy for integration of in vitro PK/PD data with human PK for clinical dose response estimation in IPF. Equation (1): Inh represents the % inhibition of pAkt (IPF myofibroblasts or bronchoalveolar lavage fluid (BALF) cell isolates) of fibroblast proliferation (IPF myofibroblasts), EMAX=maximum estimated inhibition, EC₅₀=drug potency and shape=gradient of the response curve. ε refers to residual or unexplained variability, the subscript i indicates replicate cell line, j is individual drug concentration from each cell line.

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图5

建设一个完整的药代动力学(PK) /药效学(PD)模型GSK2126458患者特发性肺纤维化(IPF)。示意图说明整合的策略在体外PK / PD数据与人类PK IPF的临床剂量反应评估。方程(1):异烟肼代表%抑制pAkt (IPF myofibroblasts或支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞隔离)的纤维母细胞增殖(IPF myofibroblasts),估计EMAX =最大抑制,EC₅₀=药物效力和形状=梯度的响应曲线。ε是指剩余或原因不明的可变性,下标我表明复制细胞系,j从每个细胞株个体药物浓度。

GSK2126458对上皮细胞凋亡的影响

上皮细胞的观察还显示一个著名pAkt信号使我们进一步调查潜在GSK2126458对上皮细胞凋亡的影响。图6说明半胱天冬酶3 7活动是在初级HBECs诱导浓度≥3μM (n = 2控制捐助者,n = 1 IPF捐赠)。

Effect of GSK2126458 on epithelial cell apoptosis. Activation of epithelial caspase 3 and 7 was assessed in primary bronchial epithelial cultures following incubation with increasing concentrations of GSK2126458 for 72 h (0.1% DMSO vehicle was constant for all experimental conditions). Human bronchial epithelial cell (HBEC) cultures were derived from n=2 control and n=1 idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) donor lungs. Data are expressed fold relative to baseline (0.1% DMSO) controls (Veh) and shown as mean±SEM of n=6 replicate wells per condition; **p<0.0001 for differences in raw data values from no vehicle controls (two-way ANOVA, Tukey's multiple comparisons test).

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图6

GSK2126458对上皮细胞凋亡的影响。激活的上皮细胞凋亡蛋白酶3和7在主支气管上皮文化评估后孵化72 h的GSK2126458浓度增加(0.1% DMSO车辆是恒定的实验条件)。人类支气管上皮细胞(HBEC)文化来自n = 2控制和n = 1特发性肺纤维化(IPF)供体肺。数据表达褶皱相对于基线(0.1% DMSO)控制(阿明费)和显示为均值±SEM (n = 6复制井/条件;* * p < 0.0001为差异在原始数据值没有车辆控制(双向方差分析,图基的多个对比测试)。

GSK2126458抑制TGFβpro-fibrotic反应₁在人类LFs主要在体外

进步、过度、缺乏组织沉积胶原等细胞外基质(ECM)蛋白质的基础肺功能的改造导致损失总值在IPF TGFβ₁涉及的关键中介这一过程。5最近的报告进一步提出PI3K信号的参与轴SMAD-independent TGFβ₁信号。15,28我们也因此探索GSK2126458干涉TGFβ的潜力₁全身的成纤维细胞胶原蛋白的生产。

我们首先定义了PI3K激活动力学与规范SMAD TGFβ后信号₁(1 ng / ml)刺激。图7A、B说明了外生TGFβ₁诱发快速磷酸化SMAD2达到2 h, pAkt^S473表现出较慢的动能达到12 - 24 h (图7D)。延迟一种蛋白激酶磷酸化与之前的报道相一致,表明潜在的自分泌中介的参与。15值得注意的是在我们的实验中,这个峰值之前的巅峰胶原蛋白(COL1A1)基因表达(36 h;图7C)。

Time course of the primary human fibroblast response to transforming growth factor (TGF)-β₁. Confluent lung fibroblasts (LFs) were stimulated with TGFβ₁ (1 ng/mL) and lysates collected over the indicated timecourse (A, B and D). Phosphorylation of SMAD2 or Akt^S473 is shown by Western blot (A) and densitometry (B and D). Collagen gene expression in TGFβ₁ (1 ng/mL) stimulated (C, dark triangles and dashed line) or unstimulated (C, light triangles and dashed line) was assessed in LFs over the indicated time course. Pro-collagen recovered from cell supernatants over the same time course in TGFβ₁ stimulated (C, dark bar) or unstimulated (C, light bar) is also shown. Serum-free confluent primary human LFs (HLFs) were incubated with increasing concentrations of GSK2126458 or 0.1% DMSO and stimulated with TGFβ₁ (1 ng/mL) for 12 h (0.1% DMSO vehicle was constant for all experimental conditions). Phosphorylation of SMAD2 and Akt^S473 is shown by representative Western blot (E). Densitometry illustrating the effects of GSK2126458 on pAkt^S473 in HLFs from n=3 donors is shown (F).

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图7

时间进程的主要人类成纤维细胞转化生长因子(TGF) -β响应₁。融合性的肺成纤维细胞(LFs)与TGFβ刺激₁(1 ng / mL)和溶解产物收集表示timecourse (A, B, D)。SMAD2或一种蛋白激酶的磷酸化^S473通过免疫印迹(A)和微显示(B和D)。在TGFβ胶原基因表达吗₁(1 ng / mL)刺激(C,黑暗的三角形和虚线)或者如果(C,光三角形和虚线)评估在LFs表示时间进程。Pro-collagen恢复细胞上清液在TGFβ在同一时间₁刺激(C,昏暗的酒吧)或者如果(C,光栏)也显示。无血清汇合的主要人类LFs (HLFs)孵化GSK2126458或0.1% DMSO浓度增加和刺激TGFβ₁(1 ng / mL) 12 h (0.1% DMSO车辆是恒定的实验条件)。SMAD2和Akt的磷酸化^S473是代表免疫印迹(E)所示。微pAkt说明GSK2126458的影响^S473在HLFs n = 3捐助者(F)所示。

我们下一个评估的影响GSK2126458 SMAD2和一种蛋白激酶磷酸化添加外源性TGFβ后12小时₁。图7E表明GSK2126458 SMAD2磷酸化,抑制TGFβ没有影响₁全身的一种蛋白激酶磷酸化浓度的方式,最大限度抑制获得10 nM (图7E、F)。

我们的下一个特征为抑制TGFβGSK2126458的效力₁myofibroblasts诱导胶原沉积,使用一种新颖的高含量基于成像的分子聚集试验。27 图8说明GSK2126458减毒TGFβ₁全身的成纤维细胞胶原沉积,IC₅₀132.5 nM (95% CI 65.5 - 268),并导致细胞数量的减少集成电路₅₀1.66μM (95% CI 0.51 - 5.43)。诱导半胱天冬酶3 7分子拥挤的条件下是一致的浓度GSK2126458导致细胞数量减少,说明细胞凋亡在拥挤的条件下可能负责观察细胞数量减少(见在线补充图S3)。集体这些数据显示明显分离的抑制性影响GSK2126458胶原沉积和诱导细胞凋亡。相比之下,选择性TGFβRI (ALK5)抑制剂,抑制TGFβSB525334₁诱导胶原沉积IC₅₀200.5 nM(95%可信区间159 - 252;图8B)。图像捕捉抑制剂的影响主要肺成纤维细胞与IPF隔离和控制在本试验也显示(图8C)。

Pan-PI3 kinase (PI3K)/mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibition attenuates transforming growth factor (TGF)-β₁-induced collagen production in human lung fibroblasts (LFs), and collagen formation markers in idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) lung tissue. Confluent LFs were incubated with increasing concentrations of GSK2126458 (A) or SB525334 (B) and stimulated for 48 h with TGFβ₁ (1 ng/mL) and collagen biosynthesis assayed by molecular crowding assay (0.1% DMSO vehicle was constant for all experimental conditions). Data are expressed as mean fluorescent intensity (n=4 reads per well) and cell counts obtained from DAPI counterstaining (blue channel). Data are shown as mean±SEM of n=3 replicate wells per condition. IC₅₀ values were calculated using four-parameter non-linear regression. Replicate experiments were carried out on human lung fibroblasts (HLFs) from a non-IPF donor and representative curves are shown. Images from each cell treatment are shown (C). 8 mm slices of IPF lung were cultured for 24 h in DMEM supplemented with 0.4% FCS and treated with vehicle, 10 μM SB525334 (open circles) or increasing concentrations of Compound 1 (inhibitor) for 0–3 days (filled grey circles) and further from 3 to 5 days (filled black circles) following media change. P1NP levels were measured in harvested supernatants (D). Data are shown as ±SEM of n=4 replicate wells per condition; *p<0.05, **p<0.01 (two-way ANOVA with Bonferroni post-hoc testing).

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图8

Pan-PI3激酶(PI3K) /哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)抑制变弱转化生长因子(TGF) -β₁全身的胶原蛋白生产在人类肺成纤维细胞(LFs)和胶原蛋白的形成标志在特发性肺纤维化(IPF)的肺部组织。汇合的LFs孵化了GSK2126458浓度增加(A)或SB525334 (B)和刺激与TGFβ48 h₁(1 ng / mL)和胶原蛋白生物合成结果,分子拥挤试验(0.1% DMSO车辆是恒定的实验条件)。数据表示为平均荧光强度(n = 4读取/)和细胞计数获得DAPI对比染色(蓝色通道)。数据显示为均值±SEM (n = 3井/复制状态。集成电路₅₀使用的四个参数非线性回归值计算。复制实验进行人类肺成纤维细胞(HLFs)从non-IPF捐赠者和代表曲线所示。图像从每个细胞治疗(C)所示。8毫米片IPF肺在DMEM培养24 h补充0.4% FCS和处理车,10μM SB525334(圆圈)或增加浓度的化合物1(抑制剂)0 - 3天(填充灰色圆圈),并进一步从3到5天(填充黑色圆圈)后媒体的变化。P1NP水平以收获上层清液(D)。数据显示为±SEM (n = 4复制井/条件;* * * p < 0.05, p < 0.01(双向方差分析Bonferroni因果测试)。

Pan-PI3K / mTOR抑制减少胶原蛋白在体外形成标记片IPF的肺部组织

我们最终的目的是探索证据直接功能PI3K / mTOR信号和矩阵之间的联系形成这种疾病设置通过监测人类pro-collagen 1伴肽的释放(P1NP)在IPF组织切片使用竞争ELISA基于专有的单克隆抗体。25 图8D显示相关GSK2126458模拟,化合物1,P1NP水平降低释放到肺片浮层,与最大抑制观察> 100海里;Alk5抑制剂的影响,SB525334(10µM),也会显示。

讨论

PI3K代表一个重要的致癌信号节点,涉及一系列炎症与癌症的细胞过程。最近的证据也表明这条通路在肝纤维化的作用,然而,我们所知目前没有PI3K制剂在临床开发IPF或其他纤维变性的条件。当前研究的目的是进一步探索针对IPF PI3K信号的基本原理和定义有效的药理和临床高级PI3K / mTOR抑制剂,anti-fibrotic GSK2126458,小说。

PI3K介导转化的磷脂酰肌醇4、5酮糖(PIP2)磷脂酰肌醇3,4,5联结(PIP3)等离子体膜,导致招聘,在苏氨酸308 (pAkt一种蛋白激酶的磷酸化^T308473)和丝氨酸(pAkt^S473)启动下游信号。PI3K途径验证研究的初始焦点IPF因此执行详细的包含IHC研究来确定一种蛋白激酶磷酸化在IPF活检组织中。这些研究表明pAkt明显的免疫反应性^S473与激活myofibroblasts IPF纤维化病灶内,正如前面建议。18我们为pAkt进一步提供证据^T308疣状与这些myofibroblasts相关,从而提供完整的第一个证据Akt激活在这种疾病的背景下原位。Immunofluorescent共焦co-localisation进一步研究提供了第一个证据的特异性差一种蛋白激酶的磷酸化:而pAkt^T308疣状myofibroblasts主导和薄带的细胞纤维化病灶位于epithelial-mesenchymal边境,pAkt^S473疣状上皮和myofibroblasts明显。此外,异构分布和一种蛋白激酶的磷酸化在IPF支气管上皮细胞和巨噬细胞中观察到肺。差一种蛋白激酶的磷酸化并没有被广泛地研究过了;然而在癌症,它提出了影响Akt的基质的相互作用,从而影响细胞的能动性和入侵。29日,30.感兴趣的,在非小细胞肺癌,pAkt升高^T308相对于pAkt^S473与不良预后相关。31日未来的研究来确定微分的影响上下文中的一种蛋白激酶的磷酸化IPF超出了本文的范围,但可能揭示一种蛋白激酶的作用重要的这种疾病。信心PI3K作为目标途径进一步扩展了功能研究IPF-derived肺部组织。一种蛋白激酶磷酸化在展示培养IPF肺片容易检测,这个信号被pan-PI3K /双重抑制mTOR抑制浓度的方式。

随后的扩散研究显示,GSK2126458抑制serum-induced一种蛋白激酶磷酸化和扩散摩尔效力在复合效果观察的病例中没有区别。值得注意的是,这种GSK2126458 anti-proliferative剖面与观察到的在之前在体外肿瘤学研究使用BT474和T47D乳腺癌行。21

虽然pan-PI3K / mTOR提供的优势克服功能类我亚型之间的冗余,32和阻止潜在的相声和反馈补偿机制通过抑制三个关键节点(PI3K, mTORC1和mTORC2),系统的前景目标为这类抑制剂的毒性,尤其是对诱导细胞凋亡,都记录在案。33在我们的研究中,使用主LFs和支气管上皮细胞,与抑制PI3K / mTOR信号相关的预期pro-apoptotic影响并不明显,直到GSK2126458浓度明显高于所需施加的anti-fibroproliferative和pro-apoptotic效果。这个窗口是鼓励和建议有相当大的潜力GSK2126458浓度下进行管理,主要是对有害IPF的纤维母细胞功能反应的影响。

评估药物PDs IPF患者肺的挑战是由于限制与组织相关的访问。我们包含IHC观察pAkt疣状与空域内巨噬细胞细胞收获的可能性从IPF BALF可以作为一个潜在的PD生物传感器监测有效药理的参与机制;即pAkt抑制肺的早期患者招募PoM的研究。为此,BALF细胞处理协议开发涉及最小细胞处理分析pAkt^S473在整个BALF细胞颗粒的基础上巨噬细胞是一个著名的细胞类型。这些数据还将提供额外的证据主要patient-derived肺细胞进一步支持GSK2126458剂量理由。有趣的是,IPF患者BALF细胞颗粒从pAkt展出^S473不需要激活外源性刺激和敏感GSK2126458抑制,在sub-nanomolar浓度。尽管抑制巨噬细胞功能并不是主要依据探索GSK2126458小说作为一个潜在的治疗IPF,巨噬细胞的潜在作用,特别是或者M2巨噬细胞激活,越来越认可。34-36最近的研究涉及PI3K信号在促进M2 IPF-derived BAL巨噬细胞分化,37提高调节巨噬细胞生物学可能本身提供一个额外的好处GSK2126458治疗这种疾病上下文。

在IPF剂量构建一个模型预测,药理数据来自成纤维细胞信号和促有丝分裂的化验与BALF细胞PI3K磷酸化集成数据和现有的PK数据从以前的人类肿瘤试验。模型模拟预测,在典型的临床剂量范围内(2 - 3毫克每日两次),GSK2126458会显著影响肺纤维母细胞PI3K信号和扩散的IPF患者。

决定进步GSK2126458 IPF PoM试验是建立在一个适当的剂量理由这种化合物作为纤维母细胞anti-proliferative代理,基于广泛的证据表明这种途径在多种细胞类型细胞生长和增殖反应和疾病设置。38然而,关键的IPF pathomechanisms而言,我们也感兴趣的是确定潜在的抑制TGFβ这个代理₁全身myofibroblast胶原蛋白生产、基于有限的文献报道表明PI3K参与SMAD-independent TGFβ₁信号。15,28这些研究表明,GSK2126458高度有效地衰减TGFβ₁全身myofibroblast胶原蛋白沉积在100纳米浓度范围。

我们的最终目标是直接链接PI3K / mTOR信号在IPF pro-fibrotic胶原蛋白形成肺组织使用一个体外人体组织模型。I型胶原蛋白是最代表肺部细胞外蛋白质及其特异表达营业额是纤维化的一个特点。在成熟的I型胶原蛋白,可溶性pro-collagen处理其不溶性形式通过羧基和氨基末端肽链内切酶裂解,生成肽片段,如氨基P1NP可以监控作为一个敏感的生物标志物的胶原蛋白的形成。25我们的研究表明,P1NP从体外释放IPF展示肺片长达5天的文化,进一步抑制PI3K / mTOR减毒这个过程。我们所知,这些研究代表直接的首次直接演示功能PI3K / mTOR信号之间的联系和ECM形成人类疾病在这个设置。值得注意的是在孤立的成纤维细胞和肺组织切片,pan-PI3K / mTOR表现出类似的功效的选择性TGFβRI (Alk-5)抑制剂,SB525334。这就提出了一个可能性,GSK2126458可能干扰TGFβ的纤维发生的影响₁信号实现临床剂量,可能保留其基本的稳态和肿瘤抑制功能。这是一个特别重要的考虑因素在IPF患者患肺癌的风险更高。5,39

总之,我们大大扩展了科学原理针对PI3K信号在IPF使用patient-derived细胞和肺组织。我们提供的证据活跃的PI3K信号IPF患者的纤维化病灶与数据一起GSK2126458变弱serum-induced TGFβ和扩散₁全身在IPF成纤维细胞胶原蛋白生产。人口与人类PK临床生物标志物数据建模和集成数据使我们开发安全有效地计量框架应该PI3K信号参与IPF患者的肺,支持发展在IPF GSK2126458进一步临床评价研究,双盲,安慰剂对照研究(https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01725139)。我们所知,这是第一个IPF临床研究旨在评估目标参与和PI3K / mTOR抑制剂的耐受性这种疾病。

确认

作者欣然承认Sharada Karanam (UCL), Susan Boyce Alicia-Edmenson做饭,Misba Berahee,西蒙和平与肿瘤代谢DPU Morten Karsdal (GSK)和(北欧生物科学)为他们的贡献这个手稿的研究和准备。

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脚注

烤瓷和HVW同样起到了推波助澜的作用。
贡献者概念和设计:烤瓷,HVW、CBN RJMcA, TMM, ADB, RPM, PTL和碾压混凝土。数据采集:烤瓷,智能手机、低频,PD, MP, YM和FG。分析和解释:烤瓷、CBN SY, AGN, ADB, RPM, PTL和碾压混凝土。
资金这项工作是由葛兰素史克公司协作框架协议与伦敦大学学院(UCL)。作者也承认支持来自英国医学研究委员会(先生/ K024078/1),生物技术和生物研究委员会(BB / L502133/1),美国国家卫生研究所伦敦大学学院医院生物医学研究中心和国家卫生研究所主管布朗普顿医院地铁站皇家生物医学研究单位。
相互竞争的利益RCC宣称这项工作资助的一个协作框架协议授予由葛兰素史克碾压混凝土。CBN YM, SY、亚行RPM和PTL葛兰素史克公司的员工调查领域的商业利益。FG是北欧生物科学与商业利益的员工在专有分析发展生物标志物的发现。
病人的同意获得的。
伦理批准UCLH和伦敦帝国学院伦理委员会。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。

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