L’impatto economico delle allergie alimentari è sbalorditivo, stimato in 25 miliardi di dollari all’anno negli Stati Uniti (4). Ogni anno 200.000 americani frequentano i reparti di emergenza per anafilassi correlata ad allergia alimentare e tra il 2005 e il 2014 è stato documentato un aumento del 124% delle visite (5, 6).
In netto contrasto con l’impressionante impatto sociale, medico ed economico delle allergie alimentari, vi è una preoccupante scarsità di opzioni terapeutiche disponibili per questa malattia. In effetti, lo standard di cura per l’allergia alimentare è l’evitamento degli allergeni, sebbene l’immunoterapia orale (OIT) per le arachidi (PN) sia stata approvata dalla FDA negli Stati Uniti (7).
Il maggiore impatto nel campo delle allergie alimentari è stato fornito da uno studio fondamentale che ha fornito prove conclusive che la somministrazione di PN a bambini di età compresa tra 4 e 11 mesi riduce drasticamente l’incidenza dell’allergia PN (8). Tuttavia, questo importante progresso lascia i milioni di pazienti con diagnosi di allergie alimentari in tutto il mondo senza protezione.
Chiaramente, una delle maggiori sfide rimanenti è se l’allergia alimentare consolidata possa essere fondamentalmente riparata. Questa sfida diventa ancora più pressante per le allergie come quelle a PN, frutta a guscio, pesce e crostacei che persistono per tutta la vita nella maggior parte dei pazienti (7, 9, 10). In questo contesto in particolare, un trattamento “trasformativo della malattia” richiederebbe il ripristino di una risposta immunitaria attiva non dannosa agli alimenti, nota come tolleranza. Definiamo un trattamento “trasformativo della malattia” come quello che altera con successo i meccanismi patologici sottostanti in modo permanente.
L’immunobiologia alla base della persistenza dell’allergia alimentare
La sensibilizzazione allergica inizia con l’interruzione dell’omeostasi nei siti della mucosa o della pelle, con conseguente rilascio di allarmine come IL-33, IL-25 e TSLP (11). I meccanismi di alterazione omeostatica che sono alla base della sensibilizzazione allergica sono stati ampiamente esaminati altrove (11). Questa violazione dell’omeostasi porta alla differenziazione di cellule CD4+ Th2 allergene-specifiche, cellule T helper follicolari (Tfh), plasmacellule a vita breve e cellule B di memoria (MBC), che contribuiscono tutte alla generazione di IgE e all’allergia alimentare clinicamente attiva (12, 13).
I livelli sierici di IgE sono estremamente bassi rispetto ad altri isotipi e le IgE hanno un’emivita di circa 3 giorni nell’uomo, un tasso di turnover rapido rispetto ad altri isotipi di immunoglobuline (14-16). L’evidenza di un ruolo delle plasmacellule a vita lunga nel reintegrare questi titoli di IgE e nella persistenza dell’allergia alimentare è stata a lungo contestata (12, 17).
Nel sangue periferico di pazienti allergici alla PN, le plasmacellule IgE+ hanno un programma trascrizionale immaturo caratterizzato dalla sovraregolazione dell’MHC e del recettore IgE a bassa affinità (CD23) e dalla sottoregolazione dei geni di sopravvivenza delle plasmacellule (19, 20). Inoltre, nei topi allergici alla PN che evitano la PN, le plasmacellule IgE+ hanno un’emivita di circa 60 giorni (18). Una volta legata ai mastociti, la degranulazione dei mastociti mediata da IgE dopo il challenge ha un’emivita di circa 70 giorni nei topi prima di qualsiasi successiva esposizione all’allergene, indicando che le IgE sieriche non rilevabili non precludono la reattività clinica all’esposizione all’allergene (18).
Prove simili esistono negli esseri umani allergici al galattosio-α-1,3-galattosio, i cui titoli sierici di IgE allergene-specifiche diminuiscono quando si evita l’allergene (punture di zecca) (21). Questa natura di breve durata delle plasmacellule IgE+ è evidente anche negli esseri umani che soffrono di rinite allergica stagionale, in cui i titoli di IgE diminuiscono fuori stagione e aumentano durante la stagione (22).
Probabilmente quindi, le plasmacellule a vita lunga non conservano la memoria IgE a vita lunga. Nonostante l’accumulo di prove che le risposte IgE sia nei topi che nell’uomo sono transitorie, ci sono alcune osservazioni che non hanno ancora una spiegazione conclusiva. In un modello di esposizione cronica agli acari della polvere domestica, nel midollo osseo è stata rilevata una popolazione di cellule che esprimono IgE a vita lunga, suggerendo che in alcuni contesti possono essere generate PC IgE+ a vita lunga (23).
Pertanto, per escludere definitivamente il ruolo delle PC IgE+ di lunga durata negli individui allergici alla PN sono necessarie ulteriori ricerche. Questo è uno sforzo tecnicamente impegnativo poiché il tasso di esposizione accidentale alla PN è del 12,4% annuo e queste cellule sarebbero probabilmente estremamente rare se esistessero (24). Tuttavia, esiste la possibilità che alcuni PC IgE+ di lunga durata possano risiedere nei siti della mucosa o nel midollo osseo di questi individui allergici, ma le limitazioni nell’acquisizione di questi campioni per lo studio ne hanno precluso il rilevamento.
I titoli IgE vengono rapidamente reintegrati all’attivazione degli MBC a seguito di un’esposizione secondaria all’allergene. Tuttavia, gli MBC IgE+ sono estremamente rari o inesistenti nell’uomo e, pertanto, non sono considerati rilevanti per la persistenza dell’allergia alimentare (20, 25, 26). La recente identificazione di cellule Tfh che esprimono IL-13 (Tfh13) ha dimostrato che le cellule Tfh13 promuovono la sopravvivenza delle cellule IgE+ B nei centri germinali (GC), portando le cellule IgE+ B a differenziarsi preferenzialmente in plasmacellule (27-29).
A differenza degli MBC IgE+, è stato dimostrato che gli MBC non IgE mantengono un’allergia alimentare di lunga durata, in particolare gli MBC IgG1+ (17, 25, 30). Sebbene le cellule B IgE+ partecipino transitoriamente nei GC, le cellule B IgG1+ persistono all’interno dei GC e si differenziano in MBC maturati per affinità (17, 30). In seguito all’esposizione secondaria all’allergene, gli MBC IgG1+ subiscono rapidamente la ricombinazione class-switch (CSR) e si differenziano in plasmacellule IgE+ per mantenere le risposte IgE (30, 31).
La valutazione dei requisiti per le risposte secondarie agli allergeni è fondamentale per comprendere la persistenza dell’allergia alimentare e, di conseguenza, per sviluppare nuove terapie. La riattivazione di MBC che porta alla produzione di IgE è strettamente dipendente dalle cellule T CD4+ e da IL-4, in particolare attraverso la segnalazione di IL-4Rα, che è un requisito fondamentale per la CSR di IgE (33). Gli studi sui topi indicano che la CSR IgE richiede IL-4 derivato dalle cellule Tfh durante le risposte primarie, sebbene la fonte di IL-4 durante le risposte secondarie, in particolare negli esseri umani, rimanga poco chiara (34, 35).
Le cellule Th2 sono generalmente definite dalla loro secrezione di citochine polarizzate Th2 come IL-4, IL-5 e IL-13 e dall’elevata espressione di GATA3, sebbene molte diverse sottopopolazioni siano state caratterizzate con fenotipi distinti (36). Il loro ruolo nella produzione di IgE rimane poco chiaro, sebbene contribuiscano all’infiammazione della fase tardiva (12). Sebbene le cellule T CD4+ siano fondamentalmente necessarie per avviare le risposte secondarie delle cellule B, il ruolo delle cellule T CD4+ di memoria in questo processo rimane poco chiaro.
È possibile che gli MBC allergene-specifici possano essere in grado di polarizzare le cellule T CD4+ naïve verso un fenotipo Th2 durante le risposte di richiamo. Tuttavia, è importante non trascurare il possibile contributo delle cellule T CD4+ della memoria alla persistenza delle allergie alimentari, in particolare in un ambiente in cui competono con le cellule T CD4+ naïve. Dato che le cellule Tfh sono driver critici della CSR IgE, anche le cellule Tfh di memoria possono svolgere un ruolo nelle risposte IgE secondarie, sebbene ciò resti da determinare.
Inoltre, una sottopopolazione di cellule “Th2A” allergene-specifiche a differenziazione terminale è stata identificata esclusivamente in individui allergici che si espandono con l’esposizione all’allergene, suggerendo la loro implicazione nella patologia allergica (38). Pertanto, gli MBC probabilmente non sono le uniche cellule che contribuiscono a richiamare le risposte e, quindi, la persistenza dell’allergia alimentare.
Strade future per il trattamento delle allergie alimentari
L’immunità adattativa si è evoluta per essere di lunga durata e specifica, consentendo una rapida risposta di richiamo per evitare che un singolo agente patogeno provochi la malattia due volte. Ad esempio, l’infezione primaria con il virus varicella-zoster induce memoria umorale e cellulare che protegge dalla malattia virale nonostante le inevitabili riesposizioni e il virus stesso che stabilisce una latenza nei neuroni gangliari; solo quando la memoria immunologica viene compromessa (p. es., invecchiamento, immunosoppressione indotta da farmaci, ecc.) il virus varicella-zoster stabilirà una malattia secondaria (fuoco di Sant’Antonio).
Tuttavia, in almeno due casi – allergia e autoimmunità – la memoria immunologica perpetua la malattia, piuttosto che proteggerla. Questa durevolezza intrinseca della memoria immunologica è la più grande sfida affrontata negli sforzi per invertire, riprogrammare o curare terapeuticamente l’allergia alimentare.
Forse l’impatto più drammatico sull’allergia negli esseri umani è attraverso un ripristino totale delle impostazioni di fabbrica del sistema immunitario. A seguito di trapianti di cellule staminali ematopoietiche (HSCT) per il trattamento di malattie maligne o non maligne non correlate all’allergia, oltre il 90% dei riceventi allergici ha perso la reattività IgE allergene-specifica quando riceveva un trapianto da un donatore non allergico (102). Due anni dopo il trapianto, nessun ricevente aveva riacquistato la reattività allergica.
I trapianti sono preceduti dall’irradiazione totale del corpo o dal condizionamento basato sulla chemioterapia, che esaurisce le cellule di origine ematopoietica, comprese le cellule T e B della memoria; tuttavia, le plasmacellule a vita lunga mostrano resistenza alle radiazioni (103). La rapida perdita di titoli anticorpali allergene-specifici in seguito a mieloablazione e HSCT riafferma le osservazioni nella modellazione animale che suggeriscono che le plasmacellule a vita lunga non mantengono le allergie alimentari per tutta la vita (18, 30).
Pertanto, il percorso che reintegra le plasmacellule a vita breve è l’obiettivo terapeutico critico. Certamente, i trapianti sono giustificati solo negli scenari più estremi, ma il successo nell’eliminare la reattività allergica senza ricadute pone la domanda: quali strategie possono essere impiegate per la rimozione mirata o l’interruzione dei linfociti patogeni alla base del mantenimento dell’allergia alimentare (Tabella 3)?
Trattamenti innovativi per le allergie alimentari possono essere ispirati dai successi delle immunoterapie mirate contro il cancro. Il trattamento dell’allergia alimentare e del cancro possiede un obiettivo comune di eliminare le cellule di una certa specificità/fenotipo. L’avvento dell’ingegneria del recettore dell’antigene ha consentito la consegna di cellule T o cellule NK che esprimono recettori simili ad anticorpi chiamati recettori chimerici dell’antigene (CAR) che sono specifici per neoantigeni o antigeni associati al tumore (104, 105).
L’inclusione di domini costimolatori nelle CAR annulla la necessità di segnali secondari forniti dalle cellule presentanti l’antigene (106). Dopo il riconoscimento dell’antigene di superficie cellulare attraverso i loro recettori ingegnerizzati, le cellule eseguono le loro funzioni citotossiche intrinseche con conseguente distruzione delle cellule maligne. Teoricamente, le cellule CAR-T potrebbero essere progettate per interagire con le molecole di superficie cellulare associate all’allergia sulle cellule T e B.
Un potenziale bersaglio delle cellule T è il recettore delle prostaglandine D2, CRTH2, che è espresso dalle cellule Th2 reattive agli allergeni (38). Non è stato ancora definito un marcatore equivalente unico per le cellule B allergene-specifiche. Sebbene CRTH2 e altre molecole possano essere sovraregolate dalle cellule allergiche, la ridondanza intrinseca del sistema immunitario rende improbabile che questi marcatori siano unici per le cellule allergene-specifiche. Pertanto, una conseguenza dell’utilizzo di CAR costruiti per molecole “associate” all’allergia può essere effetti avversi fuori bersaglio, come un’eccessiva produzione di citochine e danni ai tessuti (107).
Un approccio ottimale per l’immunoterapia mirata all’allergia sfrutterebbe i recettori dell’antigene (TCR e BCR) specifici per l’allergene o gli allergeni di interesse. Studi di prova hanno dimostrato il successo nell’ingegneria delle cellule CAR-T per esprimere gli antigeni delle cellule B (al posto del dominio di legame simile all’anticorpo) a monte dei domini costimolatori.
Questo costrutto è stato chiamato recettori anticorpali mirati alle cellule B (BAR) (108). La somministrazione di cellule BAR-Treg specifiche per OVA a topi allergici agli OVA ha ridotto la gravità dell’anafilassi in caso di provocazione sistemica (109). Sebbene promettente, il meccanismo con cui si ottiene questa protezione e la sua longevità rimangono sconosciuti.
Prendere di mira le cellule T specifiche dell’allergene in questo modo sarebbe molto più impegnativo, in quanto richiederebbe l’espressione di molteplici MHC diversi: complessi peptidici per comprendere ciascuno dei peptidi immunodominanti per un dato allergene.
Al contrario dell’ingegneria cellulare, la coniugazione del farmaco può essere un approccio alternativo per colpire le cellule specifiche dell’allergene.
Alcune terapie antitumorali utilizzano una strategia di “testata” in cui i farmaci chemioterapici sono coniugati ad anticorpi monoclonali, promuovendo la somministrazione mirata del farmaco (110).
Questa strategia potrebbe essere adottata per l’allergia in cui interi allergeni o peptidi allergenici sono coniugati a farmaci citotossici. Una potenziale limitazione degli approcci che coinvolgono l’espressione di allergeni ingegnerizzati o la consegna di coniugati allergene-farmaco è che ci sono spesso alti livelli di anticorpi specifici allergene circolanti nei pazienti allergici, che possono limitare gravemente la biodisponibilità. Inoltre, la somministrazione di intere proteine allergeniche può reticolare le IgE sui mastociti o sui basofili, provocando reazioni allergiche indesiderate, sebbene ciò possa essere migliorato dalla co-somministrazione di omalizumab.
Inoltre, potrebbe essere possibile alterare o riprogrammare il fenotipo delle cellule allergene-specifiche invece della loro eliminazione fisica. La potenziale capacità di indurre la riprogrammazione cellulare nasce dal concetto di plasticità. Al di là della descrizione di un fenotipo cellulare Th2A terminalmente differenziato, la plasticità delle cellule allergene-specifiche non è ben compresa (38).
La capacità di crescita dell’allergia implica un certo grado di plasticità funzionale, sebbene non sia chiaro perché la crescita si verifichi così raramente nelle allergie alle arachidi, noci, pesce e crostacei rispetto alle allergie al latte e alle uova (9, 111, 112). Se le cellule allergene-specifiche sono funzionalmente plastiche, la terapia potrebbe essere progettata per privare le cellule dei segnali che mantengono la patogenicità. Ad esempio, IL-4 è fondamentale per l’induzione di allergia, compresa la polarizzazione Th2 e la produzione di IgE (113, 114).
In un recente lavoro con PBMC di pazienti allergici alle arachidi, abbiamo dimostrato che la privazione di IL-4 attraverso il blocco terapeutico di IL-4Rα smorza il fenotipo IL-4-reattivo negli MBC reattivi agli allergeni e sovraregola la produzione di IFN-γ (19). Analogamente, in un modello murino di asma, l’uso di una piccola molecola inibitrice di STAT6 (coinvolta nella segnalazione di IL-4/IL-13) ha invertito l’iperreattività delle vie aeree (115).
In alternativa, potrebbe essere possibile progettare terapie che forniscano segnali per sovraregolare attivamente i fenotipi tolerogenici o non Th2. L’uso di un vaccino a DNA è uno di questi esempi, come accennato in precedenza. Il rilascio di DNA plasmidico che codifica l’allergene fornisce forti segnali Th1 (IFN-γ e IgG2a) che possono aiutare a contrastare la firma dominante Th2 (116). Un vaccino a DNA ideale “trasformativo della malattia” consisterebbe in una singola dose che potrebbe riprogrammare la risposta immunitaria, sebbene non sia chiaro in questa fase iniziale se ciò sia possibile con questa strategia.
Infine, è evidente che abbiamo raggiunto un limite a ciò che l’AIT può ottenere come monoterapia (117); tuttavia, il numero esaustivo di studi sull’AIT ha fornito un regime ben definito per l’esposizione controllata agli allergeni, che può essere applicabile nelle terapie combinate. I farmaci biologici per il trattamento delle malattie allergiche hanno mostrato efficacia se somministrati in monoterapia.
Ad esempio, la monoterapia con dupilumab nella dermatite atopica, asma e rinosinusite cronica con poliposi nasale è altamente efficace nel migliorare il punteggio della malattia e i titoli IgE (118-120).
Queste condizioni, tuttavia, sono distinte dall’allergia in quanto la specificità di IgE è ampia e la produzione è perpetua. Ciò è in contrasto con l’allergia alimentare in cui i titoli di IgE sono altamente specifici per l’allergene o gli allergeni scatenanti e vengono prodotti solo in seguito all’esposizione all’allergene. Pertanto, la monoterapia con dupilumab nell’allergia alimentare probabilmente impedirà la produzione di IgE in caso di esposizione accidentale, ma rinuncerà al beneficio della riprogrammazione cellulare specifica dell’allergene.
In coloro che hanno raggiunto la remissione clinica dalla dermatite atopica tramite dupilumab, le cellule Th2A residenti nella pelle persistevano (121). È più probabile che l’attivazione deliberata di cellule allergene-specifiche in un contesto tolerogenico o non Th2 (tramite farmaci biologici o altre terapie) faciliti la riprogrammazione.
Attualmente, lo sviluppo di nuove terapie efficaci è limitato da una comprensione incompleta dei meccanismi immunologici sottostanti. Per progettare razionalmente nuove terapie, proponiamo che le seguenti tre domande debbano essere affrontate da un punto di vista immunologico di base:
1) Quali sono i requisiti fondamentali per la perpetuazione della malattia allergica? Non è chiaro se le cellule T o B di memoria allergene-specifiche possano mantenere indipendentemente la malattia allergica. Allo stesso modo, i contributi relativi delle cellule Th2A, TFh convenzionali e TFh13 nella rigenerazione delle risposte IgE rimangono sconosciuti.
L’indagine su questi problemi sarà fondamentale per determinare se le terapie future debbano mirare a uno o più tipi di cellule. Ad esempio, se le cellule T polarizzate Th2 sono il requisito minimo, il targeting terapeutico degli MBC sarebbe insufficiente. Queste indagini dovrebbero estendersi anche oltre l’immunità adattativa, per verificare se il condizionamento delle cellule innate (immunità addestrata) è in grado di ristabilire le risposte IgE (122, 123).
2) Quali segnali molecolari sono necessari per ricostituire il pool di IgE PC di breve durata? L’attivazione delle cellule B avviene attraverso complesse interazioni con molecole secrete e legate alla membrana. Le interazioni coinvolte nella riattivazione dell’MBC e nella differenziazione del PC, tuttavia, rimangono sfuggenti. Una comprensione più completa di questi processi è fondamentale per lo sviluppo e l’uso dei prodotti biologici.
A partire dal 2012, erano già in corso studi clinici che impiegavano farmaci biologici per otto diversi bersagli (IgE, IL-5, IL-4, IL-13, IL-17, IL-9, GM-CSF, TNFα) per il trattamento dell’asma ( 124). Quasi 10 anni dopo, i farmaci biologici vengono sperimentati solo per quattro bersagli (IgE, IL-4R, IL-33 e Glucopyranosyl Lipid A) nell’allergia alimentare.
3) Il fenotipo allergico è plastico? Nonostante diverse indicazioni che la risposta allergica possa essere riprogrammata, non è stato ben stabilito se l’induzione di fenotipi non Th2 derivi da risposte de novo o da una riprogrammazione delle cellule di memoria esistenti specifiche dell’allergene. Questa distinzione aiuterà a determinare se una popolazione non Th2 può effettivamente superare le cellule patogene specifiche dell’allergene o se le cellule patogene persistenti alla fine mineranno la riprogrammazione terapeutica.
Se è possibile riprogrammare le cellule da un fenotipo patogeno, sarà fondamentale determinare se esiste un rischio di ricaduta. Senza la capacità di riprogrammare le cellule, potrebbero essere necessari trattamenti per tutta la vita, come sembra essere il caso della monoterapia dell’AIT.
Anticorpi IgA specifici per alimenti
La presenza di anticorpi IgA specifici per alimenti nell’intestino non impedisce lo sviluppo di allergie alle arachidi o alle uova nei bambini, secondo uno studio della Northwestern Medicine pubblicato su Science Translational Medicine.
Gli scienziati hanno esaminato campioni di feci di oltre 500 bambini in tutto il paese e hanno scoperto che la presenza di immunoglobulina A, l’anticorpo più comune trovato nelle membrane mucose del tratto digerente, non impedisce lo sviluppo di allergie alle arachidi o alle uova più tardi nella vita.
Questa scoperta mette in discussione il ruolo dell’immunoglobulina A, o IgA, che in precedenza si pensava fosse un fattore protettivo contro lo sviluppo di allergie alimentari.
Le arachidi e le uova sono i due allergeni più comuni per i neonati e colpiscono circa un bambino su 13 negli Stati Uniti, secondo l’Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital di Chicago.
Mentre la ricerca precedente aveva dimostrato che le IgA potevano legarsi e neutralizzare le tossine e i batteri nel corpo, c’erano prove inconcludenti che le IgA potessero fare lo stesso per gli allergeni alimentari, ha detto Stephanie Eisenbarth, MD, Ph.D., capo di Allergologia e Immunologia nel Dipartimento di Medicina e autore senior dello studio.
“Siamo stati in grado di collaborare con diversi gruppi in tutto il paese per esaminare un numero di diverse coorti di bambini e giovani adulti per chiedere: ‘La presenza di IgA alle arachidi ci dice che la persona è tollerante alle arachidi?'”, ha detto Eisenbarth , che è anche direttore del Center for Human Immunobiology e membro del Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center della Northwestern University. “Abbiamo scoperto che non c’era davvero alcuna differenza tra i bambini che avevano allergie alle arachidi e i bambini che non l’avevano, e lo stesso vale per le allergie alle uova”.
I risultati arrivano mentre i tassi di allergie nei bambini continuano a salire: secondo i dati dei Centers for Disease Control and Prevention, il numero di bambini con allergie è più che raddoppiato negli ultimi 20 anni.
Le future direzioni della ricerca si concentreranno sulla comprensione del ruolo svolto dalle IgA nelle persone che hanno subito l’immunoterapia e hanno sviluppato una tolleranza agli allergeni alimentari, ha affermato Eisenbarth.
“Questo studio è avvenuto grazie al duro lavoro dell’autrice principale, la dott.ssa Elise Liu, e allo straordinario gruppo di collaboratori che abbiamo avuto”, ha affermato. “Questo è stato uno sforzo impressionante e multicentrico per cercare di rispondere a questa domanda. Voglio davvero ringraziare le persone provenienti da ogni angolo degli Stati Uniti che hanno fornito campioni e competenze per realizzare questo obiettivo.
Ulteriori informazioni: Elise G. Liu et al, Immunoglobulina A specifica per alimenti non è correlata alla tolleranza naturale agli allergeni di arachidi o uova, Science Translational Medicine (2022). DOI: 10.1126/scitranslmed.abq0599
link di riferimento: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/falgy.2022.826623/full
