Актуальный статус биомедицинских продуктов для генной и клеточной терапии рецессивного дистрофического буллезного эпидермолиза (I часть)

Сокращения: РДБЭ — рецессивный дистрофический буллезный эпидермолиз; БЭ — буллезный эпидермолиз; ДЭС — дермально-эпидермальное соединение; МБ — базальная мембрана; ЯВ — якорные волокна; C7 — коллагеновый белок VII типа альфа-1; ДФ — дермальные фибробласты; аллоДФ — аллогенные дермальные фибробласты; аутоДФ — аутологичные дермальные фибробласты; К — кератиноциты; КМ — клетки костного мозга; МСК — мезенхимальные стромальные/стволовые клетки; ВКМ — внеклеточный матрикс; ТЭТ — трансгенные эпидермальные трансплантаты; ЭСК — эмбриональные стволовые клетки; ГСК-КМ — гемопоэтические стволовые клетки костного мозга; МСК-КМ — мезенхимальные стволовые/стромальные клетки, выделенные из костного мозга; ТКМ — трансплантация клеток костного мозга; СКК — сквамозно-клеточная карцинома; ABCB5+ МСК — новая субпопуляция иммуномодулирующих клеток, выделенная из дермы.

Рецессивный дистрофический буллезный эпидермолиз (РДБЭ) — одна из форм врожденного буллезного эпидермолиза (БЭ), заболевания, которое является фенотипически и генетически гетерогенной группой генодерматозов [1, 2]. Последние развиваются в силу наследственно обусловленных дефектов структурных белков, обеспечивающих дермально-эпидермальное соединение (ДЭС) в зоне базальной мембраны (БМ), и клинически проявляются хрупкостью кожи, образованием пузырей и хронических ран, поражением слизистых оболочек организма.

Врожденный БЭ в зависимости от уровня образования пузырей внутри зоны БМ и локализации аномального C7 подразделяется на 4 основных типа [2—4]: простой БЭ, характеризуемый образованием интрадермальных пузырей, пограничный БЭ — образованием пузырей на уровне прозрачной пластинки БМ, дистрофический БЭ (ДБЭ), подразделяемый на доминантный дистрофический (ДДБЭ) и РДБЭ, характеризуемые образованием дермальных пузырей под прозрачной пластинкой БЭ, и редкий тип ЕВ — синдром Киндлера, характеризуемый смешанным уровнем повреждения кожных тканей. Помимо этого, выделяют еще более 30 клинических подтипов. Для каждого из этих типов заболевания выявлены гены, мутации в которых ответственны за приобретение фенотипа EB. Установлены гены (как минимум 21), кодирующие внеклеточные и внутриклеточные структурные белки кожи, и более 1000 мутаций в них, связанных с развитием определенных клинических проявлений каждого типа БЭ (в частности, PTC/PTC, PTC/GS, Mis/Mis, GS/GS и G5 в случае DEB (COL7A1) [5, 6]. Описано более 560 моногенных кожных заболеваний с аутосомно-доминантным или рецессивным наследованием [7, 8].

Одним из наиболее тяжелых и опасных вариантов БЭ является РДБЭ — редкое изнуряющее аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное биаллельными мутациями в COL7A1 [9]. Известно более 700 мутаций в COL7A1 [10]. Эти мутации проявляются или полным отсутствием C7 (самые тяжелые клинические варианты), или незначительной его продукцией (более мягкие варианты течения заболевания). Доказаны четкая корреляция между остаточной экспрессией C7 и более легким течением заболевания, так же как и то, что выявление иммунопозитивности посредством иммунофлуоресцентного анализа наряду с определением генотипа является важным фактором для определения фенотипа РДБЭ [1].

Следует отметить, что и рецессивно наследуемый РДБЭ, и аутосомно наследуемый ДДБЭ связаны с мутацией в гене COL7A1, кодирующем C7, однако ДДБЭ проявляется более мягкими фенотипами ВЭБ, тогда как РДБЭ — наиболее разрушительными [10].

Белок C7 продуцируется двумя типами клеток: K в большей степени (90—97%) и ДФ в меньшей степени (3—10%) [11] секретируется во внеклеточный матрикс дермы (ВКМ), где образует якорные волокна (ЯВ), которые прикрепляют дерму к БМ. C7 является основным компонентом ЯВ, необходимых для формирования устойчивого ДЭС [2, 9]. При РДБЭ синтез C7 значительно снижен или отсутствует, соответственно, отсутствует и формирование функциональных ЯВ, что приводит к часто травмируемой хрупкой коже, появлению множественных, часто генерализованных крупных пузырей с геморрагическим содержимым, которые могут образовываться на любой части кожного покрова [12]. Поверхность образовавшихся пузырей легко повреждается, вследствие чего возникают обширные медленно заживающие зачастую глубокие эрозии, перерастающие в хронические раны. На месте заживших ран на коже во многих случаях образуются рубцы, которые могут вызывать деформации кистей и стоп, что становится причиной ранней инвалидизации пациентов [13, 14]. Важно отметить, что РДБЭ не ограничивается только поражением кожи, это системное заболевание, при котором поражается также слизистые оболочки и органы с высоким риском развития агрессивной формы сквамозно-клеточной карциномы (СКК), что приводит к значительной смертности в молодом возрасте [4, 14, 15]. Показано, что более чем у половины пациентов с РДБЭ к 30 годам развивается СКК. Согласно последнему отчету Голландского регистра ВЭБ, заболеваемость РДБЭ составляет 5,5 случая на 1 млн новорожденных, а распространенность — 2,1 случая на 1 млн населения [16].

Симптомы РДБЭ обнаруживаются у ребенка уже при рождении или с первых часов его жизни. Больные испытывают постоянную боль, зуд, часты обострения, сопровождаемые нарушением физического и психического состояния, что ложится тяжелым бременем как на них самих, так и на членов их семей [4, 17]. Людям с РДБЭ постоянно требуются тщательный уход, психологическая и социальная помощь.

Эффективной терапии пациенты с РДБЭ не получают из-за отсутствия методов лечения РДБЭ, исходящих из генетической детерминированности заболевания [18]. Этиопатогенетическое лечение сводится лишь к терапевтическим паллиативным мероприятиям, направленным на облегчение изнуряющих пациента симптомов заболевания, психологическую и социальную помощь, предотвращение травм и образование вследствие их пузырей, на защиту от инфекций, попадающих через дефекты кожи, на полноценное питание, а также на лечение осложнений заболеваний, таких как, например, контрактура рук и дилатация пищевода [1, 4]. Подходы к лечению РДБЭ, не устраняющие первопричину заболевания, лишь временно облегчают состояние пациентов, при этом системное воспаление продолжает развиваться, заболевание быстро прогрессирует.

Однако последние 20 лет ознаменовались прорывом в познании молекулярных патомеханизмов РДБЭ, а также методологическими и технологическими достижениями, благодаря чему в ближайшей перспективе обозначился существенный прогресс в терапии данного заболевания. Можно говорить о двух основных направлениях поисков подходов к лечению пациентов с этой патологией: 1) разработка генетически обоснованных методов, направленных на вторичную, связанную с воспалением патологию и позволяющих, соответственно, уменьшить воспаление в тканях/органах пациента и тем самым снизить тяжесть заболевания, замедлить его прогрессирование и повысить качество жизни; 2) создание технологий, которые смогли бы заменить или исправить дефектный ген COL7A1 и таким образом воздействовать на первопричину заболевания. Научные изыскания по этим направлениям ведутся во многих лабораториях и научно-клинических центрах по всему миру [1, 19—21].

Первое направление — клеточная терапия: изучается возможность применения культивированных стволовых и зрелых клеток, как аллогенных, так и аутологичных [22—31]. Аллогенные клетки получают из различных тканей здоровых доноров, эти клеточные препараты можно использовать местно для ранозаживления и системно для снижения воспаления в организме пациента. Аутологичные клетки получают из тканей самих пациентов, с последующим генным модифицированием, которые также можно использовать как местно, так и системно.

Ко второму направлению относятся методы генной терапии, тем более что моногенная этиология РДБЭ делает это заболевание идеальным кандидатом для применения генных методов. Целью последних является восстановление постоянной продукции функционального C7 посредством добавления, замены, модификации гена, т.е. при воздействии на уровне ДНК, РНК, белка или на клеточном уровне [32, 33]. В настоящее время наибольшее распространение получили генная заместительная терапия, которая представляет собой замещение в клетках кожи мутантного аллеля гена COL7A1 экзогенным полноразмерным геном дикого типа путем трансдукции последнего [34], и редактирование генома. Трансдукция реализуется с помощью различных вирусных векторов в двух основных стратегиях — ex vivo и in vivo, редактирование генома выполняется с помощью специфических нуклеаз (например, систем TALEN [34—36] и CRISPR/Cas [37, 38]), которые можно прицельно направить на необратимое изменение нуклеотидной последовательности гена в области мутации в ДНК [3].

Следует отметить, что генная и клеточная терапии — две очень близкие и взаимодополняющие области регенеративной медицины, поэтому их часто используют вместе [1].

Результаты целого ряда исследований позволяют считать, что в клеточной терапии пациентов с РДБЭ наиболее перспективны стратегии, базирующиеся на применении клеток, продуцирующих белок C7, участвующих в репаративных и регенеративных процессах. Речь идет о кератиноцитах, дермальных фибробластах, клетках костного мозга, мезенхимальных стромальных/стволовых клетках [39—45].

Кератиноциты (K) — основные клетки интерфолликулярного эпидермиса. Родоначальниками K являются базальные эпидермальные стволовые клетки (ЭСК), обладающие высокой митотической активностью, благодаря которой поддерживается постоянное обновление эпидермиса [39]. В эпидермисе различают 2 популяции пролиферирующих клеток: ЭСК, которые могут составлять до 10% клеток базального слоя, и их дочернее поколение — транзиторные амплифицирующиеся предшественники К [46]. Эти две клеточные популяции составляют пул базальных К, отвечающих за поддержание численности K в эпидермисе. Гомеостаз эпидермиса поддерживается путем сохранения баланса между пролиферацией базальных K и их дифференцировкой в K поверхностных слоев кожи при продвижении от базального к последнему слою эпидермиса — роговому [47, 48]. К синтезируют ряд важных белков, включая белки, участвующие в организации ДЭС, и основной белок ЯВ — C7, а также ряд важных митогенов (фактор роста фибробластов, инсулиноподобный фактор, эпидермальный фактор роста, эндотелин-1), способствующих пролиферации клеток кожи и участвующих в процессах репарации [48, 49].

Дермальные фибробласты (ДФ) — это клетки среднего слоя кожи, т.е. дермы. Они имеют мезенхимальное происхождение, обладают и митотической, и биосинтетической активностью, участвуя в продукции и организации ВКМ дермы, стимуляции эпидермального морфогенеза и роста сосудов, продукции цитокинов и факторов роста, оказывающих ауто- и паракринное действие, обладают иммуномодулирующими и ранозаживляющими свойствами [41—43]. ДФ легко культивируются, сохраняют диплоидный кариотип, не экспрессируют антигены главного комплекса гистосовместимости класса II (MHC II), не проявляют онкогенных свойств, после трансплантации в дерму их биосинтетическая активность сохраняется [50, 51]. Для клеточной терапии рассматривают как аллогенные ДФ, так и аутологичные. Если аутологичные ДФ (аутоДФ) способны сами восстанавливать ВКМ [50, 51], то аллогенные ДФ (аллоДФ) действуют паракринным путем: продуцируя цитокины и факторы роста, они стимулируют пролиферацию и дифференцировку клеток по краям раны, обеспечивая тем самым ее заживление [41—43].

У каждого типа этих клеток, и у K, и у ДФ, есть свои точки приложения. Ряд исследователей рассматривают именно K в качестве идеального клеточного компонента для восстановления кожи пациентов с РДБЭ [52—54]. Успешно проведенные оптимизация первичных культур К и последующие манипуляции ex vivo с их ЭСК (известными как голоклоны) послужили основанием для разработки трансгенных эпидермальных трансплантатов (ТЭТ), способных восстанавливать кожу [3, 46, 55]).

Оба типа клеток (К и ДФ) вносят свой вклад в синтез компонентов ДЭС, однако установлено, что К сохраняют более высокий пролиферативный потенциал, секретируют большее количество C7 и способны поддерживать адгезию эпидермиса к дерме [56] (более подробно о применении K в лечении пациентов с РДБЭ в главе «Генная терапия РДБЭ»). Интрадермальное же введение ДФ, по данным J. Jackow и соавт. [57], способствует выработке более стабильного C7.

Наряду с тем, что ДФ (как и K) являются основным источником C7 в коже, они обладают также иммуномодулирующими и ранозаживляющими свойствами [42, 43].

Доклинические исследования, проведенные на гипоморфных по C7 мышах (животная модель для РДБЭ), продемонстрировали, что интрадермальное введение таким животным ДФ человека способствует повышению содержания C7 и ЯВ в ДЭС и, соответственно, заживлению ран [58].

Основываясь на этих данных, T. Wong и соавт. [59] провели ограниченное клиническое исследование и показали, что при однократном введении аллоДФ у 3 из 5 пациентов с РДБЭ наблюдалось увеличение экспрессии COL7A1 и продукции C7 в течение 3—9 мес, отмечено также заживление ран (табл. 1). Клеточную суспензию вводили интрадермально по краям раны. Результаты исследования подтвердили, что аллоДФ обладают низкой иммуногенностью, их введение не сопровождается какой-либо патологической реакцией со стороны организма пациента. Исследователи выявили также, что клинический эффект был наиболее выраженным у пациентов с остаточным синтезом C7 по сравнению с теми, у кого этот белок полностью отсутствовал. Отмеченный эффект, вероятно, является результатом повышения уровня эндогенного C7 у пациентов с остаточной функциональной активностью вследствие стимуляции экспрессии COL7A1 резидентных ДФ и К посредством трансплантированных аллоДФ. Механизм действия последнего связывают с паракринным эффектом аллоДФ, способствующим индукции продукции близлежащими K фактора роста HB-EGF. Последний, в свою очередь, усиливает экспрессию COL7A1 в резидентных клетках кожи и, соответственно, увеличивает продукцию C7 [60, 61]. T. Wong и соавт. [59] выполнили однократно внутрикожные инъекции аллоДФ 5 пациентам с РДБЭ. Исследователи отметили увеличение количества C7 и ЯВ в ДЭС через 2 нед и через 3 мес после инъекций. Никаких серьезных побочных эффектов не зарегистрировано. По мнению T. Wong и соавт. [59], основными эффектами применения аллоДФ являются повышение в коже реципиентов содержания мРНК COL7A1, продукция мутантного C7 в ДЭС и образование рудиментарных ЯВ. По всей видимости, этот мутантный белок является частично функциональным и способен увеличивать адгезию в ДЭС. При этом следует отметить, что аллоДФ после трансплантации регистрируются в дерме в течение непродолжительного времени (не более 2 нед) [61].

Таблица 1. Клинические исследования по использованию ДФ в лечении РДБЭ

Результаты двух рандомизированных плацебо-контролируемых двойных слепых клинических исследований, проведенных G. Petrof и соавт. [22] и S. Venugopal и соавт. [23] с использованием аллоДФ, выявили у большинства пациентов с РДБЭ реэпителизацию, которую начинали регистрировать уже в течение первых 28 дней, и полученный результат сохранялся в течение 6—12 мес. S. Venugopal и соавт. отметили, что площадь больших ран после введения клеточного препарата уменьшилась на 50% по сравнению с аналогичными ранами с инъекциями плацебо [23]. Однако в обоих исследованиях (у 5 и 11 пациентов соответственно) не выявлено существенной разницы между введением суспензии аллоДФ и плацебо через 28 дней.

Проведенное H. Moravvej и соавт. (2018) клиническое исследование, в котором у 7 пациентов с РДБЭ на 7 ранах у каждого сравнивали эффекты интрадермальных инъекций в заживающих ранах с ранами, на которые наносили ДФ на скаффолдах из амниотической мембраны (ДФАМ), и стандартным уходом за ранами (СУ) с вазелиновой марлей, показало, что в течение 12 нед в группе с интрадермальными инъекциями зарегистрировано значительное уменьшение размеров ран в группе с применением инъекций аллоДФ по сравнению с ранами в группе с ДФАМ, в контрольной группе изменений не выявлено [62]. Исследователи заключили, что интрадермальное введение аллоДФ способствует заживлению ран при РДБЭ и является значительно более эффективным методом по сравнению с ДФАМ и контролем.

Другие исследовательские группы сосредоточили свое внимание на разработке методов лечения кожных ран у пациентов с РДБЭ с использованием генно-модифицированных аутоДФ. Так, C. Georgiadis и соавт. [63] использовали самоинактивирующийся (SIN) лентивирусный (LV) вектор, кодирующий оптимизированный по кодонам COL7A1 трансген, посредством которого трансдуцировали аутоДФ пациентов с РДБЭ. Исследователи in vitro и на ксенотрансплантатной модели человек:мышь in vivo продемонстрировали длительную продукцию рекомбинантного полноразмерного C7 и наличие функциональных ЯВ в ДЭС. M. Marinkovich и соавт. [24] представили данные I/II фазы клинического исследования (NCT02810951), в котором наблюдали лечение 5 пациентов с РДБЭ с использованием генно-модифицированных аутоДФ на основе лентивирусного вектора (препарат FCX-007, позже названный Dabocemagene autoficel, D-Fi, компании «Fibrocell Technologies, Inc.», впоследствии приобретенной «Castle Creek Biosciences, Inc.», США). Через 3 мес после инъекций зарегистрированы линейная продукция C7, образование ЯВ, а также заживление до 80% обработанных ран. В течение 13 мес наблюдения не отмечено каких-либо осложнений или побочных эффектов. (В настоящее время продолжается III фаза открытого контролируемого внутрипациентного КИ препарата D-Fi (NCT042113261), получившего от FDA обозначение орфанного препарата [1].) Исследователи заключили, что применение генно-модифицированных по C7 аутоДФ является эффективным методом лечения кожных ран у пациентов с РДБЭ, позволяющим улучшить состояние и функциональность кожи, а также качество жизни пациентов.

Сопоставимые по безопасности и начальной эффективности результаты были получены и S. Lwin и соавт. [64] в I фазе клинического исследования (NCT02493816), в котором 4 взрослым пациентам с РДБЭ выполнили по 3 интрадермальные инъекции COL7A1-модифицированных аутоДФ в интактную кожу. Все 4 пациента хорошо перенесли процедуры, не отмечено нежелательных явлений и иммунных реакций, зарегистрирован синтез полноразмерного C7, однако новых ЯВ не выявлено. При этом отмечена вариабельность результатов использования данной терапии, что может быть связано с дозой препарата или областью введения. Тем не менее исследователи рассматривают этот метод как перспективный способ лечения, способствующий улучшению заживления ран, повышению функциональности кожи и качества жизни пациентов с РДБЭ. Кроме того, при его применении нет необходимости в проведении общей анестезии пациентов, а также в их госпитализации.

Гемопоэтические стволовые клетки костного мозга (ГСК-КМ) принимают активное участие в заживлении ран посредством продукции клеток, продуцирующих необходимые для этого процесса цитокины [65], могут служить источником клеток-предшественников кожи [66, 67] и при системном введении способны к хоумингу [68]. Эти данные послужили основанием для рассмотрения трансплантации аллогенных клеток КМ (КМТ) в качестве перспективной стратегии терапии пациентов с РДБЭ. Есть данные и о том, что очищенные ГСК-КМ, пересаженные летально облученным мышам, способны дифференцироваться в эпителиальные клетки [44].

E. Badiavas и соавт. [44] с целью определения участия клеток КМ в заживлении кожных ран провели исследование, в котором меченные зеленым флуоресцентным белком (GFP) клетки КМ были трансплантированы мышам, организм которых не содержал данный белок. Последующий гистологический анализ показал наличие значительного количества трансплантированных клеток КМ в коже и особенно в ранах. Исследователи полагают, что повреждение кожи стимулирует миграцию клеток КМ в кожу и индуцирует их дифференцировку в негемопоэтические кожные структуры, что, по всей видимости, и способствует регенерации поврежденных тканей.

Был также проведен еще ряд доклинических исследований на РБДЭ-мышах с использованием меченных GFP аллогенных клеток КМ (донорами служили мыши, клетки которых содержали GFP) [25, 68]. Результаты ТКМ подтвердили, что фракция клеток КМ способна мигрировать в кожу, окружающую раны, и увеличивать содержание C7 в области ДЭС, что способствует увеличению продолжительности жизни мышей с РБДЭ. Высокая выживаемость мышей COL7A1–/– при введении allogenic ВМ cells подтверждена также в ряде работ [69, 70].

На основании обнадеживающих результатов доклинических исследований J. Wagner и соавт. [26] провели клиническое исследование (фазы I/II, NCT00478244), в котором 6 пациентам с РБДЭ была выполнена HLA-совместимая ТКМ на фоне миелоаблативной химиотерапии (табл. 2). Через 30 дней после проведения ТКМ у пациентов зарегистрировано заживление хронических ран и уменьшение образования пузырей. Анализ восстановленных участков кожи показал увеличение содержания C7 в ДЭС у 5 из 6 пациентов через 30—130 дней после трансплантации, образования же новых ЯВ не наблюдалось. Исследование также показало более быстрое заживление ран у пациентов с исходной продукцией C7, что, возможно, обусловлено увеличением экспрессии гена C7 COL7A1 за счет паракринного эффекта трансплантированных клеток. У одного пациента образования C7 после ТКМ не наблюдалось, тем не менее клинический эффект регистрировался. Вероятно, это связано с иммуномодулирующим действием трансплантированных клеток КМ, способствующим уменьшению воспаления и, соответственно, заживлению ран. У всех пациентов выявлено значительное количество донорских клеток в коже и слизистой оболочке, что служит подтверждением хоуминга трансплантированных клеток КМ в поврежденные ткани РДБЭ-пациентов. Анализ присутствующих в эпидермисе и папиллярном слое дермы трансплантированных клеток позволил выявить 2 основные популяции: гемопоэтические CD45⁺ и негемопоэтические, неэндотелиальные CD45^–/CD31^–. Четырехлетнее последующее наблюдение продемонстрировало стабильность достигнутого клинического результата.

Таблица 2. Клинические исследования по использованию аллоКМ в лечении РДБЭ

Следует принять во внимание и такой положительный эффект, как развитие у РБДЭ-пациентов после ТМК иммунной толерантности к клеточным продуктам, полученным из клеток того же донора [71]. Так, проведенное после ТМК проспективное открытое клиническое исследование по трансплантации эпидермальных графтов (NCT02670837), полученных с использованием системы CELLUTOMETM Epidermal Harvesting System от того же донора, куда вошли 8 РБДЭ-пациентов (трансплантировано 35 графтов), продемонстрировало более длительное приживление данных аллографтов (не менее 3 лет) без каких-либо признаков отторжения [72].

Однако в некоторых исследованиях наряду с положительными эффектами аллогенной ТМК отмечен высокий риск смерти. Так, J. Wagner и соавт. [26] показали, что у 2 пациентов развились несовместимые с жизнью осложнения, связанные с предшествующей трансплантации миелобластным кондиционированием.

Позднее M.B. Geyer и соавт. [73], используя усовершенствованные протоколы of-кондиционирования, провели 2 РБДЭ-пациентам ТКМ. Результаты исследования показали кожный химеризм и кратковременный клинический эффект, однако продукции C7 не выявлено.

J. Uitto и соавт., обобщив накопленный опыт по результатам клинических исследований по применению ТМК, на международном конгрессе по БЭ в 2017 г. сообщили, что ни один пациент не вылечен, но отмечено снижение смертности, а у некоторых пациентов — снижение образования пузырей и улучшение качества жизни [74].

Однако следует отметить негативный опыт применения трансплантации пуповинной крови (ТПК) в клиническом исследовании, начатом K.B. Gostyńska и соавт. в 2014 г. [27], в результате которого оба РБДЭ-пациента умерли вследствие связанных с ТПК осложнений. Исследование было преждевременно закрыто.

Сохраняющийся высокий риск смерти, а также нерешенность ряда вопросов, в частности то, каким образом ВМТ способствует улучшению состояния кожи с учетом того, что не у всех пациентов с положительным эффектом на коже регистрировали продукцию C7 и образование ЯВ, привели к сокращению числа клинических исследований в этом направлении [52].

Таким образом, несмотря на положительный клинический эффект ТКМ (особенно с учетом системного действия на организм, включая слизистые оболочки), сохраняется высокий риск смерти у пациентов вследствие реакции «трансплантат против хозяина» и тяжелых нежелательных явлений, связанных с токсичностью миелобластного кондиционирования. Метод требует серьезной доработки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.