Pathogenetic mechanisms and therapeutic target discovery in chronic immune-mediated inflammatory diseases: insights into the role of the lymphatic system and drug repurposing strategies

Abstract

The aim of this thesis was to unravel pathogenetic mechanisms and identify novel therapeutic strategies in immune-mediated inflammatory diseases (IMIDs), with a focus on the lymphatic system in inflammatory bowel disease (IBD) and on transcriptomics-driven drug repurposing across IMIDs. In the first part of this thesis, we investigated the role of lymphoid structures in IBD pathogenesis, treatment response, and immunogenicity to biologics. We showed that mesenteric lymph nodes and lymphatic vessels actively shape immune priming, antigen presentation, and lymphocyte trafficking. Using cytometry-based profiling, we found that anti-drug antibody formation against anti-TNF therapies was associated with elevated B-cell and dendritic cell frequencies within lymph nodes. Furthermore, we demonstrated that sphingosine-1-phosphate receptor (S1PR) modulators, such as etrasimod, profoundly alter T-cell migration, highlighting lymphocyte trafficking as a tractable therapeutic axis in IBD. In the second part, we applied transcriptome-guided drug repurposing pipelines to identify novel therapeutic candidates. In systemic lupus erythematosus, we uncovered compounds, which could potentially restore monocyte-derived pathologic gene signatures, including heat shock protein-90 and inflammasome inhibitors. In individuals at risk for rheumatoid arthritis, we identified agents targeting the PI3K kinase and matrix metalloproteinase-9 pathways that could reverse preclinical synovial signatures, thus offering preventive potential. In Crohn’s disease–associated intestinal fibrosis, we discovered that dual blockade of PI3K and histone deacetylases synergistically attenuated fibroblast activation, proposing a new anti-fibrotic strategy. We conclude that the lymphatic system function is a central determinant of IBD pathogenesis and treatment outcomes, while omics-based drug repurposing provides promising, cost-efficient avenues for precision therapy across IMIDs. These insights pave the way for mechanism-driven interventions to improve outcomes in autoimmunity.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η αποσαφήνιση των παθογενετικών μηχανισμών και η ταυτοποίηση νέων θεραπευτικών στρατηγικών στα ανοσοδιαμεσολαβούμενα φλεγμονώδη νοσήματα (IMIDs), με έμφαση στον ρόλο του λεμφικού συστήματος στη φλεγμονώδη νόσο του εντέρου (IBD), καθώς και στην ανάπτυξη/επαναστόχευση φαρμάκων καθοδηγούμενη από μεταγραφωμικά δεδομένα σε όλο το φάσμα των IMIDs. Στο πρώτο μέρος της διατριβής διερευνήθηκε ο ρόλος των λεμφικών δομών στην παθογένεση της IBD, στην ανταπόκριση στη θεραπεία και στην ανοσογονικότητα έναντι θεραπευτικών βιολογικών παραγόντων. Καταδείξαμε ότι οι μεσεντέριοι λεμφαδένες και τα λεμφικά αγγεία διαδραματίζουν ενεργό ρόλο στη διαμόρφωση της ανοσολογικής απόκρισης/ενεργοποίησης(immune priming), της αντιγονοπαρουσίασης και της διακίνησης των λεμφοκυττάρων. Μέσω ανοσοφαινοτύπισης βασισμένης στην κυτταρομετρία μάζας (CyTOF), διαπιστώθηκε ότι η ανάπτυξη αντισωμάτων έναντι βιολογικών φαρμάκων που στοχεύουν την κυτταροκίνη TNF-α (anti-drug antibodies) συσχετιζόταν με αυξημένες συχνότητες/ποσοστά Β-λεμφοκυττάρων και δενδριτικών κυττάρων εντός των λεμφαδένων. Επιπλέον, αποδείξαμε ότι οι τροποποιητές του υποδοχέα του σφιγγολιπιδίου φωσφορική σφιγγοσίνη (S1PR), όπως η ετρασιμόδη, μεταβάλλουν ουσιωδώς τη μετακίνηση των Τ-λεμφοκυττάρων μεταξύ των λεμφαδένων και της συστηματικής κυκλοφορίας, αναδεικνύοντας τη φαρμακολογική στόχευση αυτής της διαδικασίας ως θεραπευτικό άξονα με κλινική εφαρμογή στην IBD. Στο δεύτερο μέρος, εφαρμόστηκαν αλγόριθμοι ανάπτυξης/επαναστόχευσης φαρμάκων καθοδηγούμενοι από μεταγραφωμικά δεδομένα με στόχο την αναγνώριση νέων θεραπευτικών επιλογών. Στον συστηματικό ερυθηματώδη λύκο εντοπίστηκαν ενώσεις οι οποίες δύνανται να αποκαταστήσουν παθολογικές γονιδιακές υπογραφές προερχόμενες από μονοκύτταρα, συμπεριλαμβανομένων αναστολέων της πρωτεΐνης θερμικού σοκ 90 (HSP90) και του φλεγμονοσώματος (inflammasome). Σε άτομα υψηλού κινδύνου για ρευματοειδή αρθρίτιδα, ταυτοποιήθηκαν φαρμακολογικές ενώσεις που στοχεύουν την κινάση PI3K και την οδό της μεταλλοπρωτεϊνάσης-9 της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας (MMP-9), οι οποίες μπορούσαν να αναστρέψουν προκλινικές αρθρικές (υμενικές) γονιδιακές υπογραφές. Έτσι οι ενώσεις αυτές προσφέρουν πιθανώς τη δυνατότητα για πρόληψη της νόσου. Όσον αφορά την επιπλοκή της εντερικής ίνωσης που σχετίζεται με τη νόσο του Crohn, διαπιστώθηκε ότι ο διπλός αποκλεισμός της PI3K κινάσης και των αποακετυλασών ιστονών ασκεί συνεργιστική ανασταλτική δράση στην ενεργοποίηση των ινοβλαστών, οδηγώντας σε μία νέα αντιϊνωτική θεραπευτική στρατηγική. Συμπερασματικά, η λειτουργία του λεμφικού συστήματος αναδεικνύεται ως κεντρικός καθοριστικός παράγοντας της παθογένεσης και της θεραπευτικής έκβασης στην φλεγμονώδη νόσο του εντέρου (IBD), ενώ η ανακάλυψη/επαναστόχευση φαρμάκων βάσει ομικών δεδομένων προσφέρει ελπιδοφόρες και οικονομικά αποδοτικές προσεγγίσεις για εξατομικευμένη θεραπεία στο σύνολο των ανοσοδιαμεσολαβούμενων φλεγμονωδών νοσημάτων (IMIDs). Τα ευρήματα αυτά θέτουν τις βάσεις για παρεμβάσεις καθοδηγούμενες από μηχανισμούς, με στόχο τη βελτίωση των κλινικών εκβάσεων στα αυτοάνοσα νοσήματα.