Retrospective registration and prospective study: rheumatoid arthritis and interstitial lung disease: natural history, clinical features, diagnosis, outcome and response to treatment

Abstract

Background: Rheumatoid arthritis (RA) is a systemic inflammatory disorder that affects an estimated 0.5-1% of the population in the USA and northern European countries. Lung involvement is the most common extra-articular manifestation of RA, which can affect up to 60% of patients during the disease course. Interstitial lung disease (ILD) mainly affects lung parenchyma commonly guiding to lung fibrosis and is a significant cause of morbidity and mortality in rheumatoid arthritis (RA). Early recognition of RA-ILD is associated with early therapeutic intervention and prevention of lung fibrosis. Identified risk factors for the development of ILD in patients with RA, include among others high disease activity, seropositivity for rheumatoid factor and/or anti–cyclic citrullinated peptide (anti-CCP), and polymorphisms in MUC5B. However, ILD can still develop in the absence of these factors suggesting that the pathophysiological processes leading to pulmonary injury need to be further explored. RNA sequencing (RNA-seq) of peripheral blood may provide an unbiased and detailed look at pathogenetic events involved. Objective: To explore the natural history and prognostic factors of RA-ILD in a contemporary patient cohort and investigate underlying pathogenetic events via RNA-seq of peripheral blood, to analyze the clinical and laboratory characteristics of these patients, to calculate mortality rate of RA-ILD in the ‘Attikon’ cohort and evaluate the impact of comorbidities and different ILD radiographic patterns on mortality. Methods: Retrospective chart review was performed to analyze the clinical, laboratory and radiological characteristics of patients with RA-ILD. Patients were enrolled consecutively from September 2020 to December 2023, if they fulfilled the following inclusion criteria: i) 2010 ACR/EULAR classification criteria for RA (20), ii) ILD diagnosed by high-resolution CT (HRCT) at baseline, iii) available data on modified Medical Research Council (mMRC) Dyspnea Scale, iv) available data on Pulmonary Function Tests (PFTs), including Forced Vital Capacity (FVC) and Diffusing Capacity for CO corrected (DLCOcSB), and v) available follow-up data on HRCT (yearly), mMRC and PFTs. For each patient, the first visit to the unit and registration in the cohort is defined as the enrollment visit. Data recorded included comorbidities, changes in pulmonary function tests, radiological pattern of lung involvement and complications during the follow-up period. Key outcomes included mortality, clinical progression through Modified Medical Research Council (mMRC) Dyspnea scale, and radiological progression. To compare survival time and time to progression between patients’ subgroup, Kaplan-Meier curves and log-rank test were used. Multivariable Cox models were used to identify predictors for progression and death, adjusting for confounders. Peripheral blood was collected from a subset of RA-ILD (n=11/81), RA non-ILD (n=10), psoriatic arthritis (PsA n=23) and healthy controls (HC, n= 7) for transcriptomics analysis. Patients were divided into subgroups based on autoantibodies’ profile, HRCT pattern and ILD progression (progressors vs non-progressors) for further transcriptomic analysis. The gene expression profile of RA-ILD was inferred through differential gene expression analysis followed by pathway and enrichment analysis. Publicly available data from patients with systemic sclerosis-related ILD were explored to define an ‘ILD-signature’. Drug repurposing analysis was performed to identify perturbagens that counteract RA-ILD-specific signatures. Results: We included 81 RA-ILD patients with a median (IQR) follow-up of 3.6 years (1.6-5.1). Median disease duration from ILD diagnosis was 4.3 years (IQR 2.4-5.9). Seropositive RA was observed in two thirds of patients (n=54/81, 67%). Non-specific interstitial pneumonia (NSIP) was the most frequent radiologic pattern (64%). Patients with usual interstitial pneumonia (UIP) exhibited significantly worse survival compared to NSIP/OP (organizing pneumonia) patients (NSIP/OP vs UIP, HR for death: 0.29, p 0.01). ILD progressed clinically in 28 patients (35%) and radiologically in eight patients (9.9%). RF and/or ACPA negativity was an independent risk factor for ILD progression (seropositive vs seronegative, HR for progression: 0.44, p:0.02). Transcriptomic analysis of peripheral blood distinguished the RA-ILD group from the RA group. In RA-ILD patients, differential expression analysis revealed enrichment in immune response pathways (humoral immune response, macrophage activation, myeloid mediated immunity and differentiation), metabolism (Oxphos, hypoxia), cytokine activation and extracellular matrix. An ILD signature emerged, consisting of pathways related to metabolism, extracellular matrix, IFNγ response and response to microorganisms. Pathway analysis of different radiologic subsets signatures showed that fNSIP is characterized by antigen processing and presentation, dendritic cell differentiation and endocytic vesicles; non-UIP is characterized by immunoglobulin complex; and UIP by humoral immune response, neutrophil mediated immunity, phagocytosis and complement activation. Differential expression analysis of clinical and/or radiological progressors versus non-progressors revealed enriched pathways related to cell cycle, DNA replication, IFNγ response, inflammasome assembly and negative regulation of immune response in progressors. Drug repurposing revealed that ITK, Syk and FAK inhibitors are promising compounds to reverse the transcriptomic signature of progression. Conclusion: In a contemporary RA-ILD cohort, NSIP is the most frequent radiologic pattern, but UIP confers a significantly increased mortality risk. Seronegativity seems to be an independent risk factor for disease progression. RA-ILD patients exhibit enhanced immune responses, metabolism and cytokine activation, while universal ILD signature is characterized by pathways related to metabolism and response to microorganisms. fNSIP is characterized by antigen processing and presentation, dendritic cell differentiation and endocytic vesicles; non-UIP (NSIP/OP) is characterized by immunoglobulin complex; and UIP by humoral immune response, neutrophil mediated immunity, phagocytosis and complement activation. Progressive disease is characterized by enriched pathways related to cell cycle, DNA replication, IFNγ response, inflammasome assembly and negative regulation of immune response. ITK, Syk and FAK inhibitors may be promising compounds for the reversal of the transcriptomic signature of progression.

Εισαγωγή: Η ρευματοειδής αρθρίτιδα (RA) είναι μια συστηματική φλεγμονώδης νόσος που επηρεάζει περίπου το 0,5-1% του πληθυσμού των ΗΠΑ και των βόρειων ευρωπαϊκών χωρών. Η πνευμονική προσβολή αποτελεί την πιο συχνή εξωαρθρική εκδήλωση της RA, και μπορεί να επηρεάσει έως το 60% των ασθενών κατά τη διάρκεια της νόσου. Η διάμεση πνευμονοπάθεια (ILD) αφορά την προσβολή του πνευμονικού παρεγχύματος οδηγώντας συχνά σε πνευμονική ίνωση και αποτελεί σημαντικό αίτιο νοσηρότητας και θνητότητας στη ρευματοειδή αρθρίτιδα (RA). Η πρώιμη αναγνώριση της RA-ILD συνδέεται με έγκαιρη θεραπευτική παρέμβαση αποσκοπώντας στην πρόληψη της πνευμονικής ίνωσης. Οι αναγνωρισμένοι παράγοντες κινδύνου για την εμφάνιση της ILD σε ασθενείς με RA περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, υψηλή ενεργότητα νόσου, την οροθετικότητα και την παρουσία πολυμορφισμών στο γονίδιο MUC5B. Ωστόσο, η ILD μπορεί να εμφανισθεί ακόμη και σε απουσία των συγκεκριμένων παραγόντων, υποδεικνύοντας ότι οι παθοφυσιολογικές διαδικασίες που οδηγούν σε πνευμονική βλάβη απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση. Η αλληλούχιση RNA (RNA-seq) του περιφερικού αίματος μπορεί να παρέχει μια αντικειμενική και λεπτομερή εικόνα των παθογενετικών γεγονότων που εμπλέκονται. Σκοπός: Να εξεταστεί η φυσική ιστορία και οι προγνωστικοί παράγοντες της RA-ILD σε μια σύγχρονη ομάδα ασθενών και να διερευνηθούν τα υποκείμενα παθογενετικά γεγονότα μέσω αλληλούχισης RNA του περιφερικού αίματος, να αναλυθούν τα κλινικά και εργαστηριακά χαρακτηριστικά των συγκεκριμένων ασθενών, να υπολογιστεί η θνητότητα της RA-ILD στην κοορτή του "Αττικόν" και να αξιολογηθεί η επίδραση των συννοσηροτήτων και των διαφορετικών απεικονιστικών προτύπων της ILD στη θνητότητα. Μέθοδος: Πραγματοποιήθηκε αναδρομική καταγραφή ασθενών για να αναλυθούν τα κλινικά, εργαστηριακά και ακτινολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών με RA-ILD. Η ένταξη των ασθενών στην καταγραφή διήρκησε από το Σεπτέμβριο του 2020 έως τον Δεκέμβριο του 2023, εφόσον πληρούσαν τα εξής κριτήρια: i) διάγνωση RA βάσει των κριτηρίων 2010 ACR/EULAR, ii) διάγνωση ILD βάσει HRCT στην έναρξη, iii) διαθέσιμα δεδομένα για την τροποποιημένη κλίμακα δύσπνοιας του Medical Research Council (mMRC), iv) διαθέσιμα δεδομένα για τις Πνευμονικές Λειτουργικές Δοκιμασίες (PFTs), συμπεριλαμβανομένης της Εξαναγκαστικής Αναπνευστικής Χωρητικότητας (FVC) και της Διαχυτικής ικανότητας (DLCOcSB), και v) διαθέσιμα δεδομένα παρακολούθησης της HRCT (ετήσια), της mMRC και των PFTs. Για κάθε ασθενή, η πρώτη επίσκεψη στο τμήμα και η ένταξη στην κοορτή ορίζεται ως η επίσκεψη ένταξης. Τα καταγεγραμμένα δεδομένα περιελάμβαναν συννοσηρότητες, αλλαγές στις πνευμονικές λειτουργικές δοκιμασίες, στο ακτινολογικό πρότυπο της HRCT και επιπλοκές κατά τη διάρκεια της περιόδου παρακολούθησης. Καταληκτικά σημεία αποτέλεσαν η θνητότητα, η κλινική πρόοδος μέσω της κλίμακας δύσπνοιας Modified Medical Research Council (mMRC) και η ακτινολογική πρόοδος. Για να συγκρίνουμε τον χρόνο επιβίωσης και το χρόνο προόδου μεταξύ των υποομάδων των ασθενών, χρησιμοποιήθηκαν καμπύλες Kaplan-Meier και το τεστ log-rank. Τα πολυπαραγοντικά μοντέλα Cox χρησιμοποιήθηκαν για την εντοπισμό των προβλεπτικών παραγόντων της προόδου και της θνητότητας, προσαρμόζοντας τους για άλλους επιδραστικούς παράγοντες. Περιφερικό αίμα συλλέχθηκε από ένα υποσύνολο των ασθενών με RA-ILD (n=11/81), RA μη-ILD (n=10), ψωριασική αρθρίτιδα (PsA n=23) και υγιείς μάρτυρες (HC, n= 7) για μεταγραφομική ανάλυση. Οι ασθενείς χωρίστηκαν σε υποομάδες με βάση το προφίλ των αυτοαντισωμάτων, το πρότυπο της HRCT και την πρόοδο της ILD (progressors έναντι non-progressors) για περαιτέρω μεταγραφομική ανάλυση. Το προφίλ έκφρασης των γονιδίων του RA-ILD αναλύθηκε περαιτέρω μέσω διαφορικής έκφρασης γονιδίων ακολουθούμενη από ανάλυση μονοπατιών και εμπλουτισμού. Διερευνήθηκαν δημόσια διαθέσιμα δεδομένα από ασθενείς με ILD και συστηματική σκλήρυνση προκειμένου να οριστεί μια 'υπογραφή ILD'. Πραγματοποιήθηκε drug repurposing ανάλυση για την εντοπισμό των μονοπατιών που αντιδρούν ειδικά στις υπογραφές RA-ILD.Αποτελέσματα: Συμπεριλάβαμε 81 ασθενείς με RA-ILD με διάμεση (IQR) διάρκεια παρακολούθησης 3,6 έτη (1,6-5,1). Η διάμεση διάρκεια νόσου από τη διάγνωση της ILD ήταν 4,3 έτη (IQR 2,4-5,9). Τα δύο τρίτα των ασθενών είχαν οροθετική νόσο (n=54/81, 67%). Η μη ειδική διάμεση πνευμονία (NSIP) ήταν το πιο συχνό ακτινολογικό πρότυπο (64%). Οι ασθενείς με συνήθη διάμεση πνευμονία (UIP) παρουσίασαν σημαντικά χειρότερη επιβίωση σε σύγκριση με τους ασθενείς με NSIP/OP (οργανούμενη πνευμονία) (NSIP/OP έναντι UIP, HR για θάνατο: 0,29, p 0,01). 28 ασθενείς (35%) παρουσίασαν κλινική πρόοδο της ILD και οκτώ ασθενείς (9,9%) ακτινολογική. Η οροαρνητικότητα της RA αποτέλεσε ανεξάρτητο παράγοντα κινδύνου για την πρόοδο της ILD (οροθετικός vs οροαρνητικός, HR για πρόοδο: 0,44, p: 0,02). Η μεταγραφομική ανάλυση του περιφερικού αίματος διακρίνει την ομάδα RA-ILD από την ομάδα RA. Στους ασθενείς με RA-ILD, η διαφορική ανάλυση έδειξε εμπλουτισμό σε μονοπάτια ανοσοποιητικής απόκρισης (ουσιαστική ανοσοποιητική απόκριση, ενεργοποίηση μακροφάγων, ανοσία μεσολαβούμενη από μυελοειδή σειρά), μεταβολισμό (Oxphos, υπόξια), ενεργοποίηση κυτταροκινών και εξωκυττάρια κράση. Αναδείχθηκε μια υπογραφή ILD, που αποτελείται από μονοπάτια σχετικά με τον μεταβολισμό, την εξωκυττάρια ουσία, την απόκριση στο IFNγ και την απόκριση στους μικροοργανισμούς. Η ανάλυση των διαφόρων υπογραφών ακτινολογικών υποομάδων έδειξε ότι το fNSIP χαρακτηρίζεται από επεξεργασία και παρουσίαση αντιγόνων, διαφοροποίηση δενδριτικών κυττάρων; το non-UIP χαρακτηρίζεται από σύμπλεγμα ανοσοσφαιρινών και το UIP από χυμική ανοσιακή απόκριση, ανοσία μεσολαβούμενη από ουδετερόφιλα, φαγοκυττάρωση και ενεργοποίηση συμπληρώματος. Από τη γονιδιακή ανάλυση των ασθενών με κλινική ή/και ακτινολογική πρόοδο και με βελτιούμενη/σταθερή νόσο προέκυψαν μονοπάτια που σχετίζονται με τον κυτταρικό κύκλο, την αναπαραγωγή DNA, την IFNγ, το φλεγμονόσωμα και αρνητική ανοσιακή απόκριση στην ομάδα των πρώτων. Η ανάλυση drug repurposing έδειξε ότι οι αναστολείς IΤK, Syk και FAK αποτελούν ελπιδοφόρα θεραπευτικά μόρια τα οποία μπορούν να αναστρέψουν τη μεταγραφική υπογραφή της προόδου νόσου. Συμπεράσματα: Σε μια σύγχρονη κοορτή RA-ILD, η NSIP αποτελεί το πιο συχνό ακτινολογικό πρότυπο, αλλά η UIP συνδέεται σημαντικά με αυξημένο κίνδυνο θνητότητας. Η οροθετικότητα συνιστά ανεξάρτητο παράγοντα κινδύνου για την πρόοδο της νόσου. Οι ασθενείς με RA-ILD εκδηλώνουν ενισχυμένες ανοσιακές απαντήσεις, μεταβολές και ενεργοποίηση κυτοκινών, ενώ η κοινή υπογραφή της ILD χαρακτηρίζεται από μονοπάτια που σχετίζονται με τη μεταβολή και την αντίδραση στους μικροοργανισμούς. Το fNSIP χαρακτηρίζεται από την επεξεργασία και παρουσίαση αντιγόνων, τη διαφοροποίηση των δενδριτικών κυττάρων. Το non-UIP (NSIP/OP) χαρακτηρίζεται από σύμπλεγμα ανοσοσφαιρινών και η UIP από χυμική ανοσιακή αντίδραση, ανοσιακή απόκριση μεσολαβούμενη από ουδετερόφιλα, φαγοκυττάρωση και ενεργοποίηση συμπληρώματος. Η πρόοδος νόσου χαρακτηρίζεται από ενίσχυση μονοπατιών που σχετίζονται με τον κυτταρικό κύκλο, την αντίγραφη DNA, την IFNγ, το φλεγμονόσωμα και την αρνητική ρύθμιση της ανοσιακής απόκρισης. Οι αναστολείς ITK, Syk και FAK μπορεί να αποτελούν υποσχόμενες επιλογές που θα οδηγούν στην αναστολή της μεταγραφικής υπογραφής της προόδου νόσου.