Estudo do efeito da combinação de fármacos anti-citocina na lesão pulmonar aguda induzida por lipopolissacarídeo em camundongos: insights para o tratamento farmacológico da SDRA

Abstract

A síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA) é um estado de lesão pulmonar aguda (LPA) grave definido por início rápido, edema bilateral difuso e hipoxemia. Apesar de décadas de esforços, a taxa de mortalidade permanece elevada e não há, até o momento, um tratamento farmacológico definido. As evidências atuais sustentam um papel crítico da inflamação excessiva na LPA/SDRA, fazendo com que diversas citocinas e suas respectivas vias de sinalização sejam consideradas potenciais alvos terapêuticos. Contudo, devido à complexidade da síndrome, ensaios clínicos recentes apontam para a necessidade de combinação de fármacos e do uso de prescrição guiada por biomarcadores para que haja benefício clínico. Neste estudo, três combinações de fármacos anti-citocina foram comparadas com as respectivas monoterapias quanto à eficácia em um modelo experimental de LPA/SDRA induzido por lipopolissacarídeo (LPS) em camundongos. Para isso, foi utilizada a instilação intratraqueal de LPS em camundongos da linhagem CD-1 seguido da avaliação de alterações inflamatórias, hematológicas, fisiológicas e funcionais relevantes à triagem de fármacos na LPA. Primeiro, uma ampla caracterização do modelo foi realizada de modo a demonstrar efeitos tempo- (6, 24, 48 e 72 horas), dose- (7,5, 1,5, 0,75 e 0,3 x 10^6 EU/kg) e sexo-dependentes e o perfil hiperinflamatório da LPA induzida por LPS. Esses resultados também guiaram a definição de dose do LPS (3,0 x 10^6 EU/kg), do tempo até a avaliação (três dias) e do sexo dos camundongos (machos) para os experimentos subsequentes. Na sequência, realizou-se um ensaio de farmacocinética seguido de uma prova de conceito, onde foi revelado que a adição do inibidor de Janus quinase (JAK) baricitinibe (10 mg/kg, v.o.) ao tratamento com o corticosteroide dexametasona (10 mg/kg, i.p.) aumenta consideravelmente a eficácia da intervenção. Isso inclui a redução ou abolição completa de aspectos da inflamação e consolidação pulmonar, mecânica respiratória disfuncional, expressão gênica pró-inflamatória e liberação de citocinas nos alvéolos. A partir desses resultados, outras duas combinações foram também avaliadas. Inicialmente, foi demonstrado que a neutralização simultânea de TNF e de IFN-? com anticorpos monoclonais (500 µg cada por camundongo) apresentou eficácia comparável à combinação de dexametasona e baricitinibe, sendo mais eficaz que a neutralização individual e uma alternativa promissora aos imunossupressores não-seletivos. Depois, revelou-se que a combinação de dinaciclibe (inibidor de quinases dependentes de ciclina; 2,5 mg/kg, i.p.) e MCC950 (inibidor do inflamassoma NLRP3; 10 mg/kg, v.o.) também foi mais eficaz do que as monoterapias e resultou em ampla redução dos prejuízos, indicando que existem múltiplos alvos terapêuticos pelos quais combinações de fármacos podem resultar em melhor desfecho na LPA. Deste modo, conclui-se que combinações de fármacos anti-citocina reduzem a inflamação e alterações hematológicas, fisiológicas e funcionais de maneira superior às monoterapias na LPA induzida por LPS em camundongos. Estes achados apoiam de maneira enfática a continuidade das investigações da terapia combinada anti-citocina em cenários de hiperinflamação e LPA, e sugerem que no futuro diferentes combinações de fármacos poderiam ser aliadas à seleção de pacientes guiada por biomarcadores para um tratamento individualizado efetivo da SDRA.

Abstract: Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a state of severe acute lung injury (ALI) defined by rapid onset, bilateral diffuse edema and hypoxemia. Despite decades of efforts, mortality rate remains high and there is no defined pharmacological treatment. Current evidence supports a critical role for excessive inflammation in ALI/ARDS, resulting in several cytokines and their signaling pathways being putative therapeutic targets. However, due to the complexity of the syndrome, recent clinical trials point to the necessity of combination therapy and use of biomarker-guided prescription to achieve clinical benefit. In this study, the efficacy of three combinations of anti-cytokine drugs were evaluated and compared to their respective monotherapies in a model of ALI/ARDS induced by lipopolysaccharide (LPS) in mice. To this end, LPS was instilled intratracheally in male mice from the CD-1 strain followed by assessment of inflammatory, hematologic, physiologic and functional alterations that are relevant to drug screening in ALI. First, a broad characterization of the model was carried out to demonstrate time- (6, 24, 48 and 72 hours), dose- (7.5, 1.5, 0.75 e 0.3 x 10^6 EU/kg) and sex-dependent effects and the hyperinflammatory profile of LPS-induced ALI. These results also led to the informed selection of the dose of LPS (3,0 x 10^6 EU/kg), time until assessment (three days), and sex of mice (males) for further experiments. Then, a study of pharmacokinetics was followed by a proof-of-concept test, through which was revealed that adding the Janus kinase (JAK) inhibitor baricitinib (10 mg/kg, p.o.) to treatment with the corticosteroid dexamethasone (10 mg/kg, i.p.) considerably increases the efficacy of the intervention. This includes reducing or completely abrogating aspects of pulmonary inflammation and consolidation, dysfunctional respiratory mechanics, pro-inflammatory gene expression and cytokine release into the alveolus. Based on these results, two additional drug combinations were also evaluated. Initially, it was demonstrated that simultaneous neutralization of TNF and IFN-? with monoclonal antibodies (500 µg each per mice) resulted in an efficacy that is comparable to that of the combination of dexamethasone and baricitinib, being more efficacious than individual neutralization and a promising alternative to non-selective immunossupressors. Then, it was revealed that combining dinaciclib (cyclindependent kinase inhibitor; 2.5 mg/kg i.p.) and MCC950 (NLRP3 inflammasome inhibitor; 10 mg/kg, p.o.) was also more effective than the monotherapies and results in broad reduction of impairment, indicating that there are multiple therapeutic targets through which drug combinations may result in better outcome in ALI. Therefore, we conclude that combinations of anti-cytokine drugs are superior to monotherapies in reducing inflammation and hematologic, physiologic and functional changes in LPS-induced ALI in mice. This findings emphatically support further investigation into combined anti-cytokine therapy in settings of hyperinflammation and ALI, and suggests that in the future different drug combinations could be coupled to biomarker-guided selection of patients for effective individualized treatment of ARDS.