Molecular basis for the development of diagnostic methods and specific treatment modalities for idiopathic pulmonary fibrosis

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is an interstitial lung disease with unknown aetiology and poor prognosis. IPF is characterized by alveolar epithelial damage that leads tissue remodelling and ultimately to the loss of normal lung architecture and function. Treatment has been focused on anti-inflammatory therapies, but due to their poor efficacy new therapeutic modalities are being sought. There is a need for early diagnosis and also for differential diagnostic markers for IPF and other interstitial lung diseases. The study utilized patient material obtained from bronchoalveolar lavage (BAL), diagnostic biopsies or lung transplantation. Human pulmonary fibroblast cell cultures were propagated and asbestos-induced pulmonary fibrosis in mice was used as an experimental animal model of IPF. The possible markers for IPF were scanned by immunohistochemistry, RT-PCR, ELISA and western blot. Matrix metalloproteinases (MMPs) are proteolytic enzymes that participate in tissue remodelling. Microarray studies have introduced potential markers that could serve as additional tools for the assessment of IPF and one of the most promising was MMP 7. MMP-7 protein levels were measured in the BAL fluid of patients with idiopathic interstitial lung diseases or idiopathic cough. MMP-7 was however similarly elevated in the BAL fluid of all these disorders and thus cannot be used as a differential diagnostic marker for IPF. Activation of transforming growth factor (TGF)-ß is considered to be a key element in the progression of IPF. Bone morphogenetic proteins (BMP) are negative regulators of intracellular TGF-ß signalling and BMP-4 signalling is in turn negatively regulated by gremlin. Gremlin was found to be highly upregulated in the IPF lungs and IPF fibroblasts. Gremlin was detected in the thickened IPF parenchyma and endothelium of small capillaries, whereas in non-specific interstitial pneumonia it localized predominantly in the alveolar epithelium. Parenchymal gremlin immunoreactivity might indicate IPF-type interstitial pneumonia. Gremlin mRNA levels were higher in patients with end-stage fibrosis suggesting that gremlin might be a marker for more advanced disease. Characterization of the fibroblastic foci in the IPF lungs showed that immunoreactivity to platelet-derived growth factor (PDGF) receptor-α and PDGF receptor-β was elevated in IPF parenchyma, but the fibroblastic foci showed only minor immunoreactivity to the PDGF receptors or the antioxidant peroxiredoxin II. Ki67 positive cells were also observed predominantly outside the fibroblastic foci, suggesting that the fibroblastic foci may not be composed of actively proliferating cells. When inhibition of profibrotic PDGF-signalling by imatinib mesylate was assessed, imatinib mesylate reduced asbestos-induced pulmonary fibrosis in mice as well as human pulmonary fibroblast migration in vitro but it had no effect on the lung inflammation.

Idiopaattinen keuhkofibroosi (IPF) on progressiivinen keuhkosairaus, jonka aiheuttaja on epäselvä. Taudin syntyyn liittyy keuhkorakkuloiden vaurio ja poikkeava korjausprosessi, joka johtaa normaalin keuhkorakenteen ja toiminnan häviämiseen. IPF -potilaiden ennuste on huono ja heikosta hoitovasteesta johtuen käytössä oleville tulehdusta estäville hoitomuodoille etsitään jatkuvasti korvaavia vaihtoehtoja. Erityinen tarve on IPF:n varhaisdiagnostikalle sekä diagnostisille merkkiaineille, joiden avulla IPF voitaisiin erottaa muista samankaltaisista keuhkosairauksista. Tässä tutkimuksessa keuhkohuuhtelunäytteitä käytettiin merkkiainetutkimuksessa, jossa vertailtiin aikaisemmin esiin nostetun matrix metalloproteinaasi (MMP)-7-proteiinin määrää terveissä kontrollikeuhkoissa, IPF:ssa sekä sarkoidoosissa. MMP-7 ei tutkimuksen mukaan vaikuttanut olevan vain IPF:lle ominainen, vaan esiintyi yhtä runsaana myös muissa keuhkosairauksissa. Tämä tutkimustulos viittaa siihen, että on etsittävä spesifisempiä keuhkofibroosin merkkiaineita sekä korostaa tauti-kontrollinäytteiden merkitystä uusia merkkiaineita etsivissä tutkimuksissa. Transformoivan kasvutekijä-beta (TGF-β) on merkittävä keuhkofibroosin syntyyn ja etenemiseen vaikuttava kasvutekijä. Tutkimuksessa selvittiin TGF-β:n säätelyreitillä esiintyvän gremlin-proteiinin osuutta keuhkofibroosissa. Lisäksi tutkimuksessa vertailtiin gremlinin esiintymistä normaalissa keuhkokudoksessa sekä IPF- ja NSIP (epäspesifinen interstitiaalinen keuhkokuume)-potilaiden keuhkoissa ja selvitettiin voitaisiiko gremliniä käyttää keuhkofibroosityypin tai taudin vaikeusasteen merkkiaineena. Gremlinin havaittiin olevan huomattavasti lisääntynyt IPF:ssa ja gremlinin paikallinen esiintyminen erosi IPF- ja NSIP-keuhkoissa. Gremlinin määrä keuhkokudoksessa korreloi sairauden vaikeusasteen kanssa. Näillä havainnoilla saattaa jatkossa olla merkitystä sairauksien erotusdiagnostiikassa. Antioksidanttinen peroksiredoksiini II-entsyymi osallistuu solunsisäiseen viestintään poistamalla haitallista vetyperoksidia. Tutkimuksen perusteella peroksiredoksiinin hapettuminen ei liity keuhkofibroosiin. Verihiutaleperäinen kasvutekijä (PDGF) ja sen viestinnän välittäjä vaikuttavat keuhkoissa olevien solujen lisääntymiseen ja liikkuvuuteen, jolloin kudoksessa oleva vauriokohta täyttyy sidekudossoluilla ja alueelle muodostuu arpikudosta. Koska PDGF:n viestintä on kohonnut IPF-potilaiden keuhkoissa, sitä ehkäisevä imatinib mesylate saattaa olla mahdollinen PDGF-välitteisten keuhkofibroosia edistävien tapahtumien estäjä. Tutkimuksessa havaittiin että imatinib mesylate ehkäisi hiirille asbesti-altistuksella aikaansaatua keuhkofibroosia.