A cada momento, a medula óssea produz milhões de sangue fresco e células imunológicas. Essa renovação contínua depende de uma relação cuidadosamente equilibrada entre células-tronco hematopoiéticas (HSCs), células estromais de suporte e redes de sinalização imunológica.
Com o passar dos anos, esse equilíbrio tornou-se frágil. O envelhecimento, a inflamação crónica ou as mutações somáticas perturbam a comunicação entre estas populações de células, reduzindo a renovação normal das células estaminais e permitindo que as células estaminais hematopoiéticas mutadas se expandam despercebidas. Esse processo resulta em hematopoiese clonal de potencial indeterminado (CHIP), que ocorre em aproximadamente 10% a 20% dos adultos com mais de 60 anos e em quase 30% dos adultos com mais de 80 anos.
Embora as pessoas com CHIP muitas vezes não apresentem sintomas, a doença aumenta dez vezes o risco de cancro do sangue e duplica a probabilidade de doenças cardiovasculares e morte prematura. A síndrome mielodisplásica (SMD) é um distúrbio relacionado que envolve células-tronco hematopoiéticas clonais, levando à produção ineficiente de células sanguíneas e à falência progressiva da medula óssea. A doença afeta até 20 em cada 100.000 adultos com mais de 70 anos, com aproximadamente 30% dos casos progredindo para leucemia mieloide aguda (LMA), um câncer agressivo e muitas vezes fatal.
Apesar da gravidade destas doenças, a contribuição do microambiente da medula óssea para o seu desenvolvimento permanece obscura.
Mapeando mudanças ocultas no microambiente da medula óssea
Para entender melhor como os clones HSC mutados adquirem vantagens, uma equipe de pesquisa internacional co-liderada por Judith Zaugg da EMBL e pela Universidade de Basileia e Borhane Guezguez da UMC Mainz realizou uma extensa análise molecular e espacial da medula óssea humana. As amostras provêm de um estudo de coorte conduzido pela BoHemE em colaboração com Uwe Platzbecker do Centro Nacional de Doenças do Câncer (NCT) em Dresden.
Os pesquisadores usaram sequenciamento de RNA unicelular, imagens de biópsia, proteômica e modelos de cocultura para criar um mapa detalhado do microambiente da medula óssea em doadores saudáveis (incluindo doadores CHIP) e pacientes com SMD. A análise revelou uma transformação celular inesperada que começa muito antes do aparecimento dos sintomas clínicos. A equipe descobriu que uma população de células estromais inflamatórias substituiu gradualmente as células estromais mesenquimais comuns (MSCs) que sustentam a função das células-tronco.
“Fiquei surpreso ao descobrir que o microambiente da medula óssea em pacientes com CHIP foi remodelado de forma tão significativa, embora a relação causal subjacente permaneça obscura”, disse o co-autor sênior Zaugg, professor da Universidade de Basileia e líder do grupo EMBL.
Ao contrário das células estromais saudáveis, estas células estaminais mesenquimais inflamatórias (iMSCs) produzem grandes quantidades de citocinas e quimiocinas induzidas por interferon. Estas moléculas atraem e ativam células T reativas ao interferon, exacerbando assim a atividade inflamatória. Isso cria um ciclo de alimentação que mantém a inflamação crônica, interrompe a formação normal do sangue e causa alterações vasculares na medula óssea.
Identificando fatores de inflamação da medula óssea
Curiosamente, os investigadores não encontraram nenhum sinal de que as células hematopoiéticas mutadas na SMD desencadeiem diretamente esta resposta inflamatória. Eles foram capazes de separar células mutantes de células não mutadas usando SpliceUp, um método computacional desenvolvido pelo co-autor principal e ex-aluno do EMBL Maksim Kholmatov em colaboração com Pedro Moura e Eva Hellström-Lindberg no Karolinska Institutet. SpliceUp identifica células mutantes em conjuntos de dados unicelulares, detectando padrões aberrantes de splicing de RNA. Na SMD, as redes inflamatórias dentro do microambiente dominam e substituem grande parte da arquitetura regenerativa normal da medula óssea.
“Outra observação surpreendente foi que as células estaminais da SMD foram incapazes de desencadear as células do estroma para produzirem CXCL12, um sinal importante que desencadeia as células sanguíneas para colonizarem a medula óssea. Esta falha pode ajudar a explicar porque é que a medula óssea deixa de funcionar corretamente”, disse a co-autora Karin Prummel, pós-doutoranda no EMBL.
“Surpreendentemente, as células mutantes não produziram efeitos inflamatórios diretos”, disse o co-autor Maksim Kholmatov, ex-aluno do EMBL. “No entanto, do ponto de vista das alterações nas células T e no compartimento estromal, isso destaca a importância do microambiente da medula óssea na formação da progressão da doença”.
Inflamação é uma causa precoce de doenças do sangue
Estas descobertas sugerem que a inflamação desempenha um papel central nas fases iniciais da doença e destacam o microambiente da medula óssea, também conhecido como nicho da medula óssea, como um foco terapêutico crítico. Ao concentrar a atenção no ecossistema que suporta as células estaminais mutantes, em vez de apenas nas células mutantes, a investigação abre novas oportunidades para o tratamento precoce e a prevenção.
Medicamentos antiinflamatórios ou terapias que modulam a sinalização do interferon podem ajudar a proteger a função da medula óssea em idosos com CHIP. A combinação de terapias direcionadas com terapias que atuam no microambiente pode retardar ou prevenir a transição de CHIP para SMD ou LMA. Assinaturas moleculares específicas de iMSCs e células T responsivas a interferon também podem servir como biomarcadores precoces para populações de alto risco.
“Nossos resultados mostram que o microambiente da medula óssea molda ativamente os estágios iniciais da evolução maligna”, disse o co-autor sênior Guezguez, investigador principal do Departamento de Hematologia da Universidade de Mainz. “Como os avanços na análise molecular nos permitem detectar estados pré-leucêmicos anos antes do início clínico, a compreensão de como as células do estroma e do sistema imunológico interagem estabelece as bases para tratamentos preventivos que interrompem a progressão da doença antes do desenvolvimento da leucemia”.
Inflamação e seu impacto mais amplo nas doenças relacionadas à idade
Além das doenças sanguíneas, os resultados contribuem para uma compreensão mais ampla da “inflamação”, a inflamação crónica de baixo nível que sustenta muitas condições relacionadas com a idade, incluindo cancro, doenças cardiovasculares e metabólicas. Antes considerada simplesmente o local de produção de sangue, a medula óssea parece agora ser afetada e causada pelo envelhecimento inflamatório sistêmico. Ao mostrar como as interações entre células imunes e estromais impulsionam essas mudanças, este estudo fornece um modelo para explorar a remodelação inflamatória em outras malignidades mieloides e leucemias avançadas.
“É fundamental estudar esses processos ao longo do tempo; nossas descobertas atuais são baseadas em dados transversais”, disse Zager. “Isso tem implicações importantes para terapias que substituem células malignas, mas deixam o nicho da medula óssea intacto, como o transplante de células-tronco hematopoiéticas. Estamos agora investigando até que ponto o nicho retém uma ‘memória’ da doença, o que pode influenciar sua resposta a novas células-tronco saudáveis”.
Este trabalho é publicado simultaneamente com um estudo complementar que examina o microambiente da medula óssea na SMD, também publicado em comunicações da natureza Liderado por Marc Raaijmakers do Erasmus MC Cancer Institute em Rotterdam. Juntos, esses dois estudos fornecem uma compreensão mais abrangente do remodelamento inflamatório nos estágios iniciais da doença mieloide.
Os colaboradores do estudo foram da Universidade de Mainz, da Universidade de Basileia, do Hospital Universitário Dresden, do Instituto Karolinska na Suécia, do Laboratório Jackson nos Estados Unidos, da Universidade Sorbonne na França e de instituições parceiras do DKTK, incluindo DKFZ e NCT Dresden. O financiamento veio do programa DKTK-CHOICE, uma subvenção ERC para EpiNicheAML para Judith Zaugg, uma subvenção MCSA para ITN ENHPATHY, EMBO, Fundação Nacional Suíça e José Carreras Leukämie-Stiftung.
