文摘
患有严重哮喘患者的比例持续气流限制(PAL),通常与更多相关症状出现和加剧。对底层机制。在这里,我们的目标是发现未知的潜在机制使用基因组差异分析(GSVA),一个敏感的技术,可以在异构的样品检测潜在的途径。
严重哮喘患者U-BIOPRED群组的朋友(post-bronchodilator用力呼气量在1 s /用力肺活量比值低于正常的下限)比较与那些没有朋友。基因表达是评估在痰液细胞总RNA,鼻刷牙,支气管刷和活检。GSVA应用于识别不同浓缩预定义的基因签名基于所有可用的基因表达的出版物和数据对呼吸道疾病。
差异丰富基因签名确认在鼻刷牙(n = 1),痰(n = 9),支气管刷(n = 1)和支气管活检(n = 4)与吸入类固醇,嗜酸性粒细胞,interleukin-13 interferon-α,具体CD4细胞+t细胞和气道重塑。
朋友在严重哮喘的潜在基因网络与治疗,炎症通路和气道重塑。这些研究结果指向目标治疗严重哮喘的朋友。
文摘
持续气流限制严重哮喘相关联机制涉及IL-13和改造http://ow.ly/JYcC30daSRf
介绍
一小部分哮喘患者患有不受控制的疾病,尽管治疗高剂量吸入或口服类固醇,这被定义为严重哮喘(1,2]。这些病人需要有效和steroid-sparing治疗。然而,严重的哮喘是一种异质性疾病,这就不利于这些疗法的发展(3,4]。新兴的靶向治疗似乎成功地选择子组患者的具体特征,如嗜酸性气道炎症和过敏,强调需要精密医学在严重哮喘5- - - - - -7]。
一个gusti等。(8)最近描述了治疗慢性气道疾病的新策略,重点根据临床治疗的特征,生理和/或生物学特性而不是仅仅在诊断为哮喘或慢性阻塞性肺疾病(COPD)。持续气流限制(PAL)被假定为治疗呼吸道疾病的特征,被减少的特征呼气流量即使短效支气管扩张剂的政府。值得注意的是,朋友不仅是行列式对慢性阻塞性肺病的诊断,但不管吸烟史,也一直与严重哮喘患者(9]。
朋友是在严重哮喘临床相关的预后的影响。尽管朋友和发作是不同的表型特征,有证据表明协会的朋友更频繁的发作和更多的子组的严重哮喘患者的住院治疗上(10,11]。临床聚类研究表明,PAL是严重哮喘表型的重要组成部分,气道嗜酸性的特点是炎症反应,穷人的生活质量和吸烟史(11- - - - - -14]。理解这一临床特征,几项研究已经识别风险因素进行朋友在吸烟和不吸烟的严重的哮喘。嗜酸性气道炎症,持续时间较长,成人发病的疾病和吸烟的历史似乎是最重要的因素(9,15,16]。然而,管理策略预防或治疗严重哮喘的朋友缺乏,这是奇怪的缺乏知识关于其机制。
气道重构,与慢性炎症有关,可能导致哮喘的朋友。气道平滑肌层增厚,细胞外基质的变化,如牙龈纤维化和炎症细胞的浸润支气管气道壁与增加肺功能下降(15,17,18]。尽管研究已经进行了识别潜在通路的气道重构,对底层机制严重哮喘的朋友(19,20.]。值得注意的是,有严重的患者气道重构之间的差异和长程哮喘患者,展示了需要检查的潜在通路伙伴严重哮喘患者自己(21]。
基因变异分析(GSVA)是一个敏感的统计技术可用于识别潜在通路在异类样本(22]。更传统的单基因表达的分析,而是GSVA允许表达式的组间比较已知的基因集与生物网络的相关性。这个标识潜在途径的差异严重哮喘患者朋友相比之下,那些没有朋友。
我们提出严重哮喘患者和朋友表现出不同的基因表达谱与那些没有朋友。本研究的目的是确定转录组通道严重哮喘的朋友在痰液细胞,应用GSVA鼻刷牙,支气管刷和活检。这项研究是在严重的哮喘进行成人U-BIOPRED研究的队列,根据最近的聚类分析基于临床和患者的生理参数包括子集和没有朋友23]。
方法
详细方法提供的补充材料。
设计和主题
这是一个横断面,观察研究使用的数据严重哮喘U-BIOPRED成人群体。细节的设计U-BIOPRED发表之前(24]。严重哮喘的定义根据创新医学行动共识声明(25]。患者包括曾证实诊断哮喘的控制,尽管高强度哮喘治疗(≥1000µg fluticasone相当于+第二个控制器)或只能控制治疗系统性口服皮质类固醇或omalizumab,包括吸烟者,过度吸烟者和不吸烟者。U-BIOPRED研究注册ClinicalTrials.gov与标识符NCT01976767和医学伦理委员会批准的所有参与中心。所有的病人提供书面知情同意。
持续的气流限制
朋友被定义为post-bronchodilator用力呼气量在1 s (FEV1)/用力肺活量(FVC)比例低于正常的下限(LLN)。提供的LLN是根据公式计算Quanjeret al。(26](男性受试者:−0.18 + 75.41 *年龄;女性主题:−0.19 *年龄+ 78.4),符合定义的LLN全球肺功能行动(GLI) [27]。为了检查与其他朋友我们另外执行一个标准的一致性分析基于PAL post-bronchodilator FEV所定义的1< LLN。
测量的信使rna样本
基因表达是评估的总RNA在未经选择的样本严重哮喘患者气道从以下四个隔间:1)鼻刷牙(n = 37), 2)诱导痰(n = 79), 3)支气管刷(n = 62)和4)支气管活检(n = 50)。没有完整的样品之间的重叠,主要是因为有限的痰诱导成功率(图1)。在样本收集的详细信息,请参见补充材料。
微阵列分析与HT HG-U133 +点微阵列平台(美国Affymetrix,圣克拉拉,CA)。详情,请参见补充材料。
统计分析
在统计分析临床变量的详细信息,见补充材料。
GSVA技术允许敏感识别预定义组基因的表达差异异构组和可以用来探索潜在通路(22]。集基因的基因表达是基于所有可用的出版物和数据对呼吸道疾病,包括人类和小鼠模型,从两种在活的有机体内和在体外研究中,以确保敏感通道检测。这些包含相关的基因表达研究1)呼吸道疾病治疗,2)免疫途径和3)诱导肺损伤或炎症。后者包括基因签名被识别在几个跨度为入学后要么polyinosinic-polycytidylic酸(聚(我:C))作为模型加重(28]或博来霉素,用作模型模拟肺纤维化过程中(29日]。在这一发现研究中,105个预定义的基因集输入到统计模型(补充表E8)。
结果
U-BIOPRED 421严重哮喘患者的队列,224年(58%)朋友。这些患者显著老和哮喘持续时间比没有朋友的严重哮喘患者较长(表1)。此外,他们有更显著的嗜酸性粒细胞在血液和唾液。患者和没有朋友没有显著不同的吸烟行为,久和恶化率。一些不同的患者特征被发现当患者分组,根据网站的mRNA集合。显著减少雌性和更高的血液中性粒细胞计数观察患者朋友子集的鼻和支气管刷。此外,久的数量更高的患者朋友在支气管刷的子集和活组织检查(表2看看补充表E1-E4假定值)。
免疫相关基因表达
四个与免疫相关基因信号通路被发现显著差异群体之间的丰富。1)调节的基因签名的嗜酸性粒细胞(补充表E7、签名55)更丰富的痰患者朋友相比之下,那些没有朋友(dES = 0.21;p = 0.04) (图3)。2)的基因签名确认与白介素(IL) -13的存在(补充表E7、签名101)鼻刷牙更丰富的朋友患者(dES = 0.27;p = 0.045) (图2)。3)干扰素(IFN)的ES -α基因签名(补充表E7、签名36)在患者的痰少丰富PAL (dES = 0.32;p < 0.001) (图3)。4)CD4的ES+类风湿性关节炎患者的t细胞(补充表E7、签名27)更丰富的患者朋友(dES = 0.21;p = 0.029) (图3)。
诱导肺损伤基因签名
总共八个基因签名与诱导气道炎症或相关肺损伤被发现显著差异。其中有五个是发现一个基因表达的研究评估不同跨度为入学后的聚(我:C)(补充表E7,签名57,58岁,62年,64年和65年),模仿病毒复制。患者朋友在痰液明显降低浓缩这些签名,从dES =−0.25−0.20 (图3)。此外,三个基因签名与bleomycin-induced相关肺损伤(补充表E7签名,67年、68年和77年)明显不同的丰富,一个相关基因的高表达在损伤早期发展(67年补充表E7、签名)展示痰显著降低ES (dES =−0.24;p = 0.012)和更高的ES支气管活检(dES = 0.22;朋友患者p = 0.045)。此外,高表达的基因签名确认的后期bleomycin-induced受伤(补充表E7,签名67年和77年)有较低的ES朋友患者(dES =−0.20;p = 0.006和dES =−0.41;p = 0.026) (表3和图5)。
当使用朋友的定义不同的一致性
当使用post-bronchodilator FEV的数据1定义朋友给出的补充材料。数据显示,总体而言,FEV之间签名确认1/ FVC < LLN FEV1< LLN相似,包括那些与治疗卡松,嗜酸性炎症,和参与辅助2型(Th2细胞和IFN-α)。此外,诱导肺损伤和炎症基因签名也确定在两个分析(补充表E6)。然而,具体的参与-13年和CD4白介素(IL)+类风湿性关节炎的t细胞是不一致,没有明显的基因签名活检应用FEV时被确定1< LLN。
讨论
这项研究表明,严重哮喘患者朋友有不同的基因集富集与病人没有朋友,暗示的潜在机制。识别基因签名可能表明这些病人吸入糖皮质激素治疗的反应或反应不同,特定的免疫途径。这些包括气道嗜酸性已经公认的炎症反应,但也具体的CD4细胞+IL-13 t细胞和参与,可能通过Th2细胞。此外,相关差异表达基因网络改造支气管气道壁被发现,而不是在其他车厢,突显出当地参与改造。这些结果表明,朋友是生物学上的严重哮喘和指向可能朋友的预防和治疗的目标。
本研究首次评估潜在PAL基因签名的发现严重哮喘的机制。患者的临床描述现在的朋友没有与恶化率。多个严重哮喘的研究显示了不同的结果。一些发现更频繁的发作和朋友之间的联系,尤其是在某些严重哮喘的表型(10,11),而其他人则没有观察到协会(13]甚至逆协会表明更频繁发作的病人没有朋友(9]。这表明,某些子组的严重哮喘患者可能患有临床特征。然而,在一个广泛的人口严重哮喘,如目前的研究中,朋友和加重可能需要被视为单独的临床特征。
GSVA不仅证实预期机制,但还发现了小说在PAL途径。首先,结果表明,严重哮喘患者的气道PAL的吸入糖皮质激素的反应不同。尽管严重哮喘之间的关系和抗类固醇被认可(31日),一个特定的与朋友此前还没有报道。第二,毫不奇怪,一组基因气道嗜酸性与炎症反应被发现在患者的痰气道嗜酸性朋友。炎症反应报道严重哮喘患者朋友由多个研究,在这项研究也存在人口(9,14,15]。第三,IL-13被确认参与严重哮喘的朋友,这是一致的研究Kaminskaet al。(32)在支气管活检确定IL-13严重哮喘患者朋友。
有趣的是,在痰液样本,我们确定了一组基因与IFN-α丰富患者朋友少。受损或减少IFN-α一直伴随着严重的哮喘与控制(33,34),在小鼠哮喘模型气道嗜酸性IFN-α抑制炎症反应和高反应性35]。然而,直接与朋友(严重)哮喘没有前面描述的。此外,患者朋友似乎较低的基因集富集表示接触保利(我:C)后,模仿在感染病毒复制。公认的保利(我:C)和干扰素之间的联系加强了这些结果(36]。肺功能受损后被发现暴露在保利(我:C)在小鼠37];然而,它是未知的能力在多大程度上应对病毒感染影响肺功能。此外,目前的数据表明CD4的作用+t细胞,此前有关降低哮喘患者的肺功能(18]。最后,改造已承认与朋友有关(严重)哮喘17,18];在音乐会,我们的数据确定相关基因集bleomycin-induced支气管肺损伤和纤维化过程的严重哮喘患者气道壁更加丰富与朋友。
我们相信这项研究的优势包括以下。这是严重哮喘组进行泛欧U-BIOPRED研究,其中包括大量的精选和定义的患者。这项研究包括严重哮喘患者朋友和那些没有朋友同样严重疾病作为一个适当的对照组分析区分基因签名朋友之间严重哮喘患者。多中心的设计允许标准化收集大量的样本病人全欧洲。此外,这些样本的收集标准化和执行根据标准操作程序,在mRNA表达这些样本集中分析了获得优化数据质量。此外,使用GSVA作为一个敏感的统计方法启用识别潜在的途径参与朋友即使在异类样本,如严重的哮喘。最后,选择偏见被修正吸烟状态最小化,哮喘持续时间和使用口服糖皮质激素。然而,皮质类固醇剂量校正不表示这是团体之间的相似。同样,没有应用细胞计数校正,这可能在一定程度上掩盖了疾病机制严重哮喘的朋友。
这项研究也有局限性。首先,这是一个横断面研究,而肺功能随时间可能会有所不同。严格的选择标准的朋友也应用于减少可能的病人误诊,但我们不能排除纵向变化的朋友。朋友的定义是来自两项措施的LLN PAL基于Quanjeret al。(26)的值。LLN的GLI参考方程应用到我们的数据集有影响患者的分布很少或没有朋友,因为总共只有三个病人中GSVA分析将开关组。第二,所示图1,有各种的不完全重叠的患者样本被收集,这是意想不到的,但由于病人同意,不可避免的可行性和质量控制(如。支气管镜检查和诱导痰)。这妨碍了比较确定的基因集之间的不同的隔间。鼻刷牙的样本大小,例如,谦虚。然而,和谐之间的识别基因签名不同的隔间(如。基因集fluticasone治疗和bleomycin-induced损伤)和确定相关的基因签名通过应用两个朋友借有效性的定义确定通路在不同的样本。第三,GSVA需要放入预定义的基因集分析。从文献获得的这些基因签名和基于其他研究报告到目前为止。不可避免的是,这些研究有自己的缺陷,而没有考虑到在这个研究。此外,一些基因的签名来自小鼠模型研究。从小鼠模型是故意包括这些数据,因为只有通过广泛的、非选择性基因签名输入分析小说在PAL机制可以发现。然而,它需要强调人类疾病小鼠模型肯定会偏离它还有待建立小鼠签名可以用来识别严重哮喘的表型差异。此外,通过应用预定义的基因集,我们可能基因相互作用还没有注释,因此本研究不确定。最后,本研究没有包括一套独立的验证或内部验证。样品尺寸没有足够大的分成一组训练和验证。然而,我们应用最严格的措施预防错误发现的基因签名只有选择基因签名低假定值和最小dES,标准化后MACQC建议的重要性(团体差异阈值申请获得最好的可重复的结果30.]。此外,结果是基本一致的通过使用FEV在定义的朋友1或FEV1/ FVC,导致数据的有效性。
基于目前的结果,显示一些定义良好的机制与朋友在严重的哮喘。首先,参与IL-13似乎并不令人惊讶。不仅因为它一直与朋友之前直接相关(32),还因为它与其他识别途径。IL-13与抗类固醇在哮喘有关31日,38),被认为是催化剂为当地肺嗜酸性粒细胞招募(39]。此外,IL-13已被确定为一个直接催化剂(气道重构的40]。因此,IL-13可能是一个重要的枢纽几个途径参与了严重哮喘的朋友。
第二,IFN-α不足,这可能损害抗病毒反应(41),与持续哮喘有关(34]。此外,小鼠模型研究表明,IFN-α抑制嗜酸性粒细胞的炎症反应(33]。我们研究的结果暗示只有严重哮喘患者朋友的群展品IFN-α缺陷或损伤,这可能与基因的低表达组与聚(我:C)。可以推测,IFN-α不足可能导致增强病毒载量在增强炎症感染或恶化,进而可能导致气道壁改造,最终朋友。最后,不同的基因签名似乎丰富的四个隔间。基因表达与气道重塑中发现了气道壁的更为深刻的层(活检),而不是表面的层和内腔。相反的适用于炎症相关的基因签名参与,如嗜酸性粒细胞和CD4细胞+t细胞。这似乎是高度相关的,或许不是意外暗示微分呼吸道途径在不同的位置。
朋友一直被认为是一种可治疗的特质在慢性呼吸道疾病8]。特别是,严重哮喘患者朋友有很高的疾病负担,因此需要更多的个性化管理,所谓“精密医学”。目前的结果表明,患者朋友可能不太适应吸入类固醇。考虑到这些病人有更多的症状和较高的急性加重和住院治疗上10),他们似乎是病人最需要有针对性的药物,如新开发的生物制剂。例如,IL-13途径的参与在这些病人可能使他们主要候选人anti-IL-13治疗。
总之,严重哮喘患者朋友表达不同的基因机制相比之下,那些没有被暗示特定疾病的机制,包括气道嗜酸性IL-13-associated疾病通路如炎症反应和改造IFN-α功能受损的参与。因此,这些可能是患者选择研究新兴的新疗法。
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- 收到了2016年11月23日。
- 接受2017年6月26日。
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