Los fenotipos de sibilancias se describieron en un principio en el Estudio Respiratorio de los Niños de Tucson basado en el momento de inicio y curso de los síntomas, y los patrones generales de sibilancias transitorias, persistentes y de inicio tardío se confirmaron y ampliaron en otras poblaciones. Un fenotipo de interés particular consiste en niños que desarrollan sensibilización a múltiples aeroalérgenos en la vida temprana y luego desarrollan episodios recurrentes de sibilancias que al inicio se desencadenan por enfermedades respiratorias (a menudo causadas por rinovirus [RVs]) y más tarde se convierten en origen multifactorial (por ejemplo, el ejercicio, la exposición a alérgenos) Los niños con este patrón de sibilancia persistente tienden a desarrollar obstrucción de las vías respiratorias e hiperrespuestas y experimentan mayor morbilidad respiratoria en comparación con otros niños.
Las estrechas relaciones entre la sensibilización alérgica, la inflamación tipo 2 (T2) y las enfermedades de sibilancias virales en la vida temprana con el desarrollo del asma sugieren que el desarrollo inmune sesgado influye en el desarrollo de los fenotipos de asma. Los estudios de respuestas sanguíneas que comienzan en el nacimiento sugieren que el desarrollo retrasado de respuestas al interferón y/o quizás mecanismos de tolerancia predisponen a la sibilancia viral y la sensibilización alérgica y que la elevación de las citocinas T2 se asocia con el desarrollo del asma, pero estas señales son heterogéneas y no explican por completo los distintos fenotipos de asma. Las medidas del desarrollo inmune en la mucosa de las vías respiratorias en lugar de la sangre periférica pueden relacionarse más con los mecanismos patógenos del asma infantil, y varios estudios apoyan el hallazgo de que las respuestas de las vías respiratorias superiores pueden reflejar interacciones ambientales que son relevantes para las vías respiratorias bajas.
Los niños urbanos que crecen en barrios con tasas altas de pobreza tienen algunas de las tasas más altas de enfermedades sibilantes y asma, y también tienen mayor morbilidad asociada con el asma. Recién se identificaron diferentes fenotipos de sibilancias, atopia y salud respiratoria en niños de 7 años que participan en el estudio de cohorte de nacimiento URECA (Ambiente Urbano y Asma Infantil). Para el análisis actual, se ampliaron las definiciones de fenotipo para incluir sibilancia, IgE específica al alérgeno, y datos de la función pulmonar obtenidos desde el nacimiento hasta los 10 años. Para luego probar la hipótesis de que las exposiciones de vida temprana se relacionarían de manera diferente con los fenotipos respiratorios. Luego se analizó de forma crítica si estos fenotipos se asociaban con patrones distintos de expresión génica en células epiteliales nasales obtenidas a los 11 años para definir endotipos moleculares de alergia respiratoria y asma infantil.
MÉTODOS
Reclutamiento y elegibilidad del estudio
El estudio de cohorte de nacimientos URECA comenzó a desarrollarse en 2005 en vecindarios urbanos con tasas altas (>20%) de pobreza en Baltimore, Boston, Nueva York y St. Louis. Mujeres embarazadas, cuyos hijos estaban en riesgo alto de desarrollar asma debido a un historial de asma, rinitis alérgica o eccema en la madre o el padre, se reclutaron antes del nacimiento. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de las familias y la aprobación de los niños de 7 años o más.
Recopilación de datos
Se administraron cuestionarios maternos prenatales y cuestionarios de salud infantil posnatal cada 3 meses hasta los 10 años. Las visitas anuales incluyeron cuestionarios, mediciones antropomorfas, pruebas de función pulmonar y flebotomía. Los niveles de IgE específica a alérgeno (ImmunoCAP, Phadia, Uppsala, Suecia) para aeroalérgenos seleccionados se midieron a los 1, 2, 3, 5, 7 y 10 años, y se realizaron pruebas cutáneas a los 3, 5, 7, y 10 años para aeroalérgenos comunes como se describió con anterioridad. A partir de los 3 años, la espirometría y oscilometría de impulso se realizaron cada año de acuerdo con las guías de la Sociedad Americana Torácica. En >6 años, la reversibilidad se midió 15 minutos después del albuterol inhalado. El reto de metacolina se realizó a los 7 y 10 años como se describió con anterioridad.
Los niveles de cotinina se midieron en el plasma sanguíneo del cordón umbilical como se describió con anterioridad. Las muestras de polvo doméstico obtenidas durante los primeros, segundos y terceros años de vida se evaluaron para proteínas alergénicas, como Bla g 1 (cucaracha alemana), Can f 1 (perro), Fel d 1 (gato), Der f 1 , Der p 1 (ácaros del polvo de la casa), y Mus m 1 (ratón) de ELISA (Indoor Biotechnologies, Charlottesville, Va). Un índice de exposición a alérgenos (que sumó el contenido en el polvo doméstico de proteínas de cucarachas, ratones y gatos) se calculó a lo largo de los 3 primeros años. Las muestras de polvo doméstico obtenidas durante el primer año de vida se analizaron para la microbiota bacteriana con el uso de la secuenciación de biomarcadores de ARN ribosomal 16S, y los índices de diversidad se calcularon como se describió con anterioridad.
Cepillado nasal
Las células nasales (células epiteliales ciliadas, 95 + 5%; células epiteliales no ciliadas, 1 + 2%; leucocitos, 4 + 4%) se obtuvieron en la visita a los 11 años mediante el cepillado del cornete anterior con un cepillo citológico (Cyto-Soft Cytology Brush CYB- 1, #S7766-1A; Cardinal Health, Dublin, Ohio). El ARN se extrajo y secuenció para analizar la expresión génica (véase el repositorio en línea de este artículo disponible en www.jacionline.org).
Definición de asma
Se clasificó a los niños como asmáticos a los 7 y 10 años según una definición que considera los síntomas, el diagnóstico por un proveedor de atención médica y las mediciones de la función pulmonar de la siguiente manera: (1) diagnóstico médico de asma entre 4 y 7 años, combinado con síntomas de asma o el uso de medicamentos de control del asma durante 6 de los últimos 12 meses; (2) metacolina PC20 <4 mg/ml o reversibilidad del VEF1 >10% con albuterol, combinado con síntomas de asma o el uso de medicamentos de control del asma durante 6 de los últimos 12 meses; o (3) el reporte en los últimos 12 meses de >2 episodios de sibilancias, >2 visitas al médico por asma/sibilancia, >1 hospitalización por asma/sibilancia, o el uso de medicamentos de control durante 6 de los últimos 12 meses.
Identificación del fenotipo
Los niños de URECA se clasificaron en 1 de los 6 fenotipos de salud respiratoria. Estos fenotipos se identificaron mediante la evaluación de los conjuntos de datos longitudinales que contienen información sobre enfermedades sibilantes (cualquier sibilancia y número de enfermedades sibilantes), sensibilización a aeroalérgenos (pruebas cutáneas e IgE específica a alérgenos) y función pulmonar (VEF1/capacidad vital forzada [CVF] y área de reactancia [XA] por oscilometría de impulso). Estas variables de trayectoria se agregaron en una matriz de distancia de Gower como se describió con anterioridad.
Análisis estadístico
Las diferencias generales en las variables clínicas y de exposición entre los fenotipos se probaron mediante la prueba de chi cuadrada para las variables categóricas, y la FTEST se utilizó para las variables continuas cuando no se realizaron ajustes de comparación múltiple. Del mismo modo, las comparaciones de pares post hoc entre los 6 endotipos no se ajustaron para comparaciones múltiples dada la naturaleza exploratoria de las hipótesis. Los datos de expresión génica se coasociaron en módulos mediante análisis de red de correlación génica ponderada, y las diferencias en la expresión del módulo entre los 6 grupos de fenotipo respiratorio se evaluaron por ANOVA y comparaciones post hoc de 2 grupos con un modelo lineal ponderado apropiado para datos de secuenciación de ARN (limma) con corrección de pruebas múltiples con el método Benjamini-Hochberg. Los valores de expresión del módulo se compararon de manera similar con el porcentaje predicho de VEF1 y los valores de PC20 recogidos a los 10 años. En el Repositorio en línea se proporcionan más detalles sobre el análisis.
Disponibilidad de datos y materiales
Los datos FASTQ de secuenciación de ARN en bruto e información mínima sobre la secuenciación de nucleótidos de alto rendimiento se depositaron en el Centro Nacional de Información Biotecnológica Ómnibus de Expresión Génica con el número de acceso GSE145505.
RESULTADOS
Población del estudio
La cohorte URECA consiste en niños urbanos que son minorías de forma predominante (72% negros, 20% hispanos [sobre todo dominicanos]) con tasas altas de pobreza (Tabla E1 en el Repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). La prevalencia global de asma en la población fue 29.7% (124 de 418) a los 10 años y se relacionó de forma significativa con una historia de asma materna y respuesta al broncodilatador. El VEF1 prebroncodilatador y la metacolina PC20 fueron inferiores de forma ligera en niños con asma en comparación con aquellos sin asma, aunque estas diferencias fueron significativas de forma marginal.
Fenotipos respiratorios distintos difieren en estado atópico, prevalencia de asma y función pulmonar
Mediante el uso de bases de datos longitudinales para sibilancias, sensibilización alérgica y pruebas de función pulmonar, se identificaron 6 fenotipos distintos de salud o enfermedad respiratoria (Fig. 1, A-F; y vea la Tabla E2 en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). Tres fenotipos fueron notables por poca o ninguna atopia y se diferenciaron por patrones de sibilancia. El grupo más grande tuvo sibilancia mínima (sibilancia baja, atopia baja [LW-LA]; n = 95). El segundo grupo tuvo sibilancias durante la vida temprana que en general se resolvieron en 3 a 4 años (sibilancia transitoria, atopia baja [TW-LA]; n = 75). El tercer grupo de atopia baja tuvo tasas altas de sibilancias durante la infancia que disminuyeron de manera constante en el transcurso de 10 años (sibilancia moderada, atopia baja [MWLA]; n = 54). Tres fenotipos adicionales tuvieron atopia significativa y se distinguieron por patrones diferentes de sibilancia y función pulmonar. Esto incluyó un grupo con poca o ninguna sibilancia (sibilancia baja, atopia alta [LW-HA]; n = 86) y un grupo con tasas altas de sibilancias durante la infancia que disminuyeron en forma constante con el tiempo (sibilancia moderada, atopia alta [MW-HA]; n = 76). El sexto grupo y más grave de enfermedades tuvo tasas altas de sensibilización alérgica, tasas altas de sibilancias que persistieron hasta los 10 años, y evidencia de obstrucción de las vías respiratorias y pequeñas disfunciones de las vías respiratorias en las pruebas de función pulmonar (sibilancia alta, atopia alta, función pulmonar baja [HW-HA-LF]; n = 56).
Factores ambientales del huésped y la vida temprana asociados con fenotipos respiratorios
El diagnóstico materno de asma (alguna vez) fue más frecuente en el grupo MW-HA y menos frecuente en el grupo LW-HA (Tabla I). El grupo MW-HA también tuvo la mayor frecuencia de eccema en los primeros años de vida. El peso al nacer y la edad gestacional fueron más bajos en los grupos HW-HA-LF y MW-LA, aunque esto puede no ser un hallazgo biológico relevante, los síntomas nasales crónicos y fiebre del heno se evaluaron a los 10 años y fueron más comunes en los grupos MW-HA (58%, 66%) y HW-HA-LF (48.8%, 32.6%), de manera respectiva. La prevalencia de asma a los 10 años fue más alta en el grupo HW-HA-LF (81,5%), seguida por los grupos MW-LA (54.3%) y MW-HA (48.1%). El grupo HW-HA-LF también tuvo menor PC20, mayor reversibilidad con el uso del broncodilatador, y mayor uso de corticoesteroides inhalados y orales entre 9 y 10 años (Fig., G y H y Tabla I). Varias exposiciones ambientales en los primeros 3 años de vida se asociaron con los fenotipos respiratorios (tabla I). Los puntajes de depresión materna fueron más altos en el grupo MW-LA, mientras que el estrés percibido por la madre fue mayor en los grupos MW-HA y MW-LA. El índice acumulativo de exposición a alérgenos (suma de la exposición a los alérgenos más comunes en interiores a lo largo de los 3 primeros años de vida) fue más bajo en el grupo HW-HA-LF y más alto en el grupo LW-LA. Estas relaciones con la exposición a alérgenos hasta los 7 años fueron consistentes, pero a los 10 años, la exposición a alérgenos ya no se relacionó de manera inversa con los fenotipos respiratorios (Fig. E2 en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). La exposición acumulada al ergosterol (medida a los 1 y 3 años), un componente de la pared celular de los hongos, fue mayor en el grupo HW-HA-LF (tabla I).
Los fenotipos respiratorios tienen diferentes niveles de marcadores de inmunidad T2
La IgE sérica total se incrementó en un grado similar en los 3 fenotipos asociados con la atopia alta (Fig. E3 en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). Las asociaciones con los patrones temporales de eosinófilos en sangre diferían, en que el grupo HW-HA-LF tenía conteos más altos de forma consistente de eosinófilos que los otros 2 grupos de atopia alta a partir de los 3 años. La fracción exhalada de óxido nítrico, medida a los 7 y 10 años, fue mayor en el grupo HW-HA-LF y también se elevó en los otros grupos HA y en el grupo MW-LA.
Los fenotipos respiratorios muestran patrones distintos de expresión génica epitelial superior de las vías respiratorias
Se dispuso de datos de secuenciación de ARN epitelial de las vías respiratorias en 318 de 442 participantes (72%), distribuidos de manera equitativa entre los 6 grupos de fenotipos. Veintiséis módulos distintos de expresión génica compuestos por 1993 genes mostraron patrones diferentes con significativa expresión entre los 6 grupos por ANOVA después de ajustar las proporciones de células epiteliales ciliadas, células epiteliales no ciliadas y leucocitos en cada muestra, que no eran diferentes entre los grupos. La señal de expresión de módulo más prominente fue la diferenciación de los grupos HA de los grupos LA, que formaron 2 grupos distintos (Fig. 2, A). Un módulo con funcionalidad importante (M) que distingue a HA de LA se enriqueció en específico para los genes TH2 e ILC2 (M12), que se elevó de forma significativa a un grado equivalente en todos los grupos de HA en relación con los grupos LA (Fig. E4, A en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). Este módulo se centra alrededor de IL13, IL3RA, CD44, IL1RL1 (ST2), GATA1, y CD1B (Fig. E4, B, Tabla E3 en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org) y tal vez representa las fuentes leucocitarias de IL-13 en el epitelio. Varios grupos mostraron patrones únicos de expresión de módulos en comparación con los otros grupos.
El fenotipo HW-HA-LF tiene múltiples firmas de genes epiteliales de inflamación T2 alta y alteración de la inmunidad innata
El grupo HW-HA-LF tenía el mayor número de módulos expresados de forma diferente. En comparación con los otros 5 fenotipos, hubo 6 módulos aumentados de manera significativa y 3 disminuidos (Fig. 2, B, Tabla E3). Los 6 módulos aumentados en general reflejaron vías multifacéticas relacionadas con la inflamación T2. “La respuesta del epitelio a IL-13” (M4), se elevó 1.97 veces sobre el grupo LW-LA y 1.27 veces sobre el grupo LW-HA (tasa de descubrimiento falso [FDR], <0.001) (Fig. 3, A); este módulo incluye genes canónicos de respuesta epitelial IL-13 (POSTN, SERPINB2 y CLCA1), genes de células cebadas mucosas (TPSAB1 y CPA3), y marcadores de activación de eosinófilos de las vías respiratorias (IL5, CCL26, CCL13 y SIGLEC8) (Fig. B; véase la Tabla E4 en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). Este módulo se sobreexpresó en todos los grupos de HA, pero en un continuo creciente de LW-HA a MW-HA a HW-HA-LF y también se asoció de manera significativa tanto con el grado de obstrucción medida por la relación VEF1/CVF (coeficiente β = −3.1, FDR, <0.001) (Fig. 3, C) e hiperrespuesta bronquial medida por PC20 (coeficiente β = −0.11, FDR, <0.001) (Fig. 3, D). “Metabolismo de leucotrienos y lípidos” (M11) que incluye ALOX15, LTC4S y PLCB4, mostraron un patrón de expresión similar a la “respuesta del epitelio a IL-13”−sobreexpresado en todos los grupos de HA y en un continuo creciente de LW-HA a MW-HA a HW-HA-LF y también mostró una asociación directa con VEF1/CVF y PC20 (cambio doble que comparó HW-HA-LF con LW-LA = 1.28, FDR, <0.001; coeficiente β VEF1/CVF = −1.2, FDR, 0.002; coeficiente β PC20 = −0.039, FDR, 0.008) (Figura E5, A-D en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). Dos módulos se elevaron de forma específica sólo en el grupo HW-HA-LF en relación con los otros 5 grupos. “La hipersecreción de MUC5AC” (M21, FC con la comparación de HW-HA-LF con LW-LA = 1.35, FDR, <0.05) (Fig. 3, E) representa un conjunto de genes que interactúan en función y que regulan la diferenciación de las células caliciformes, la hipersecreción de moco y la glicosilación de proteínas. Los genes clave en este módulo son MUC5AC, LYZ, FOXA3, GALNT6, TFF1, TFF2 y TFF3 (Figura 3, F, cuadro E4). Este módulo también mostró una asociación con VEF1/CVF y PC20 (coeficiente β VEF1/CVF = −1.6, FDR, 0.008; coeficiente β PC20 = −0.055, FDR, 0.010) (Fig. 3, G y H). Las “uniones estrechas/cilio” (M2) se incrementaron de manera similar sólo en HW-HA-LF (FC que comparó HW-HA-LF con LW-LA = 1.23, FDR, 0.003) (Fig. E5, E y F). De forma colectiva, estos resultados demuestran múltiples vías moleculares aberrantes relacionadas tanto con células epiteliales secretoras y ciliadas como con células cebadas epiteliales, que son específicas de manera relativa para los niños que desarrollan una función pulmonar dañada en el entorno de múltiples sensibilidades alérgicas.
Tres módulos relacionados con las respuestas inmunes innatas se redujeron en el grupo HW-HA-LF. “La respuesta inmune innata/activación mieloide” (M5, FC que comparó HW-HA-LF con LWLA = 0.71, FDR, 0.006) incluye genes implicados en el reclutamiento y la activación de macrófagos y neutrófilos. Los genes concentradores en esta red incluyen S100A8, S100A9, CXCR2, SELL, e ITGB2 (Fig. E6, A y B en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org).”Proteínas lisosomales” (M3, FC comparó HWHA-LF con LW-LA = 0.85, FDR, <0.001) (Fig. E6, C y D) contiene PTGES y PTGES2 lo que sugiere una disminución en la producción de prostaglandina E2. “Respuesta inmune antiviral/innata” (M1, FC que comparó HW-HA-LF con LW-LA = 0.75, FDR, <0.001) incluye un gran conjunto de genes inducibles de interferón tipo I/III, citocinas y receptores de citocinas, componentes del complemento, receptores tipo Toll y otros genes inmunes innatos (Fig. E6, E y F).
El fenotipo MW-LA tiene signos genéticos epiteliales de lesión aumentada e integridad disminuida
Los niños del grupo MW-LA (sibilancias moderadas y una prevalencia alta de asma [54.3%] en ausencia de sensibilización alérgica) tenían un perfil de expresión de módulo diferente en comparación con los del grupo HW-HA-LF (Fig. 2, A y C), con expresión baja de las vías inflamatorias tipo T2 descritas con anterioridad. En cambio, el grupo MMW-LA tenía una expresión única de manera relativa de otros 3 módulos. La más significativa fue una disminución específica en la expresión de un módulo de “integridad epitelial y migración leucocitaria” (M20; FC = 0.94, FDR, <0.001) que incluye CLDN4, CLDN7, KRT8, RHOA, MYL6, MYL12A, CXCL17, CD9, HLA-A, ANXA1, y S100P (Fig. 4, A y B), lo que muestra una disminución de las moléculas clave necesarias tanto para el mantenimiento de la barrera como para facilitar la migración transepitelial de las células inmunitarias. Además, hubo una expresión elevada de forma significativa de un módulo de respuesta a las lesiones, que incluye EGF, MTOR, SHC1 y CSNK2A1 (M14; FC que comparó MW-LA con LWLA = 1.06, FDR, <0.001) (Fig. 4, C y D), que se asoció en forma elevada e inversa con la integridad epitelial y la migración de leucocitos dentro del grupo MW-LA (coeficiente β = −0.65, FDR, 0.002) que muestra un vínculo directo entre la disminución de la expresión de los genes de función de barrera con un aumento de los genes de respuesta a lesiones como un patrón único para el grupo MW-LA. Un módulo adicional, “La actividad antioxidante” (M9) se redujo de manera similar en los grupos MW-LA y TW-LA en comparación con los otros 4 grupos (FC que compara MW-LA con LW-LA = 0.95, FDR, <0.001). Este módulo se enriqueció para genes con funciones antioxidantes conocidas (GPX4, PRDX3, PRDX5, MGST3 y SELENOW/SEPW1) y compuesto en gran parte de genes que codifican proteínas de la membrana reticular endoplasmática. Es notable que las magnitudes de expresión del módulo diferencial en el grupo MW-LA fueron más bajas en forma global y la estabilidad de este fenotipo clínico fue menos robusta que para HW-HA-LF (Fig. E7 en el repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org), lo que sugiere que existe un grado mayor de variabilidad clínica y molecular en este grupo.
DISCUSIÓN
Los niños de las minorías urbanas tienen las tasas más altas de asma y morbilidad asociada, y se necesita de forma crítica nueva información para contribuir a la prevención del asma en áreas urbanas de ingresos bajos. Al usar datos de 7 años, se identificaron con anterioridad 5 fenotipos respiratorios en URECA. El análisis actual basado en 10 años de información longitudinal relacionada con los síntomas, la sensibilización alérgica y la función pulmonar clasificó a los niños en 6 fenotipos respiratorios. Una diferencia en el análisis actual fue la identificación de 3 fenotipos (en lugar de 2 en el análisis de 7 años) que estaban con enriquecimiento alto para el desarrollo del asma, que incluye 2 grupos con atopia alta (MW-HA y HW-HA-LF), y un tercer grupo grande de manera sorprendente con poca o ninguna atopia (MW-LA). Estos fenotipos tenían relaciones específicas con exposiciones ambientales en la vida temprana, y con patrones de expresión génica en el epitelio superior de las vías respiratorias.
De los 3 fenotipos relacionados con el asma, el HW-HA-LF se caracterizó por enfermedades sibilantes recurrentes durante la infancia, aumento de la atopia (que incluye los eosinófilos más altos de la sangre y el óxido nítrico exhalado), y las tasas más altas de utilización de la atención médica por asma. Además, el grupo HW-HA-LF, recién se identificó en el análisis a 10 años, es de particular importancia dada la presencia de cambios obstructivos en la función pulmonar que parecen intensificarse con la edad. Los factores de riesgo de vida temprana para el HW-HA-LF fueron una menor exposición a alérgenos comunes en el hogar hasta los 7 años y una mayor exposición temprana al ergosterol, un componente de la pared celular fúngica. La exposición en la vida temprana al moho o el exceso de humedad en el hogar se relacionó con la incidencia de asma durante la infancia en otros estudios. De forma interesante, la exposición a los alérgenos en la vida temprana fue mayor en el grupo LW-LA y se relacionó de manera inversa con HW-HA-LF y otros fenotipos sibilantes. Esto fue un hallazgo consistente en URECA; la exposición acumulada a alérgenos (cucaracha, ratón y gato) se relacionó de manera inversa con sibilancias recurrentes a los 3 años y asma y fenotipos relacionados a los 7 años. La exposición animal en entornos agropecuarios y suburbanos también se asoció de forma inversa con sibilancias y asma, y estas asociaciones con exposiciones animales se explican de manera incompleta por exposiciones microbianas asociadas. Estos hallazgos sugieren la posibilidad de que la exposición a proteínas animales u otras sustancias asociadas a animales (por ejemplo, ADN, glicoproteínas) en la vida temprana tiene efectos beneficiosos en el desarrollo de respuestas inmunes en las superficies mucosas de las vías respiratorias.
Comparado con los otros grupos fenotípicos, el grupo HW-HA-LF tuvo mayor expresión de múltiples vías moleculares T2 patógenas, como son la periostina, el metabolismo de los leucotrienos, hipersecreción mucosa, marcadores de inflamación eosinofílica, y genes de células cebadas, muchos de los cuales se asocian en forma directa con la gravedad de la disfunción pulmonar. De particular interés fue el aumento específico de forma relativa de los genes del módulo de hipersecreción “de MUC5AC”. Este módulo incluye MUC5AC, que demostró de forma repetida elevarse en las vías respiratorias inferiores en el asma y contribuye a la disfunción mucosa y el taponamiento. También incluye la proteína lisozima cosecretora antimicrobiana (LYZ); el activador transcripcional FOXA3 que induce la metaplasia de las células caliciformes; GALNT6, que es importante en la modificación postraduccional del MUC5AC; y los 3 factores de lámina triple (TFF1, TFF2, TFF3), que son proteínas secretoras implicadas en la curación de la mucosa que pueden interactuar de forma directa con la proteína MUC5AC. Estos genes demostraron con anterioridad que aumentan su expresión por exposición prolongada al alérgeno en un modelo de cámara de exposición ambiental. A nivel celular y molecular, MUC5AC se expresa en las vías respiratorias superiores, tráquea y bronquios, donde, en forma única, se une a un grupo de células secretoras y su viscosidad aumenta en la presencia de estrés oxidativo. Estas propiedades parecen enlazar la sobreexpresión de MUC5AC a la obstrucción de las vías respiratorias y la hiperrespuesta. Una variedad de estrés externo puede aumentar MUC5AC en forma aguda, y los hallazgos en la cohorte de nacimiento URECA sugieren que la sensibilización alérgica y los episodios frecuentes de sibilancias virales en la vida temprana, que son característicos de HW-HA-LF, podrían promover la sobreexpresión a largo plazo de MUC5AC y, a su vez, conducir a la obstrucción progresiva de las vías respiratorias.
De manera interesante, el módulo TH2/ILC2, que incluía el gen de la propia IL-13 y es probable que represente fuentes celulares de citocinas T2, fue similar en la expresión entre todos los grupos de HA y no medió las asociaciones observadas entre la “respuesta del epitelio a la IL-13” la expresión de “hipersecreción de MUC5AC” y ya sea la proporción VEF1/CVF o PC20. Este hallazgo sugiere de manera similar que las diferencias funcionales en la composición y la respuesta molecular del epitelio de la vía aérea en sí, más que las diferencias en la fuente o la cantidad de producción de IL-13, se relacionan con la pérdida de la función pulmonar en individuos con atopia alta. Frente a estos hallazgos, el grupo HW-HA-LF también mostró disminución de la expresión de vías inmunes y antivirales innatas, así como genes mieloides, que encaja con las observaciones de episodios frecuentes de sibilancias virales y sugiere respuestas inmunes tipo 1 deterioradas. En conjunto, los cambios en la expresión génica observados en el grupo HW-HA-LF reflejan cambios multifacéticos del epitelio de las vías respiratorias que reflejan la inflamación crónica T2 y alteraciones en los tipos y funciones de los leucocitos asociados al epitelio. Estos resultados identificaron en un estudio prospectivo de cohortes de nacimiento los orígenes ambientales y celulares potenciales y la progresión del asma de inicio temprano T2 alta, como se describe en varios estudios de asma en adultos, y los vinculan de forma directa a la pérdida progresiva de la función pulmonar a partir de la infancia.
Los resultados también identificaron una población de niños con sibilancias moderadas pero poca o ninguna sensibilización alérgica, la mayoría de los cuales desarrollaron asma a los 10 años. Este fenotipo presenta características de la llamada asma T2 baja que se describió en adultos. Esta población demostró un perfil de expresión génica bastante distinto y novedoso definido por la disminución de la expresión de genes relacionados con la integridad epitelial, en particular aquellos involucrados en la adhesión de células epiteliales apicales, la migración y la activación de los leucocitos, y la actividad antioxidante junto con el aumento de la expresión de la transmisión de señales de respuesta de daño mediada por EGF y MTOR. Estos hallazgos pueden ser consistentes con observaciones previas de vulnerabilidad epitelial y respuestas deterioradas de reparación en fenotipos de sibilancias infantiles independientes de la atopia. Además, trabajos recientes implican la transmisión de señales PI3K/Akt como el regulador principal potencial responsable de la reparación epitelial frente a la vulnerabilidad en la vía respiratoria, y los modelos animales de asma demuestran que la transmisión de señales PI3K/Akt, que actúa por medio de la activación del MTOR, se relaciona de manera estrecha con la inflamación TH17 en el asma. Es interesante observar estos hallazgos de forma específica en un fenotipo de sibilancia de atopia baja y sugerir que la vía PI3K/Akt-MTOR-TH17 podría dirigirse al tratamiento o la prevención de este fenotipo. De forma colectiva, estos hallazgos demuestran un mecanismo distinto que sustenta sibilancias recurrentes y asma que ocurre en ausencia de sensibilización alérgica: uno asociado con una función dañada de la barrera epitelial, capacidad antioxidante dañada y lesión epitelial aumentada.
Los puntos fuertes del estudio incluyen la evaluación prospectiva y frecuente de múltiples facetas de los síntomas respiratorios, la alergia y la función pulmonar a partir de una edad temprana. La integración de estos factores en el análisis de conglomerados permitió identificar fenotipos respiratorios relacionados de manera alta con el asma. Las firmas transcripcionales en la vía aérea apoyan la validez biológica de los fenotipos respiratorios e identifican patrones moleculares clave que sustentan los mecanismos de la enfermedad. El estudio también tiene una serie de limitaciones. Dada la inaccesibilidad de las muestras de vías respiratorias inferiores de estos niños, se analizaron muestras de células epiteliales nasales, que pueden no reflejar de forma completa la patología de las vías respiratorias inferiores. Dicho esto, varios estudios recientes demostraron que el análisis de las células epiteliales de las vías respiratorias superiores sirve como un sustituto útil para las vías respiratorias inferiores y puede proporcionar información importante sobre los mecanismos del asma infantil. La población estudiada de niños de minorías urbanas se encuentra entre las tasas más altas de frecuencia y morbilidad del asma, y esta población aborda una importante brecha de conocimiento que se puede aplicar a la prevención. Como tal, los hallazgos del estudio pueden no aplicarse a otras poblaciones, y se necesitarán estudios adicionales para determinar si los resultados son generalizables.
En conclusión, la delineación de fenotipos respiratorios durante la edad escolar temprana permitió el análisis de exposiciones ambientales y patrones de expresión génica correspondientes a la vida temprana que sugieren posibles vías moleculares de inicio de la enfermedad. Además, estos resultados muestran el desarrollo de un órgano final−el epitelio de las vías respiratorias−que de manera probable orquesta esa respuesta inmune patógena que impulsa la enfermedad clínica. Estos hallazgos sugieren cómo los niños en riesgo de endotipos de asma persistente, incluso entre una población ya con un riesgo significativo de asma basado en la demografía, podrían reconocerse en forma temprana en la vida a partir de datos clínicos y moleculares. Además, los resultados de este estudio sugieren vías que podrían ser blancos en estudios para prevenir endotipos específicos de asma. De forma más notable, los niños que desarrollan un endotipo HW-HA-LF (T2 alto) que se puede identificar temprano en la vida serían excelentes candidatos para intervenciones para interrumpir las vías de secreción mucosa (por ejemplo, receptores IL-4/IL-13) o para aumentar las respuestas inmunes mucosas en las vías respiratorias con el fin de preservar el desarrollo de la función pulmonar. De manera alternativa, el endotipo MW-LA (T2 bajo) podría prevenirse mediante tratamientos (a desarrollar) destinados a mejorar la función de barrera celular epitelial de las vías respiratorias y/o la respuesta al estrés oxidativo.
Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC, Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL, Monterrey, México
Dra. Med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. Rosa Ivett Guzmán Avilán Profesor
Dr. Jesús Eduardo Uc Rosado Residente 1er Año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
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