Biomarcadores en el asma: estado del arte

Antecedentes

El asma es una enfermedad heterogénea diagnosticada por la presencia de síntomas intermitentes de sibilancias, tos y opresión en el pecho, se relaciona de forma típica con una obstrucción reversible del flujo de aire, que por lo general se resuelve de manera espontánea o con tratamiento para el asma. A lo largo de los años, los médicos definieron varios fenotipos según la presentación y la edad de aparición de los síntomas, la gravedad de la enfermedad y la presencia de otras afecciones como la alergia y la eosinofilia con diferentes resultados a largo plazo y la respuesta al tratamiento con corticosteroides. A pesar del reconocimiento de estos fenotipos de asma, el enfoque para el tratamiento del asma recomendado por la guía internacional de la Iniciativa Global para el Asma (GINA) continúa basada en la gravedad de la enfermedad, con medicamentos agregados según el control del asma.

En la era de la medicina personalizada, a fin de ofrecer este enfoque para el asma, es importante ser capaz de fenotipificar la condición de una manera imparcial y definir biomarcadores capaces de predecir el curso de la enfermedad y la respuesta a la terapia. Un biomarcador es un indicador medible que puede evaluar un proceso biológico normal o patológico o una respuesta farmacológica a una intervención terapéutica. Un biomarcador válido tendría varias características clave: distinguir entre enfermedad y salud con valores predictivos positivos y negativos altos, proporcionar información sobre el pronóstico de la enfermedad y los resultados clínicos, cambiar con la progresión de la enfermedad y “normalizar” con tratamiento exitoso, ser confiable y reproducible en el entorno clínico con poca o ninguna variación diaria, ser fácil de recopilar en el entorno “real”, ser cuantificable en un sistema analítico con un rendimiento bien definido y ser rentable. A pesar de los esfuerzos sostenidos en la investigación durante los últimos años centrados en la identificación de biomarcadores aplicables en la práctica clínica para el tratamiento del asma, solo se describieron unos pocos biomarcadores indicativos de asma con T2 alto (por ejemplo, la IgE, los eosinófilos en sangre y/o esputo, el óxido nítrico exhalado fraccional [FeNO], la periostina) y su utilidad en el diagnóstico, el pronóstico y la terapia aún es controvertida..

Esta revisión resumirá el conocimiento reciente sobre los biomarcadores (proteínas y sustancias relacionadas) identificados del asma con un enfoque especial en aquellos con mayor aplicabilidad clínica.

Biomarcadores

Células sanguíneas y biomarcadores séricos

Usar la sangre para los biomarcadores requeridos es microinvasivo (el procedimiento puede ser doloroso y difícil en algunos pacientes) y es fácil de realizar en el ámbito clínico, requiere un esfuerzo mínimo por parte del paciente, se puede recopilar en todo el espectro de edad y es rentable.

El recuento de eosinófilos en sangre no es útil para el diagnóstico del asma (GINA), pero puede servir como biomarcador pronóstico y para predecir varias respuestas terapéuticas en pacientes asmáticos con inflamación tipo 2. Un estudio reciente realizado en una gran cohorte en el Reino Unido mostró que los pacientes con recuentos de eosinófilos en sangre mayores a 400 células/μL experimentaron exacerbaciones más graves de forma significativa (proporción de frecuencia ajustada RR 1•42) y eventos respiratorios agudos (RR 1•28) que aquellos con recuentos de 400 células/μL o menos y tuvieron probabilidades más bajas de forma significativa de lograr el control general del asma (cociente de probabilidad OR 0•74). Otro estudio encontró que la eosinofilia en sangre (>400 células/μL) es un factor de riesgo para la obstrucción del flujo de aire en pacientes asmáticos (incluso en aquellos sin síntomas) y predice un aumento longitudinal en la función pulmonar, de manera independiente del estado de fumador.

De manera similar, en una cohorte pediátrica, la eosinofilia en sangre (≥300 células/μL) se asocia con la gravedad del asma (p = 0.036), atopia alta (p = 0.001), más exacerbaciones (p = 0.022), FEV1/FVC (p = 0.004 ), e hiperreactividad bronquial (p = 0,002).

Los recuentos de eosinófilos en sangre pueden predecir la capacidad de respuesta a la terapia con corticoesteroides. En los niños asmáticos atópicos con eosinofilia en sangre (≥300 células/μl), el uso diario de corticoesteroides inhalados se asocia con más días de control del asma y una menor tasa de exacerbaciones. Los datos anteriores mostraron que el recuento de eosinófilos en la sangre podría ser útil para monitorear la respuesta a los corticoesteroides orales debido a que el ajuste de la dosis para mantener la eosinofilia en sangre <200 células/μL fue exitoso en la prevención de las exacerbaciones, mejoró el control del asma y dio como resultado menor uso de prednisona. El aumento de la dosis de corticoesteroides inhalados se asocia con una disminución de la eosinofilia en sangre, pero por el momento faltan estudios sobre el interés de monitorear los eosinófilos en la sangre para adaptar la dosis de los corticoesteroides inhalados (CEI) para mantener el control del asma.

El recuento de eosinófilos en sangre se usa como biomarcador para predecir la eficacia clínica de las terapias biológicas como el anticuerpo anti-IL5 (mepolizumab, reslizumab), el anticuerpo anti-receptor de la IL5 (benralizumab) y el anticuerpo anti-receptor de la IL4 (dupilumab). El corte del recuento de eosinófilos en sangre es de 300 células/μL para la mayoría de los productos biológicos, excepto el reslizumab (400 células/μL). En estos ensayos, los pacientes con eosinofilia respondieron mejor a las terapias biológicas..

Los datos anteriores sugirieron que la eosinofilia en sangre (≥300 células/μL) se asocia con una mayor respuesta al anticuerpo anti-IgE (omalizumab), pero un estudio reciente de la vida real no confirmó este resultado. Aunque el recuento de eosinófilos en sangre es fácil de obtener y se correlaciona bien con la eosinofilia en esputo, el problema es que aún no se estableció el límite óptimo y sus niveles pueden elevarse debido a condiciones coexistentes, como las infestaciones parasitarias, lo que limita su uso como biomarcador predictivo.

En la actualidad, el recuento de neutrófilos en la sangre no es un biomarcador para el diagnóstico de asma (GINA), pero un estudio reciente demostró que la neutrofilia puede diferenciar entre pacientes con antecedentes de tabaquismo (≥10 paquetes por año) y asma de inicio en la edad adulta de aquellos con síndrome de superposición con la enfermedad pulmonar obstructiva asmática crónica (ACOS) (3850 células/μL frente a 4500 células/μL, p = 0.008). Los pacientes con ACOS tenían una limitación persistente del flujo de aire, una menor capacidad de difusión de los pulmones para el monóxido de carbono que otros pacientes y un mayor número de comorbilidades (hipertensión, enfermedad coronaria, hipercolesterolemia).

El estudio EGEA2 encontró que la neutrofilia sanguínea persistente ≥5000/μL se asoció con un control deficiente de los síntomas (OR 3.09) y un aumento de las exacerbaciones, lo que sugiere que un mayor recuento de neutrófilos en la sangre podría ser un biomarcador pronóstico. Los recuentos diferenciales de células periféricas pueden reflejar la inflamación de las vías respiratorias. Un metaanálisis de 14 estudios mostró un área bajo la curva (AUC) de 0.78 para los eosinófilos en sangre, pronóstico alto para la eosinofilia en las vías respiratorias en contraste con un AUC de neutrofilia en sangre de sólo 0.6, menos indicativo de neutrofilia en el esputo.

La proteína catiónica eosinofílica (PCE) se encuentra en la matriz primaria del eosinófilo y se libera durante la desgranulación de eosinófilos. Los datos anteriores encontraron que la PCE sérica aumenta en adultos y niños con asma atópica, asociada con la resistencia de las vías respiratorias y el broncoespasmo. De manera similar, la concentración sérica de PCE aumenta en niños con asma durante una exacerbación y se normaliza con la disminución del valor de resistencia de la vía aérea después de 8 semanas de tratamiento con montelukast. Como predictor de la respuesta terapéutica, un estudio en una población pediátrica mostró que un nivel sérico basal más alto de PCE se asoció con una mejoría mayor en la función pulmonar después del tratamiento con CEI. Tiene se sugirió que la evaluación de la PCE podría ser útil para el inicio y la titulación de la dosis de CEI en niños más pequeños en los que otros biomarcadores podrían ser menos factibles de evaluar, pero se necesitan otros estudios complementarios para validar esta estrategia.

La periostina, una proteína de la matriz extracelular secretada por las células epiteliales de las vías respiratorias en respuesta a la IL-13 que regula las interacciones epitelial-mesenquimatosas, se asocia con el asma eosinófila T2 alto. La expresión de periostina aumenta en la vía aérea asmática y puede medirse en el suero. Por el momento, la concordancia entre la concentración sérica de periostina y la eosinofilia en esputo no se estableció bien con resultados contradictorios. La periostina desempeña un papel clave en el crecimiento óseo, y en los niños a los 2 años, los niveles séricos de periostina fueron de 2 a 3 veces más altos que los niveles observados en adultos. El mismo estudio mostró que el nivel de periostina a los 2 años era predictivo de asma a los 6 años. La estabilidad de la periostina sérica sobre la progresión de la enfermedad en adultos con asma (sin efecto estacional) y en niños de 4 a 11 años, respalda su uso como biomarcador para el asma tipo 2 alto. Los datos anteriores encontraron que los niveles elevados de periostina sérica en adultos con asma se asocian con una obstrucción fija y más grave del flujo aéreo y una mayor disminución de la función pulmonar. Varios estudios mostraron que el nivel elevado de periostina en suero predice la respuesta al tratamiento con omalizumab.

Las lipoxinas tienen acción antiinflamatoria y desempeñan un papel importante en la quimiotaxis y la transducción de señales relacionada. En pacientes con asma grave, la expresión de lipoxina A4 disminuye en las vías respiratorias y la circulación sistémica, asociada con una disminución de la expresión de enzimas relacionadas y receptores necesarios para la biosíntesis de lipoxina y la activación persistente de células linfoides innatas (CLI) y la eosinofilia. En el asma grave, la expresión de la biosíntesis de la lipoxina A4 estimulada con lipopolisacáridos en los macrófagos de las vías aéreas disminuye y se asocia de manera fuerte con el grado de obstrucción del flujo aéreo. El mecanismo de la supresión de la lipoxina A4 en el asma grave no está claro, pero podría relacionarse con el tratamiento sistémico con corticoesteroides o con el estrés oxidativo. Los inhibidores de la hidrolasa epoxídica soluble aumentaron los niveles de lipoxinas que mediaron en las acciones antiflogísticas, lo que sugiere un nuevo enfoque terapéutico posible para el asma grave.

La IgE es una inmunoglobulina que media las reacciones de hipersensibilidad tipo 1 y desempeña un papel clave en la patogénesis del asma alérgica. Se une a los receptores de IgE en los mastocitos y basófilos, y produce citocinas que median las respuestas T2. La IgE sérica se correlaciona de forma estrecha con el riesgo de asma. Datos previos en cohortes pediátricas mostraron que una mayor cantidad de IgE sérica se asocia con atopia (sensibilización aumentada a aeroalérgenos), hiperreactividad de las vías respiratorias (HRVR), engrosamiento de la pared bronquial y asma más grave. Se encontró una asociación inversa significativa de forma previa entre la IgE sérica total y FEV1/FVC de manera independiente del estado de fumador y asma en una evaluación longitudinal en la población general. La IgE sérica total no predice la respuesta al omalizumab, a pesar de que esta molécula no sólo es el objetivo del fármaco, sino también la base para el cálculo de la dosis. Un estudio prospectivo reciente mostró que los niveles reducidos de la IgE libre en suero desde el inicio después de 16 a 32 semanas de tratamiento con omalizumab se asociaron con número reducido de exacerbaciones a los 2 años.

Las quitinasas son hidrolasas caracterizadas por su afinidad para escindir la quitina que se cree que desempeñan un papel en la remodelación y regulación de la matriz extracelular. La proteína similar a la quitinasa YKL-40 (glicoproteína de cartílago humano 39) es un biomarcador interesante para distinguir el asma de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y los controles sanos, así como entre pacientes con ACOS y EPOC. Detectable en el suero y las vías respiratorias, se asocia con el grosor de la membrana basal subepitelial tanto en adultos como en niños, el nivel de YKL-40 se relaciona con el asma grave y la obstrucción irreversible de las vías respiratorias. La expresión de YKL-40 aumenta durante las exacerbaciones del asma, y podría predecir una disminución longitudinal de la función pulmonar en respuesta a la exposición al humo del cigarrillo. Se necesitan más estudios para demostrar la utilidad de YKL-40 en la evaluación de resultados futuros y riesgos de asma.

Los datos recientes mostraron que CCL26 es el mejor discriminador para la inflamación tipo 2, el receptor activado de plasminógeno y urocinasa sérica se eleva en pacientes adultos con asma grave no atópica y la expresión de diez microARN seleccionados (HS_108.1, 112, 182.1, 240, 261.1, 3, 55.1, 91.1, has-miR-604 y has-miR-638) es mayor en niños con asma grave. La proteína C reactiva de alta sensibilidad en suero (hs-CRP) se incrementa en pacientes asmáticos que en controles sanos, en control deficiente versus bien controlado, y puede ser un biomarcador útil de la inflamación de las vías respiratorias en pacientes asmáticos no fumadores sin complicaciones, como enfermedades del corazón, hipertensión, hiperlipidemia, enfermedad pulmonar obstructiva crónica, o infección. La evaluación de los marcadores inflamatorios interleucina-6 (IL-6) y la matriz metaloproteinasa-9 (MMP-9) en suero mostró niveles más altos en pacientes asmáticos en comparación con los controles y se asoció con un asma más grave. Un nivel sérico alto de IL-8 podría discriminar la EPOC de los pacientes con asma.

A pesar de todas las ventajas de los biomarcadores séricos, es importante recordar que los estudios de sangre periférica a menudo no reflejan la biología de las vías respiratorias y, por lo tanto, los biomarcadores de sangre periférica podrían no representar mecanismos fisiológicos en las vías respiratorias.

Células y mediadores en el esputo

El esputo inducido es un método no invasivo que permite cuantificar el patrón de células inflamatorias en las vías respiratorias de los pacientes asmáticos. Para obtener muestras para el análisis del esputo, los pacientes nebulizan solución salina a 3% durante 20 minutos y el esputo expectorado durante este período se centrifuga, se tiñe y se analiza para cuantificar el número de diferentes tipos de células.

El recuento cuantitativo de células de esputo es el estándar de referencia para reflejar la inflamación de las vías respiratorias en el asma. La ventaja práctica de los recuentos de células diferenciales de esputo es que este método es factible incluso en muestras congeladas. Se identificaron cuatro fenotipos inflamatorios en la cohorte del Programa de Investigación de Asma Grave (SARP): eosinófilos (≥2% de eosinófilos en esputo inducido), neutrófilos (≥40% de neutrófilos), granulocíticos mixtos y paucigranulocíticos. De manera desafortunada, el límite utilizado para definir la eosinofilia en esputo y la neutrofilia es diferente en las otras cohortes de pacientes asmáticos: Endotipificación de la Enfermedad de las Vías Respiratorias para Terapias Personalizadas (ADEPT) y Biomarcadores Imparciales para la Predicción de los resultados de la enfermedad respiratoria (UBIOPRED) (≥3% eosinófilos, 60% de neutrófilos, de manera respectiva). El análisis de esputo de la cohorte UBIOPRED identificó 3 grupos asociados a transcriptomas (grupos de genes), correspondientes a fenotipos eosinofílicos, neutrofílicos y paucigranulocíticos. Una firma de seis genes (CLC, CPA3, DNASE1L3, IL1B, ALPL y CXCR2) puede diferenciar a los pacientes con asma de los controles, discriminar los fenotipos inflamatorios del asma y predecir la respuesta a los CEI, pero este método no está disponible en la actualidad.

La presencia de la neutrofilia en el esputo es un biomarcador predictivo candidato para el asma no T2. Datos previos que evalúan los patrones inflamatorios en el esputo en pacientes con asma mostraron que 20% tuvieron porcentajes de neutrofilia en el esputo de >61%. La neutrofilia en el esputo se asoció con la gravedad del asma y respuesta pobre a los corticoesteroides. El tratamiento con macrólidos podría ser una posible intervención terapéutica para estos pacientes. La administración de claritromicina (500 mg dos veces al día) en pacientes con asma refractaria redujo los conteos de neutrófilos en las vías aéreas y mejoró la calidad de vida en pacientes bajo tratamiento activo. Un análisis de subgrupos en pacientes con neutrofilia en el esputo de >61% mostró que tuvieron mejorías más grandes en las puntuaciones de la calidad de vida comparados con aquellos sin neutrofilia en el esputo. Un ensayo más reciente (AMAZES) confirmó el beneficio del tratamiento con macrólidos con una reducción en la tasa de exacerbación y mejoría de la calidad de vida en pacientes con asma refractaria que tomaron azitromicina 500 mg tres veces por semana por 48 semanas. Datos previos sugirieron que la activación de CXCR2 resultó en neutrofilia incrementada en las vías aéreas, y en consecuencia contribuye a la patogénesis del asma no eosinofílica, pero un ensayo reciente con un antagonista CXCR2 en asma neutrofílica grave no mostró mejoría significativa en los resultados del asma a pesar de la reducción de la neutrofilia en el esputo.

Datos recientes encontraron que los cambios en el recuento de eosinófilos en el esputo a lo largo del tiempo reflejan fluctuaciones en el control clínico del asma. El nivel alto de CLI del grupo 2 en el esputo se relaciona con el asma grave cuya eosinofilia de las vías respiratorias es superior a 3%, a pesar de los números normales de eosinófilos en sangre (<300 / μL), lo que sugiere que estas células podrían ser un nuevo biomarcador potencial.

La eosinofilia en el esputo ≥3% predice la respuesta a los corticoesteroides. Elegir como blanco un nivel de eosinófilos en el esputo en asmáticos adultos de 1 a 3% redujo las tasas de exacerbación en comparación con la atención habitual. Las guías actuales de tratamiento para el asma grave recomiendan el uso de recuentos de eosinófilos en el esputo para ajustar el tratamiento con corticoesteroides en centros que tienen experiencia con esta técnica de laboratorio. El trabajo posterior también identificó la eosinofilia del esputo no sólo como un biomarcador validado para el tratamiento con corticoesteroides, sino también como un biomarcador para las bioterapias. Los anticuerpos monoclonales anti-IL-5 (mepolizumab, reslizumab) mejoraron la calidad de vida y disminuyeron la tasa de exacerbación en pacientes con eosinofilia en esputo de más de 3%. El dupilumab, una terapia dirigida contra IL-4R-alfa que modula la vía de IL-4/IL-13, mejoró el control del asma y la función pulmonar en pacientes asmáticos con eosinofilia en esputo (≥3%) o eosinofilia en sangre (≥300/μL). Un ensayo para fevipiprant, un antagonista del receptor de prostaglandina-D2, incluyó pacientes con un recuento de eosinófilos de esputo ≥2% muestra una reducción de la eosinofilia en pacientes tratados.

De manera desafortunada, a pesar de su uso como biomarcador en muchos ensayos clínicos, el uso en la práctica diaria del recuento de células en el esputo tiene limitaciones. Este método requiere entrenamiento especializado, equipo y laboratorio para el procesamiento, entrenamiento y cooperación del paciente, protocolos y equipo de emergencia, es difícil de recopilar (imposible en niños pequeños), no es fácil de repetir y tiene varias contraindicaciones.

Varios mediadores en el esputo podrían ser biomarcadores potenciales. Para el diagnóstico del patrón inflamatorio, la peroxidasa de eosinófilos en el esputo se correlaciona con la eosinofilia del esputo, los microARN específicos podrían discriminar el asma eosinofílica neutrofílica y lamieloperoxidasa de neutrófilos tiene el potencial de diferenciar el ACOS del asma. Como biomarcador pronóstico, la expresión en el esputo del factor de necrosis tumoral humano semejante al inductor débil de la apoptosis (TWEAK) correlaciona con mayor gravedad, control deficiente del asma y disminución de la función pulmonar en niños con asma no eosinofílica.

Análisis de la respiración exhalada

El análisis del condensado exhalado de la respiración (EBC) ofrece un método no invasivo de muestreo del entorno de las vías respiratorias. Analiza los compuestos volátiles y no volátiles al saturar el aliento exhalado con vapor de agua y recolectar el material condensado. Los ejemplos de compuestos recogidos en EBC incluyen productos de óxido nítrico, peróxido de hidrógeno, leucotrienos y citocinas. Varios componentes se correlacionan con el diagnóstico de asma, otros con la gravedad del asma. Existen guías de práctica clínica que permiten técnicas estandarizadas de recolección. Las concentraciones de iones exhalados de hidrógeno, productos de óxido nítrico, peróxido de hidrógeno y 8-isoprostanos aumentaron y se relacionaron con pruebas más bajas de función pulmonar en adultos con asma en comparación con sujetos sanos. Un estudio previo mostró que los CEI disminuyen el nivel de peróxido de hidrógeno en el condensado del aire espirado en pacientes asmáticos. Las desventajas de este método son la ausencia de una buena correlación con las muestras obtenidas por BAL y la dificultad para determinar la concentración de un componente dado debido a la dilución variable para componentes no volátiles.

El óxido nítrico fraccional en la respiración exhalada (FeNO) proporciona información sobre el estado inflamatorio de las vías respiratorias. El óxido nítrico desempeña funciones clave en la biología pulmonar como broncodilatador y mediador inflamatorio y se produce en el pulmón a partir de las sintasas de óxido nítrico durante la conversión del aminoácido L-arginina en L-citrulina. El biomarcador FeNO se origina a partir de la producción de óxido nítrico por el epitelio de las vías respiratorias como resultado del incremento de la síntesis de óxido nítrico inducible durante el proceso de la inflamación alérgica. Un nivel de menos de 25 partes por billón (ppb) es normal en adultos, y un nivel superior a 50 ppb es elevado; la guía de la Sociedad Americana del Tórax recomienda que los valores de FeNO de 25 a 50 ppb (20–35 ppb en niños) se interpreten con cautela y con referencia al contexto clínico.

El FeNO muestra un AUC de 0.8 para el diagnóstico de asma. Un corte muy alto o bajo para FeNO puede confirmar o descartar asma, de manera respectiva. El FeNO tiene utilidad limitada para predecir la eosinofilia del esputo. Tanto en niños como en adultos, el FeNO se correlacionó con una mayor hiperreactividad de las vías respiratorias y con el riesgo de exacerbación. Los datos anteriores mostraron que los niveles altos de FeNO (≥50 ppb) se asocian con síntomas actuales del asma, ataques de asma y visitas al departamento de emergencias relacionadas con el asma. Los niveles elevados de FeNO predicen la respuesta a los CEI. Una revisión sistemática encontró que el uso de FeNO para guiar la terapia con CEI en adultos redujo las exacerbaciones leves, pero no las graves. Sin embargo, un estudio que incluyó pacientes adultos con asma persistente leve a moderada bien controlada encontró que el tratamiento guiado por FeNO no era superior al ajuste del tratamiento con CEI basado en la evaluación del médico en el tiempo para el fracaso del tratamiento del asma. Los CEI por lo general suprimen los niveles de FeNO y, por lo tanto, su medición en serie puede ser útil como un marcador de cumplimiento entre los asmáticos.

El FeNO se utilizó con menos frecuencia como biomarcador predictivo en ensayos clínicos recientes con bioterapias. Los pacientes con un FeNO ≥50 ppb tuvieron una respuesta positiva al tratamiento con mepolizumab o benralizumab, mientras que un nivel de FeNO ≥19.5 ppb se correlacionó con una respuesta al tratamiento con omalizumab. En pacientes tratados con dupilumab, el grado de reducción en el nivel de FeNO durante el tratamiento correspondió con la mejoría de la función pulmonar que confirmó la actividad biológica del fármaco.

Sin embargo, a pesar de sus capacidades (técnica no invasiva, fácil de recopilar en el entorno clínico, con un esfuerzo mínimo por parte del paciente), el uso de FeNO tiene algunas limitaciones. Los valores normales varían según la edad, la altura y el tipo de analizador utilizado. Otros factores de confusión incluyen el tabaquismo, la atopia y el uso de tratamiento con corticoesteroides. El FeNO como un biomarcador único e independiente podría no ser útil de manera particular y tal vez debería usarse como parte de un panel más completo. Las guías actuales para el tratamiento del asma grave no recomiendan el uso de FeNO en la rutina para el tratamiento de adultos y niños con asma.

La evaluación de los compuestos orgánicos volátiles exhalados (COV) podría ser útil en la evaluación del asma. El estrés oxidativo da como resultado especies reactivas de oxígeno que degradan los lípidos y crean estos compuestos. Dos técnicas diferentes pueden medir los COV exhalados, como la cromatografía de gases y la técnica “eNose”. Un metaanálisis reciente sugiere que la evaluación de COV exhalados podría ser útil en el diagnóstico de asma con un valor de AUC de 0.94. Ibrahim demostró que la detección de perfiles de COV respiratorios característicos podría diferenciar fenotipos de enfermedades relevantes de forma clínica según el perfil inflamatorio del esputo y el control del asma. En otro estudio pequeño en pacientes adultos, la técnica eNose pudo identificar a los pacientes con asma, predecir qué pacientes perderían el control del asma al retirar el tratamiento con esteroides y predecir qué pacientes responderían al tratamiento con corticoesteroides orales. La medición de COV por cromatografía de gases junto con espectrometría de masas podría predecir el riesgo de exacerbación en niños asmáticos. Estos métodos prometedores deben estandarizarse antes de una implementación más amplia.

Metabolitos urinarios

La bromotirosina se forma a partir de la modificación postraduccional de los residuos de la proteína tirosina por el ácido hipobromoso producido por los eosinófilos activados durante el proceso de un estallido respiratorio. Tiene muchas ventajas como potencial biomarcador dada su estabilidad y detección no invasiva en la orina. Los datos anteriores sugieren que las concentraciones de bromotirosina son más altas en pacientes con asma alérgica y los niveles elevados de bromotirosina se asocian con la limitación del flujo de aire, asma controlada de forma inadecuada, y podrían predecir exacerbaciones futuras. Las concentraciones de bromotirosina en la orina predicen una mayor respuesta a los corticoesteroides. Sin embargo, la concordancia entre el recuento de eosinófilos en el esputo, el nivel de FeNO y la concentración de bromotirosina en la orina no es muy alta, por lo que la utilidad de la bromotirosina en el entorno clínico probablemente sería mejor cuando se evalúa como parte de un panel más grande de biomarcadores inflamatorios.

El leucotrieno E₄ es un producto estable del metabolismo del cisteinil leucotrieno que se puede medir de forma no invasiva en las muestras de orina. Varios estudios sugirieron que las concentraciones de leucotrieno urinario E₄ (uLTE4) aumentan en niños con asma alérgica y adultos con enfermedad respiratoria exacerbada con aspirina. Un metaanálisis reciente mostró que uLTE4 es un biomarcador predictivo alto para la enfermedad respiratoria exacerbada por aspirina y podría de manera potencial usarse como una prueba clínica para identificar el riesgo de intolerancia a la aspirina en sujetos con asma. Los niveles de LTE4 en orina aumentan durante las exacerbaciones del asma y se correlacionan con el grado de limitación del flujo de aire. Varios datos sugirieron que el uLTE4 aumenta en respuesta a la exposición ambiental al humo de tabaco en niños y los niveles altos de uLTE4 son predictivos de exacerbaciones futuras en niños asmáticos expuestos al humo de segunda mano. Un estudio mostró que la relación uLTE(4)/FeNO predice una mejor respuesta al tratamiento con montelukast que con el propionato de fluticasona en niños con asma leve a moderada en relación con la función pulmonar y el control del asma. Otro estudio sugirió que una concentración alta de uLTE4 se asocia con una respuesta diferencial que favorece el tratamiento con incremento de los CEI con un antagonista del receptor de leucotrienos sobre los agonistas β de acción prolongada. Estos datos sugieren que uLTE4 podría ser un biomarcador importante en la selección de la terapia del asma.

Muestras de células de bronquios y biopsia bronquial

El método más invasivo para estudiar los cambios en las vías respiratorias en pacientes asmáticos es la broncoscopia de fibra óptica con biopsia endobronquial, cepillado o lavado broncoalveolar que requiere un centro médico especializado, capacitación, protocolos y equipos de emergencia.

El estudio del patrón bronquial celular es interesante en la investigación. Gracias a este tipo de estudios, ahora se sabe que la neutrofilia bronquial en el lavado broncoalveolar se asocia con asma grave independiente de la ingesta de corticoesteroides orales, y las células CD4+ elevadas que expresan IL-4 e IL-17 predijeron una mayor gravedad del asma. Varias firmas de genes analizadas en el cepillado endobronquial en la cohorte UBIOPRED predijeron una limitación persistente del flujo aéreo.

Por lo general, la biopsia bronquial se indica en el asma grave con obstrucción de la vía aérea fija secundaria a la remodelación de la vía aérea para cuantificar el grosor del músculo liso y para establecer la posibilidad de realizar una termoplastía. La remodelación de la vía aérea en el asma grave con obstrucción de la vía aérea fija es principalmente la consecuencia de la hipertrofia del músculo liso y la hipertrofia de las glándulas mucosas con el aumento del número de fibroblastos y el depósito de colágeno-3 dentro de la pared bronquial. La termoplastía es el primer tratamiento que se dirige de forma específica a la remodelación de las vías respiratorias y el supuesto mecanismo es la reducción del músculo liso de las vías respiratorias, lo que reduce la contracción de las vías respiratorias. La termoplastía se puede proponer como un tratamiento no farmacológico en los asmáticos que permanecieron sin control a pesar de los CEI. El beneficio de este tratamiento es una reducción de la exacerbación y, a veces, la hospitalización. Varios estudios identificaron pocos biomarcadores potenciales en el esputo (MMP, factor de crecimiento de fibroblastos-2 y galectina-3) capaces de predecir la remodelación de las vías respiratorias con una intervención no invasiva.

Discusión

En el asma, y en particular en el asma grave, se investigaron muchos biomarcadores, pero hasta el momento sólo algunos de ellos pueden usarse con facilidad en la práctica clínica. Se resumen las ventajas, los límites y la utilidad en el contexto clínico de los biomarcadores principales.

Un biomarcador ideal debería ser adecuado para identificar la enfermedad, así como el endotipo/fenotipo específico, útil en el monitoreo de la enfermedad y para determinar el pronóstico, fácil de obtener con el mínimo malestar o riesgo para el paciente.

De acuerdo con la presencia de biomarcadores evaluables de la inflamación de la vía aérea mediada por T2, el análisis de conglomerados identificó varios fenotipos de asma. El fenotipo T2-alto incluye el alérgico clásico (eosinofilia sanguínea leve, niveles altos de FeNO, nivel alto de IgE total en suero) y el de inicio tardío, no alérgico, pero altamente eosinófilo, con frecuencia asociado a rinosinusitis crónica con pólipos nasales (FeNO alto pero la IgE total sérica normal o elevada, probablemente con una menor importancia etiopatogenética). El fenotipo eosinofílico se asocia con una producción intensa de IL-5 e IL-13. Los fenotipos T2-bajos son más diversificados y menos definidos, con predominio de inflamación neutrofílica de las vías aéreas, mayor frecuencia de infecciones recurrentes de las vías aéreas, mayor prevalencia de obesidad y tabaquismo. Los mecanismos implicados en estos fenotipos son las vías inflamatorias TNFα e IL-17.

De manera desafortunada, en este momento, no existe un biomarcador ideal y la superposición entre los biomarcadores es una realidad. El uso de paneles de biomarcadores podría mejorar probablemente la identificación de los endotipos de asma en la era de la medicina de precisión.

Otras características deseadas de un biomarcador son la facilidad y no invasividad de la evaluación. El desarrollo de pruebas de punto de atención y dispositivos no invasivos (uno validado de manera reciente para el recuento de eosinófilos en sangre, otros en estudio para la evaluación de la IgE sérica y la periostina) podría acelerar el camino que conduce a un enfoque de medicina de precisión y tratamiento clínico de asma grave.

Los biomarcadores, además de su papel en la definición de fenotipos y endotipos, también pueden tener un valor predictivo para la respuesta a los tratamientos biológicos. La IgE sérica total se usa en la práctica para verificar que un paciente con asma alérgica grave podría ser candidato para el tratamiento con omalizumab y el recuento de eosinófilos en sangre (por lo general ≥300 células/μL) para prescribir agentes biológicos como el anticuerpo anti-IL5 en el asma eosinofílica grave refractaria. Si en los últimos 10 años sólo estuvo disponible el omalizumab, seguido del mepolizumab, en los próximos años se trasladará a una situación en la que se tendrá que elegir un anticuerpo monoclonal entre muchos (benralizumab, un antagonista del receptor de IL-5; dupilumab, un antagonista del receptor alfa de la IL-4; tezepelumab, un anticuerpo antilinfopoyetina estromal tímica). Esto implica la necesidad de biomarcadores más selectivos (o paneles de ellos) para identificar la terapia biológica adecuada para cada paciente, en un enfoque más personalizado y preciso de medicina para el tratamiento de la enfermedad.

Conclusiones

La implementación de la medicina de precisión en el tratamiento del asma en la práctica clínica requiere la detección de biomarcadores válidos. Una variedad de biomarcadores se utilizó de forma clínica para predecir la respuesta terapéutica a los esteroides, y en el entorno del ensayo clínico para identificar pacientes que responderán a terapias biológicas, pero en la actualidad los biomarcadores disponibles son limitados en número y precisión. Por el momento, para un paciente con una asma alérgica grave (nivel alto de IgE total en suero, FeNO alto, eosinofilia en sangre normal o leve) no controlada a pesar de un tratamiento de los pasos 4 o 5 de la guía de GINA, el omalizumab parece ser la opción terapéutica más adaptada. Si falla, puede prescribirse otra terapia biológica como mepolizumab o reslizumab si hay eosinofilia en sangre (≥300 células/μL y ≥400 células/μL, de manera respectiva). En el asma eosinofílica refractaria sin antecedentes atópicos (eosinofilia en sangre alta, FeNO alto, IgE normal), un anticuerpo anti-IL5 parece ser el más apropiado.

Los macrólidos podrían ser una opción terapéutica interesante para los pacientes con asma grave no controlada con patrón inflamatorio T2 bajo, así como la termoplastía bronquial en pacientes con remodelación de vías aéreas.

Más investigación y validación de biomarcadores emergentes son necesarias para definir el fenotipo molecular del asma, en particular en las vías diferentes a T2, para predecir resultados y respuesta terapéutica a terapias dirigidas más específicas. El uso de datos ómicos de múltiples plataformas (transcriptómica, proteómica o metabolómica) aparece como una herramienta prometedora para obtener endotipos. Al ver la heterogeneidad del asma, para predecir la respuesta terapéutica, el desarrollo de biomarcadores compuestos de la sangre, la orina y las respiraciones exhaladas puede ser una solución más adecuada en la práctica.

• Review
• Open Access

Biomarkers in asthma: state of the art

Angelica Tiotiu

• Email author
  View ORCID ID profile

Asthma Research and Practice20184:10

Summary of major biomarkers’ characteristics

Biomarker	Advantages	Limits	Utility
Blood eosinophils	-Minimal invasive -Minimal patient effort -Easy to measure and collect in the clinical setting -Correlates with sputum eosinophilia	-Painful and difficult in some patients -Varying cut-offs used to determine predictive characteristics -Can be elevated due to other causes, such as parasitic infection	-Defines the inflammatory phenotype -Predicts exacerbations, poor asthma control and greater airway obstruction -Predicts therapeutic responses to corticosteroids and biotherapies
Serum IgE	-Easy to measure -Identifies patients who may be candidates for Anti-IgE therapy	-Not predictive of response to Anti-IgE -Outperformed by other markers of T2 inflammation and allergen specific IgE	-Associated with asthma severity and airway remodelling
Serum periostin	-Marker of Il-13 activity and T2 airway inflammation	-Not currently realised in the clinical setting -Can be elevated in growing children	-Predicts a greater airway obstruction and decline of lung function -Predicts therapeutic responses to biotherapies
Sputum eosinophils	-Non invasive -Reflects the upper airways	-Difficult to collect -Not all patients can provide adequate samples -Not universally available -Requires specialized training, equipment, laboratory	-Defines the inflammatory phenotype -Predicts responses to corticosteroids and biotherapies
FeNO	-Non invasive -Minimal patient effort -Easy to collect in the clinical setting	-Multiple confounders -Requires specialized equipment	-Identifies airways inflammation -Predicts exacerbations and airways hyperreactivity -Predicts responses to corticosteroids and several biotherapies

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

Dr. José Antonio Buenfil López                   Profesor

Dra. Argentina Rodríguez Casas                   Residente 1er Año

Dra. Alejandra Macías Weinmann                Profesor