Integrativní genomický přístup k vyřešení hádanky těžké CHOPN s časným nástupem (SHERLOCk)

2. ÚVOD A ODŮVODNĚNÍ

2.1 Chronická obstrukční plicní nemoc Chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) je běžné onemocnění, kterému lze předcházet a léčit ho, avšak bez léčby. Je charakterizována přetrvávajícím omezením průtoku vzduchu, které je obvykle progresivní a spojené se zesílenou chronickou zánětlivou odpovědí v dýchacích cestách a plicích na škodlivé částice nebo plyny [2]. CHOPN je hlavní příčinou morbidity a odhaduje se, že se v roce 2030 stane čtvrtou nejčastější příčinou úmrtí na celém světě [3] a vede k ekonomické a sociální zátěži, která je jak podstatná, tak narůstající [2]. Diagnóza CHOPN je založena na přítomnosti omezení proudění vzduchu (tj. objem usilovného výdechu za 1 sekundu (FEV1) a usilovná vitální kapacita). Stupeň omezení průtoku vzduchu sám o sobě však dostatečně nepopisuje komplexitu CHOPN, protože mezi pacienty existuje významná heterogenita s ohledem na klinický obraz, fyziologii, zobrazovací metody, odpověď na terapii, pokles plicních funkcí a přežití. V současné době neexistuje jasná alternativa pro popis CHOPN, ale atraktivní může být identifikace podskupin CHOPN na základě klinických faktorů (fenotypů), případně rozšířená o biomarkery odrážející základní patofyziologické procesy. To může vést k lepšímu pochopení heterogenity CHOPN a jejích základních mechanismů.

2.2 Fenotyp těžké CHOPN s časným nástupem Několik přehledů navrhlo, že potenciální fenotypy mohou být založeny na klinických projevech, fyziologických projevech, radiologické charakterizaci, exacerbacích CHOPN, systémovém zánětu a komorbiditách [4–6]. Klinické projevy zahrnují věk, anamnézu kouření, pohlaví, etnickou příslušnost, tělesnou stavbu, frekvenci exacerbací a úroveň dušnosti. Fyziologické projevy zahrnují mimo jiné plicní funkce, pokles plicních funkcí v průběhu času (FEV1), plicní objemy, hyperinflaci, hyperreaktivitu, výkonovou kapacitu a svalovou funkci. Radiologická charakterizace zahrnuje skenování plic počítačovou tomografií (CT) a například měření tloušťky stěny dýchacích cest nebo skóre emfyzému. Shluky pacientů s podobnými charakteristikami mohou představovat fenotyp a mohou být založeny na názoru odborníků nebo statistických technikách, jako je nekontrolovaná shluková analýza.

Fenotypem zvláštního klinického významu je podskupina kuřáků, u kterých se rozvine těžká CHOPN v raném věku a s relativně malým počtem let kouření. V roce 1998 Silverman a kol. definovala tento fenotyp těžkou obstrukcí proudění vzduchu (tj. Forced Expiratory Volume za 1 sekundu (FEV1) < 40 % předpokládané hodnoty) a věk ≤ 53 let [1]. Tato závažná CHOPN s časným nástupem představuje významnou část celkové osobní, společenské a ekonomické zátěže připisované CHOPN. Navzdory klinickému významu této skupiny pacientů s CHOPN je však tato definice těžké CHOPN s časným nástupem založena pouze na FEV1 a věku. Proto tato možná zastaralá definice postrádá další fenotypové parametry, tj. historii kouření, sklon poklesu plicních funkcí, radiologickou charakterizaci, jako je emfyzém, a další možné faktory přispívající k tomuto fenotypu. Tato navrhovaná studie bude hodnotit různé fenotypy SEO-CHOPN a spojovat ji s genotypovou charakterizací.

2.3 Genotyp těžké CHOPN s časným nástupem Přestože je všeobecně uznáváno, že hlavním rizikovým faktorem CHOPN je kouření, pouze u 20–30 % kuřáků se toto onemocnění nakonec rozvine [1]. U malé podskupiny kuřáků se vyvine závažná CHOPN v raném věku as relativně malým počtem let kouření. Vyvstává otázka, proč jsou tito pacienti zvláště náchylní k nepříznivým účinkům kouření. V této souvislosti zjištění Silvermana et al. jsou zvláště zajímavé a ukazují, že příbuzní kouření prvního stupně těchto pacientů s těžkou CHOPN s časným nástupem měli významně nižší FEV1 než kontrolní skupiny stejného věku a stejných kuřáckých návyků, což naznačuje, že při rozvoji CHOPN hrají roli genetické faktory [1]. To je v souladu se zjištěními případových kontrol a studií dvojčat a odhaduje se, že 40–60 % rizika rozvoje CHOPN je podmíněno geneticky [7,8]. Dosud je málo známo o původu a základních mechanismech, které řídí rozvoj těžké CHOPN s časným nástupem. S touto navrhovanou studií prozkoumáme tyto mechanismy pomocí nových možností genotypizace.

2.4 Nové možnosti genotypizace Studie GWAS identifikovaly několik genetických variant spojených s náchylností k rozvoji CHOPN [9–11]. Ačkoli tyto studie přinesly důležité nové poznatky, jejich biologická interpretace byla omezená. Odhaduje se, že dosud identifikované varianty vysvětlují pouze malé procento (přibližně 8 %) celkového genetického rizika připisovaného CHOPN [12]. Je důležité si uvědomit, že platformy pro genotypování používané ve studiích GWAS doposud zahrnovaly hlavně běžné SNP, tj. ty s menší frekvencí alel (MAF) > 5 %, zatímco vzácné varianty s MAF < 5 % byly silně nedostatečně zastoupeny. To druhé je důležité, protože vzácné varianty se pravděpodobně účastní SEO-CHOPN. Jedním dobře známým příkladem vzácné genetické varianty, která funkčně souvisí se SEO-CHOPN, je nesynonymní SNP v oblasti kódující SERPINA1 způsobující deficit alfa-1-antitrypsinu [13,14]. Ačkoli je to důležité, nedostatek alfa-1-antitrypsinu je přítomen pouze u malého procenta pacientů, takže velká část dědičnosti SEO-COPD zůstává nevysvětlena. Tato navrhovaná studie bude zahrnovat vzácné varianty, které jsou nyní proveditelným přístupem s nedávnými pokroky ve vysoce výkonných technologiích sekvenování celého genomu [15].

2.5 Pacienti s těžkou CHOPN s časným nástupem odeslaní na UMCG Mnoho pacientů s těžkou CHOPN je každoročně z celého Nizozemska odesíláno do University Medical Center Groningen (UMCG) ke konzultaci ohledně transplantace plic (LTX) nebo terapie snížením objemu bronchoskopů ( BLVRT) (přibližně 250 ročně) [16,17]. BLVRT se provádí pouze v našem centru v Nizozemsku. V rámci dříve schválené studie („Phenotyping in COPD“, METc 2014/102) jsou pacienti s těžkou CHOPN, kteří jsou odesláni k BLVRT nebo transplantaci plic, charakterizováni, kdy jsou ochotni se zúčastnit a dali svůj písemný informovaný souhlas. Charakterizace se provádí pomocí funkce plic (tj. spirometrie, tělesná schránka), klinická (tj. dotazníky, fyzikální vyšetření, měření poměru pas-boky), radiologické (HRCT-scan) a systémové parametry (odběr žilní krve). Kromě toho jsou extrahovány následující další vzorky: bronchiální biopsie, bronchiální kartáčky a nosní kartáčky.

Tato studie má dva cíle. Primárním cílem je identifikovat genetické a epigenetické mechanismy, které jsou základem SEO-CHOPN, pomocí bronchiálních kartáčků a biopsií, které jsou již extrahovány od pacientů se SEO-CHOPN. Sekundárním cílem je přidat dvě kontrolní skupiny (tj. skupina s mírnou až středně těžkou CHOPN a zdravá kontrolní skupina bez CHOPN) odpovídající věku a kuřáckým návykům (všichni pacienti s CHOPN doporučení k BLVRT nebo transplantaci plic jsou bývalí kuřáci), což v současnosti chybí.

Doufejme, že to nakonec objasní náchylnost k CHOPN a její genetickou příčinu, což povede k lépe přizpůsobené léčbě této podskupiny CHOPN.

Primární cíl:

- Identifikovat genetické a epigenetické mechanismy, které jsou základem SEO-CHOPN, pomocí bronchiálních kartáčků a biopsií a posoudit, jak se tito pacienti se SEO-CHOPN liší od dvou kontrolních skupin (subjekty s mírnou až středně těžkou CHOPN a subjekty bez CHOPN).

Sekundární cíle:

Na:

• určit, které běžné a vzácné genetické varianty pravděpodobně kauzálně souvisí s rozvojem a/nebo nadměrnou progresí onemocnění.
• posoudit, které geny a genové sítě spojené s CHOPN jsou řízeny miR (mikro-RNA) a místy metylace DNA.