Ansprechen auf akutes Asthma und Polymorphismen der B2-adrenergen Rezeptoren

Die neuesten verfügbaren Statistiken zeigen, dass etwa 22,2 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten an Asthma leiden. Davon erlebten etwa 55 % im Jahr vor der Umfrage mindestens einen Angriff, was zu 1,9 Millionen Besuchen in Notaufnahmen und 497.000 Krankenhauseinweisungen führte. Der natürliche Verlauf von akutem Asthma ist einer der Auflösung und 70 bis 80 % der Menschen beseitigen schnell ihre Atemwegsobstruktion nach einer Behandlung mit 7,5 bis 10,0 mg zerstäubtem Albuterol. Es gibt jedoch eine Untergruppe von Patienten mit wiederkehrenden schweren Episoden, die schlecht auf diese Behandlung ansprechen und zur Behandlung ins Krankenhaus eingewiesen werden müssen. Obwohl diese Patienten eine Minderheit von Asthmatikern darstellen, haben sie eine anhaltende Krankheit, die den Großteil der Ausgaben für die Notfallversorgung ausmacht. Doch über sie ist so gut wie nichts bekannt. In der vorliegenden Anmeldung möchten wir die Hypothese testen, dass diese Personen aufgrund genetischer Polymorphismen ihrer adrenergen Beta-2-Rezeptoren (β2AR) schlecht mit Albuterol zurechtkommen, die entweder die Schwere beeinflussen und/oder das Ansprechen auf kurzwirksame Bronchodilatatoren verringern.

Eine Möglichkeit von großer klinischer Bedeutung besteht darin, dass die Albuterol-Non-Responder genetisch bedingte Unterschiede im β2AR aufweisen, die die Wirksamkeit herunterregulieren. In diesem Rezeptor wurden verschiedene Polymorphismen beschrieben, wobei die größte Aufmerksamkeit den Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) Substitutionen an den Aminosäurepositionen 16 (Arginin zu Glycin, Arg 16 Gly) und 27 (Glutamin zu Glutaminsäure, Gln 27 Glu) gewidmet wurde. Der Gly 16-Rezeptor zeigt in vitro eine verstärkte Herunterregulierung nach Exposition gegenüber einem Agonisten, während das Arg 16-Allel resistenter ist. Das Gly 16-Allel ist stark mit Asthma-Destabilisierungen assoziiert, die sich durch nächtliche Symptome und ein erhöhtes Schweregradrisiko manifestieren. Im Gegensatz dazu wurde die Arg/Arg-Homozygotie an Position 16 mit schlechteren Ergebnissen in prospektiven Studien zur regelmäßigen Anwendung von kurzwirksamen β2-Agonisten in Verbindung gebracht. Dieses Phänomen wurde nicht bei Asthmatikern beobachtet, die Albuterol nach Bedarf verwendeten oder homozygot für Glycin waren. Da über 90 % der Probanden in unseren und anderen Studien bei akutem Asthma dieses Medikament routinemäßig einnehmen und die überwiegende Mehrheit notfallmäßig damit behandelt wird, könnte das Vorhandensein des Arg/Arg-Allels zu einem schlechteren Ansprechen führen. Es wurde auch vermutet, dass dieser Polymorphismus ähnliche Wirkungen bei lang wirkenden β2-Agonisten hervorrufen könnte. Da wiederum ein großer Prozentsatz von Asthmapatienten chronisch langwirksame Sympathomimetika verwendet, kann dieser Faktor eine beitragende Wirkung haben. Alternativ kann die β2AR-Pharmakogenetik völlig unwichtig sein. Zwei Studien haben gezeigt, dass weder einzelne Genotypen bei Codon 16 noch Haplotypen im β2AR irgendeine Wirkung auf die akute bronchodilatatorische Reaktion auf Albuterol oder Salbutamol haben. Da diese Studien jedoch an stabilen Patienten durchgeführt wurden, sind sie möglicherweise nicht repräsentativ für die oben beschriebene nicht ansprechende Gruppe.

In der aktuellen Studie schlagen wir vor, auf früheren Methoden aufzubauen, die wir bei der Behandlung von akutem Asthma eingesetzt haben. Klinische Beurteilungen und Behandlungsschemata werden anhand eines Behandlungspfads wie in früheren Studien standardisiert. Demografische Daten, Größe, Gewicht, Rasse, Symptome, Anzeichen, frühere Krankengeschichten und routinemäßiger Medikamentengebrauch für den Vormonat vor dem Indexbesuch werden auf einem Aufnahmeblatt aufgezeichnet. Wir erhalten routinemäßig Informationen zu Krankheitsdauer, Attackenhäufigkeit, Krankenhausaufenthalten, Intensivaufnahmen, Intubationen sowie eine Liste der allgemeinen und spezifischen Auslöser für akute Exazerbationen. Wir erfassen auch Asthmamedikamente, darunter orale und inhalative Steroide, kurz- und langwirksame beta-adrenerge Agonisten, Antileukotrien-Medikamente, Anticholinergika und Methylxanthine. Wir schließen in unsere Anamnese alle begleitenden Medikamente ein, einschließlich Augentropfen (Betablocker und Prostaglandine), Herz- und Blutdruckmedikamente (beta-adrenerge Wirkstoffe und ACE-Hemmer). Wir fragen die Menschen, wie sie ihre Asthmamedikamente einnehmen, haben aber keine Möglichkeit zu wissen, ob sie sie wirklich wie verschrieben anwenden. Wenn ihre Medikamente in unserem Krankenhaus erworben werden, kann möglicherweise festgestellt werden, wie viele Rezepte eingelöst werden, aber wir wissen immer noch nicht, wie sie verwendet werden. Wir erfassen auch den Konsum illegaler Drogen wie Kokain, Heroin und OxyContin usw. Der Body-Mass-Index (BMI) wird berechnet als Gewicht in kg geteilt durch Körpergröße in Metern zum Quadrat. Adipositas wird als BMI ≥ 30 kg/m2 klassifiziert. Die arterielle Sauerstoffsättigung wird durch Pulsoximetrie an der Raumluft bestimmt und bei Werten unter 90 % wird bei Bedarf zusätzlicher Sauerstoff verabreicht. Vor der Behandlung wird die beste der drei exspiratorischen Spitzenflussraten (PEFR) als Darstellung des anfänglichen Zustands der Flussbegrenzung des Patienten genommen. Die PEFR-Daten werden sowohl in absoluten Werten als auch als Prozentsatz des vorhergesagten Normalwerts aufgezeichnet. Wenn die Obstruktion der Atemwege einen Patienten daran gehindert hat, den Mindestwert auf dem Peak-Flow-Meter zu erreichen, wird wie in früheren Studien willkürlich ein Wert von 10 zugewiesen, um eine Division durch Null zu vermeiden, wenn die prozentuale Verbesserung nach Albuterol berechnet wird.

Die Probanden erhalten entweder 2,5 mg zerstäubtes Albuterol alle 20 min für drei Dosen oder zwei Dosen von 5,0 mg Albuterol im Abstand von 20 min. Nichtansprechen auf Albuterol ist definiert als ein Versagen des PEFR bei einem akut kranken Asthmatiker, der 40 % des Sollwerts nach ≥ 7,5 mg Albuterol (2,5 mg Albuterol-Aerosole alle 20 min x 3) überschreitet. Nach Abschluss jedes Zeitplans wird PEFR wiederholt und die Patienten erneut untersucht. Aufnahme- und Entlassungsentscheidungen werden nach veröffentlichten vorgegebenen Kriterien getroffen. Patienten gelten als bereit, nach Hause geschickt zu werden, wenn sie asymptomatisch sind, keine akzessorischen Muskeln verwenden, kein oder vermindertes Giemen haben und einen Spitzenfluss von 60 % des vorhergesagten Werts erreicht haben. Diejenigen, die diese Anforderungen nicht erfüllen, werden nach Ermessen des ED-Arztes mit adrenergen und anticholinergen Bronchodilatatoren und Glukokortikoiden weiterbehandelt und stündlich neu beurteilt. Erfüllen sie anschließend die Entlassungskriterien, werden sie entlassen. Wenn nicht, werden sie ins Krankenhaus eingeliefert. Es wurde festgestellt, dass die falsch-positive Aufnahmerate mit diesen Algorithmen weniger als 1 % und die 24-Stunden-Rückfallrate weniger als 2 % beträgt.

Es werden nur Personen untersucht, bei denen der Index-Notaufnahmebesuch der Behandlung eines akuten Asthmaanfalls diente. Patienten mit Vorgeschichten, die auf kongestive Herzinsuffizienz, Lungenentzündung, chronische Bronchitis oder Emphysem hindeuten, sind ausgeschlossen.

1250 Probanden wird venöses Blut entnommen. Es wird erwartet, dass 25 % eine Obstruktion haben werden, die schlecht auf Albuterol anspricht und eine Einweisung in ein Krankenhaus zur Lösung erfordert. Die anderen 75 % haben eine Obstruktion, die sich mit Albuterol schnell auflöst, und werden nach Hause entlassen. Die DNA wird vom Center for Human Genetics Research, Vanderbilt Medical Center, zur Identifizierung von β2-AR-SNPs an den Positionen 16 und 27 und Rezeptorhaplotypen blind isoliert und getestet. Einzelnukleotid-Polymorphismen werden mithilfe von TaqMan-Einzelnukleotid-Polymorphismus-Genotypisierungsassays (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA) genotypisiert. Elf Polymorphismen werden für die Genotypisierung innerhalb der ADRB2-kodierenden Region und bis zu etwa 5 kb 5' Codon 1 (rs11958940, rs17778257, rs2895795, rs2053044, rs12654778, rs11959427, rs1042711, rs1042713, rs1042714, rs1800888 und rs1042718). Qualitätskontrollmaßnahmen umfassen eine Genotyp-Call-Rate von 95 % und keine signifikanten Abweichungen vom Hardy-Weinberg-Gleichgewicht innerhalb jeder Rassengruppe (exakter p-Wert > 0,01). Haplotypen werden mit öffentlich verfügbarer Software vorhergesagt (SNPHNP – ein Programm zur Schätzung der Häufigkeit großer Haplotypen von Einzelnukleotid-Polymorphismen [Version 1.3]). Ausgewertet werden die Haplotyppaare 2/2, 2/4, 2/6, 4/4, 4/6 und 6/6.

Die primäre Ergebnisvariable sind die genetischen Muster (SNPs und Haplotypen) in jeder Population. Wir möchten die SNP-Muster und die Ansprechbarkeit von Albuterol anhand einer Fall-Kontroll-Studie bewerten. Vergleiche zwischen den Gruppen werden durch Analyse der Kovarianz durchgeführt. Die Assoziationen zwischen dem Ausgangs-PEFR und der prozentualen Verbesserung nach Albuterol werden für das SNP-Muster stratifiziert und durch Kovarianzanalyse bewertet. Einzelne Polymorphismen können unzureichend sein, und es wurde vermutet, dass Haplotypen, die mehrere Polymorphismen enthalten, informativer sein könnten. Drysdale und Mitarbeiter identifizierten 13 Polymorphismen und organisierten sie in 12 Haplotypgruppen mit unterschiedlichen Häufigkeiten zwischen den ethnischen Gruppen. Die vier häufigsten waren die Haplotypen 1, 2, 4 und 6. Haplotyp 2, der Gly16-Homozygoten enthält, war mit der größten FEV1-Reversibilität verbunden, während Haplotyp 4, der Arg16-Homozygoten enthält, die geringste war. Fünf Haplotyp-Paare waren bei Asthmatikern üblich. Homozygote, Haplotypen 2/2 hatten den größten Einfluss auf FEV1 und Proteinexpression, während das Haplotyppaar 4/4 in beiden Kategorien den geringsten Effekt zeigte. Da kein isolierter SNP irgendeinen prädiktiven Nutzen haben kann, messen wir deshalb die Haplotypen. Die Haplotyp-Kombination 4/4 erzeugt die geringste Auswirkung und kann bei den Non-Respondern wirksam sein. Das Haplotyp-Paar 4/6 erzeugt die größte Verbesserung mit Albuterol und kann daher in der ansprechenden Gruppe wirksam sein.

Wir werden die Haplotyphäufigkeiten im gesamten Pool der Studienpatienten schätzen. Mithilfe der logistischen Regression berechnen wir eine globale Score-Statistik für die Gesamtassoziation zwischen Haplotypen und der Reaktionsfähigkeit auf Albuterol. Als nächstes werden Haplotyp-spezifische Werte und entsprechende p-Werte berechnet. Ähnliche Statistiken werden berechnet, wobei die Baseline-Kovariaten angepasst werden. Diese Analysen werden mit R-Funktionen in haplo.stats durchgeführt.

Wir werden die Assoziationen der Haplotypen 1–6 mit dem Ansprechen/Nichtansprechen auf adrenerge Agonisten unter Verwendung einer Fall-Kontroll-Studie bewerten. Unter Verwendung der Daten in Tabelle 1 und unter der Annahme, dass die Fälle 25 % der Studienteilnehmer ausmachen, und unter Verwendung der Funktion haplo.power.cc. Wir benötigen eine Stichprobengröße von 1243 Patienten, um bei Patienten mit Haplotypen, die Arg16Arg enthalten, im Vergleich zu Haplotypen ohne Arg16Arg mit einer Aussagekraft von 80 % auf einem Signifikanzniveau von 0,05 eine mindestens 40 %ige Erhöhung des Risikos eines Nichtansprechens auf adrenerge Agonisten nachweisen zu können. Unter ähnlichen Annahmen benötigen wir eine Gesamtstichprobengröße von 865, um bei Patienten mit Haplotypen, die Arg16Arg enthalten, im Vergleich zu Patienten ohne Arg16Arg einen Anstieg des Risikos eines Behandlungsversagens um 50 % nachweisen zu können. Die Anzahl der Probanden stellt die Gesamtzahl dar, die erforderlich ist, um bei einem Verhältnis von Erfolg zu Misserfolg der Behandlung von 75:25 eine ausreichende Leistung zu erreichen.

Die Ergebnisse dieser Studie werden zeigen, ob Gly16Arg- oder Gln27Glu-Genotypen und/oder β2AR-Haplotypen mit der Reaktion auf Albuterol bei Patienten mit akuten Asthmaanfällen assoziiert sind und ob das Genotypmuster zwischen verschiedenen klinischen Phänotypen variiert. Sie werden auch Aufschluss darüber geben, ob solche Polymorphismen die Schwere der Episoden bestimmen, gemessen an der anfänglichen Lungenfunktion und den Symptomen. Bei dieser Untersuchung wären sowohl positive als auch negative Ergebnisse äußerst wichtig. Positive Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir beginnen können, therapeutisches Ansprechen auf einer sehr grundlegenden Ebene zu verstehen. Sie schlagen auch vor, dass wir damit beginnen müssen, nach alternativen Behandlungen für einen erheblichen Teil der asthmatischen Bevölkerung zu suchen, wenn sie akut erkranken. Ebenso wichtig bedeutet dies, dass unsere Bemühungen zur Asthmakontrolle nicht mehr diffus angewendet werden müssen, sondern sich jetzt auf die Prophylaxe bei betroffenen Personen konzentrieren können. Negative Befunde werden schlüssig zeigen, dass genetisch bedingte Veränderungen bei B2AR nicht ohne weiteres in klinische Reaktionen übersetzt werden können und dass wir nach anderen Faktoren suchen müssen, die den Schweregrad und die Ressourcennutzung in der auf Beta2 nicht ansprechenden Population bestimmen.