Un approccio genomico integrativo per risolvere l'enigma della BPCO grave a esordio precoce (SHERLOCk)

2. PREMESSA E MOTIVAZIONE

2.1 Malattia polmonare ostruttiva cronica La broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) è una comune malattia prevenibile e curabile, ma senza una cura. È caratterizzata da una persistente limitazione del flusso aereo che di solito è progressiva e associata a una maggiore risposta infiammatoria cronica delle vie aeree e dei polmoni a particelle o gas nocivi [2]. La BPCO è una delle principali cause di morbilità e si stima che diventerà la quarta causa di morte a livello mondiale nel 2030 [3] e si traduce in un onere economico e sociale che è sia sostanziale che in aumento [2]. La diagnosi di BPCO si basa sulla presenza di limitazione al flusso aereo (es. volume espiratorio forzato in 1 secondo (FEV1) e capacità vitale forzata). Tuttavia, il grado di limitazione del flusso aereo in sé non descrive adeguatamente la complessità della BPCO poiché esiste una significativa eterogeneità tra i pazienti rispetto alla presentazione clinica, alla fisiologia, all'imaging, alla risposta alla terapia, al declino della funzione polmonare e alla sopravvivenza. Attualmente non esiste una chiara alternativa per descrivere la BPCO, ma l'identificazione di sottogruppi di BPCO, basati su fattori clinici (fenotipi), eventualmente ampliati da biomarcatori che riflettono i processi fisiopatologici sottostanti, può essere interessante. Ciò può portare a una migliore comprensione dell'eterogeneità della BPCO e dei meccanismi sottostanti.

2.2 Il fenotipo della BPCO grave ad esordio precoce Diverse revisioni hanno proposto che i potenziali fenotipi possano essere basati su manifestazioni cliniche, manifestazioni fisiologiche, caratterizzazione radiologica, riacutizzazioni di BPCO, infiammazione sistemica e comorbilità [4-6]. Le manifestazioni cliniche comprendono l'età, la storia del fumo, il sesso, l'etnia, la composizione corporea, la frequenza delle riacutizzazioni e il livello di dispnea. Le manifestazioni fisiologiche includono tra l'altro la funzione polmonare, la diminuzione della funzione polmonare nel tempo (FEV1), i volumi polmonari, l'iperinflazione, l'iperreattività della capacità di esercizio e la funzione muscolare. La caratterizzazione radiologica include la tomografia computerizzata (TC) del polmone e, ad esempio, le misure dello spessore della parete delle vie aeree oi punteggi dell'enfisema. I cluster di pazienti con caratteristiche simili possono costituire un fenotipo e possono essere basati sull'opinione di esperti o su tecniche statistiche come un'analisi cluster non supervisionata.

Un fenotipo di particolare rilevanza clinica è un sottogruppo di fumatori che svilupperanno una BPCO grave in tenera età e con relativamente pochi anni di fumo. Nel 1998, Silverman et al. definito questo fenotipo da una grave ostruzione del flusso aereo (es. Volume espiratorio forzato in 1 secondo (FEV1) <40% del predetto) ed età ≤53 anni [1]. Questa grave BPCO ad esordio precoce rappresenta una parte significativa del carico personale, sociale ed economico totale attribuito alla BPCO. Tuttavia, nonostante la rilevanza clinica di questo gruppo di pazienti con BPCO, questa definizione di BPCO grave ad esordio precoce si basa solo sul FEV1 e sull'età. Pertanto, questa definizione forse obsoleta manca di altri parametri fenotipici, ad esempio storia del fumo, pendenza del declino della funzione polmonare, caratterizzazione radiologica come l'enfisema e altri possibili fattori che contribuiscono a questo fenotipo. Questo studio proposto valuterà diversi fenotipi di SEO-BPCO, collegandolo alla caratterizzazione genotipica.

2.3 Il genotipo della BPCO grave ad esordio precoce Sebbene sia ampiamente accettato che il fumo sia il principale fattore di rischio per la BPCO, solo il 20-30% dei fumatori alla fine svilupperà la malattia [1]. Un piccolo sottogruppo di fumatori svilupperà una BPCO grave in tenera età e con relativamente pochi anni di fumo. Sorge la domanda sul perché questi pazienti siano particolarmente suscettibili agli effetti negativi del fumo. In questo contesto, i risultati di Silverman et al. sono di particolare interesse, dimostrando che i parenti di primo grado fumatori di questi pazienti con BPCO grave ad esordio precoce avevano un FEV1 significativamente più basso rispetto ai controlli della stessa età e abitudini al fumo, suggerendo che i fattori genetici giocano un ruolo nello sviluppo della BPCO [1]. Quest'ultimo è in linea con i risultati degli studi caso-controllo e sui gemelli e si stima che il 40-60% del rischio di sviluppo della BPCO sia geneticamente determinato [7,8]. Finora, si sa poco sulle origini e sui meccanismi sottostanti che guidano lo sviluppo della BPCO grave ad esordio precoce. Con questo studio proposto, esploreremo questi meccanismi utilizzando nuove possibilità per la genotipizzazione.

2.4 Nuove possibilità per la genotipizzazione Gli studi GWAS hanno identificato diverse varianti genetiche associate alla suscettibilità a sviluppare la BPCO [9-11]. Sebbene questi studi abbiano generato nuove importanti intuizioni, la loro interpretazione biologica è stata limitata. Si stima che le varianti finora identificate spieghino solo una piccola percentuale (circa l'8%) del rischio genetico totale attribuito alla BPCO [12]. È importante rendersi conto che le piattaforme di genotipizzazione utilizzate finora negli studi GWAS includevano principalmente SNP comuni, ovvero quelli con una frequenza allelica minore (MAF)> 5%, mentre le varianti rare con MAF <5% sono state fortemente sottorappresentate. Quest'ultimo è importante, poiché è probabile che varianti rare siano coinvolte nella SEO-BPCO. Un esempio ben noto di una variante genetica rara che è funzionalmente correlata alla SEO-BPCO è l'SNP non sinonimo nella regione che codifica per SERPINA1 che causa il deficit di alfa-1-antitripsina [13,14]. Sebbene importante, il deficit di alfa-1-antitripsina è presente solo in una piccola percentuale di pazienti, lasciando inspiegabile un'ampia percentuale di ereditarietà della SEO-BPCO. Questo studio proposto includerà varianti rare, ora un approccio fattibile con i recenti progressi nelle tecnologie di sequenziamento dell'intero genoma ad alto rendimento [15].

2.5 Pazienti con BPCO grave ad esordio precoce indirizzati all'UMCG Molti pazienti con BPCO grave vengono indirizzati ogni anno all'University Medical Center Groningen (UMCG) da tutti i Paesi Bassi per una consulenza sul trapianto di polmone (LTX) o terapia di riduzione del volume polmonare broncoscopico ( BLVRT) (circa 250 all'anno) [16,17]. BLVRT viene eseguito solo nel nostro centro nei Paesi Bassi. Nell'ambito di uno studio precedentemente approvato ("Phenotyping in COPD", METc 2014/102), i pazienti con BPCO grave sottoposti a BLVRT o trapianto di polmone sono caratterizzati quando sono disposti a partecipare e hanno dato il loro consenso informato scritto. La caratterizzazione viene eseguita utilizzando la funzione polmonare (ad es. spirometria, body box), clinico (es. questionari, esame fisico, misurazione del rapporto vita-fianchi), parametri radiologici (HRCT-scan) e sistemici (raccolta di sangue venoso). Inoltre, sono in corso di estrazione i seguenti ulteriori campioni: biopsie bronchiali, pennelli bronchiali e pennelli nasali.

Ci sono due obiettivi che questo studio aggiunge. L'obiettivo primario è identificare i meccanismi genetici ed epigenetici alla base della SEO-BPCO utilizzando i pennelli bronchiali e le biopsie già estratte dai pazienti SEO-BPCO. L'obiettivo secondario è aggiungere due gruppi di controllo (ad es. gruppo BPCO lieve-moderato e gruppo di controllo sano non BPCO) abbinati per età e abitudine al fumo (tutti i pazienti con BPCO indirizzati per BLVRT o trapianto di polmone sono ex fumatori), che attualmente manca.

Si spera che questo alla fine chiarirà la suscettibilità alla BPCO e la sua causa genetica, risultando in un trattamento più personalizzato di questo sottogruppo di BPCO.

Obiettivo primario:

- Identificare i meccanismi genetici ed epigenetici alla base della SEO-BPCO utilizzando pennelli bronchiali e biopsie e valutare in che modo questi pazienti con SEO-BPCO differiscono da due gruppi di controllo (BPCO lieve-moderato e soggetti non BPCO).

Obiettivi secondari:

A:

• determinare quali varianti genetiche comuni e rare sono probabilmente causalmente correlate allo sviluppo e/o all'eccessiva progressione della malattia.
• valutare quali geni e reti geniche associate alla BPCO sono controllati dai miR (micro-RNA) e dai siti di metilazione del DNA.