重度の早発性 COPD のパズルを解くための統合的ゲノムアプローチ (SHERLOCk)

2. 導入と理論的根拠

2.1 慢性閉塞性肺疾患 慢性閉塞性肺疾患 (COPD) は、一般的な予防および治療可能な疾患ですが、治療法はありません。 これは、通常は進行性であり、有害な粒子やガスに対する気道と肺の慢性炎症反応の増強に関連する持続的な気流制限によって特徴付けられます [2]。 COPD は罹患率の主要な原因であり、2030 年には世界で 4 番目に多い死亡原因になると推定されており [3]、その結果、経済的および社会的負担が大幅に増加しています [2]。 COPD の診断は、気流制限の存在に基づいています (つまり、 1 秒間の努力呼気量 (FEV1) と努力肺活量)。 しかし、臨床症状、生理学、画像、治療への反応、肺機能の低下、および生存率に関して、患者間に有意な不均一性が存在するため、気流制限の程度自体は COPD の複雑さを適切に説明するものではありません。 現在、COPD を説明するための明確な代替手段は存在しませんが、臨床的要因 (表現型) に基づいて COPD のサブグループを特定し、最終的には基礎となる病態生理学的プロセスを反映するバイオマーカーによって拡張することは魅力的です。 これは、COPD の不均一性とその根底にあるメカニズムについて、より良い洞察につながる可能性があります。

2.2 重度の早期発症 COPD の表現型 潜在的な表現型は、臨床症状、生理学的症状、放射線学的特徴付け、COPD 増悪、全身性炎症および併存症に基づくことができると提案している [4-6]。 臨床症状には、年齢、喫煙歴、性別、民族性、体組成、増悪頻度、呼吸困難レベルが含まれます。 生理学的症状には、とりわけ、肺機能、経時的な肺機能の低下 (FEV1)、肺容量、過膨張、過敏性運動能力、および筋肉機能が含まれます。 放射線学的特徴付けには、肺のコンピューター断層撮影 (CT) スキャンや、気道壁の厚さや肺気腫スコアなどの測定が含まれます。 同様の特徴を持つ患者のクラスターは表現型を構成する可能性があり、専門家の意見、または教師なしクラスター分析などの統計的手法に基づく場合があります。

特定の臨床的関連性のある表現型は、早期に重度の COPD を発症し、喫煙歴が比較的少ない喫煙者のサブセットです。 1998 年に、Silverman 等。重度の気流閉塞によってこの表現型を定義しました（つまり、 1 秒間の強制呼気量 (FEV1) < 40% 予測) および年齢 ≤ 53 歳 [1]。 この重度の早期発症 COPD は、COPD に起因する個人的、社会的、経済的負担のかなりの部分を占めています。 しかし、COPD 患者のこのグループの臨床的関連性にもかかわらず、重度の早期発症 COPD のこの定義は、FEV1 と年齢のみに基づいています。 したがって、このおそらく時代遅れの定義には、他の表現型パラメーター、つまり喫煙歴、肺機能低下の勾配、肺気腫などの放射線学的特徴付け、およびこの表現型に寄与する可能性のある他の要因が欠けています。 この提案された研究では、SEO-COPD のさまざまな表現型を評価し、遺伝子型の特徴付けと関連付けます。

2.3 重度の早期発症 COPD の遺伝子型 喫煙が COPD の主な危険因子であることは広く受け入れられていますが、最終的にこの疾患を発症する喫煙者は 20 ～ 30% にすぎません [1]。 喫煙者のごく一部は、比較的少ない喫煙年数で、幼い頃に重度の COPD を発症します。 なぜこれらの患者が特に喫煙の悪影響を受けやすいのかという疑問が生じます。 これに関連して、シルバーマンらの発見。これらの重度の早期発症 COPD 患者の第一度近親者の喫煙者は、同年齢で喫煙習慣のある対照者よりも FEV1 が有意に低いことを示しており、遺伝的要因が COPD 発症に役割を果たすことを示唆している[1]。 後者は、ケースコントロールおよび双子の研究の結果と一致しており、COPD の発症リスクの 40 ～ 60% は遺伝的に決定されると推定されています [7,8]。 これまでのところ、重度の早期発症 COPD の発症を促進する起源と根底にあるメカニズムについてはほとんど知られていません。 この提案された研究では、ジェノタイピングの新しい可能性を使用してこれらのメカニズムを調査します。

2.4 ジェノタイピングの新たな可能性 GWAS 研究により、COPD の発症に対する感受性に関連するいくつかの遺伝子変異が特定されました [9-11]。 これらの研究は重要な新しい洞察を生み出しましたが、その生物学的解釈は限られていました。 これまでに同定されたバリアントは、COPD に起因する全遺伝的リスクのわずかな割合 (約 8%) のみを説明すると推定されています [12]。 これまでの GWAS 研究で使用されたジェノタイピング プラットフォームには、主に一般的な SNP、つまりマイナー アレル頻度 (MAF) が 5% を超えるものが含まれていたのに対し、MAF が 5% 未満のまれなバリアントは非常に過小評価されていることを認識することが重要です。 まれなバリアントが SEO-COPD に関与する可能性が高いため、後者は重要です。 SEO-COPD に機能的に関連するまれな遺伝子変異のよく知られた例の 1 つは、α-1-アンチトリプシン欠損症を引き起こす SERPINA1 をコードする領域の非同義 SNP です [13,14]。 重要ではあるが、アルファ-1-アンチトリプシン欠乏症は、SEO-COPDの遺伝率の大部分が説明されていない患者のごく一部にしか存在しない. この提案された研究には、まれなバリアントが含まれます。これは、最近のハイスループット全ゲノム配列決定技術の進歩により実現可能なアプローチです [15]。

2.5 UMCG に紹介された重度の早期発症 COPD 患者 毎年、オランダ全土から多くの重度の COPD 患者がフローニンゲン大学医療センター (UMCG) に紹介され、肺移植 (LTX) または気管支鏡による肺容量減少療法 ( BLVRT) (年間約 250 件) [16,17]。 BLVRT は、オランダの当センターでのみ実施されます。 以前に承認された研究 ("Phenotyping in COPD"、METc 2014/102) の一環として、BLVRT または肺移植のために紹介された重度の COPD 患者は、参加する意思がある場合に特徴付けられ、書面によるインフォームド コンセントを与えました。 キャラクタリゼーションは、肺機能を使用して実行されます (つまり、 スパイロメトリー、ボディ ボックス)、臨床 (つまり アンケート、身体検査、ウエストヒップ比の測定）、放射線（HRCTスキャン）および全身パラメーター（静脈採血）。 さらに、次の追加のサンプルが抽出されています: 気管支生検、気管支ブラシ、鼻ブラシ。

この調査には 2 つの目的が追加されています。 主な目的は、SEO-COPD患者からすでに抽出されている気管支ブラシと生検を使用して、SEO-COPDの根底にある遺伝的およびエピジェネティックなメカニズムを特定することです。 二次的な目的は、2 つのコントロール グループを追加することです (つまり、 軽度から中等度の COPD 群と健康な非 COPD 対照群) の年齢と喫煙習慣 (BLVRT または肺移植のために紹介されたすべての COPD 患者は元喫煙者) が一致しており、現在欠落しています。

願わくば、これが最終的に COPD 感受性とその遺伝的原因を解明し、この COPD サブセットのよりカスタマイズされた治療につながることを願っています。

第一目的：

- 気管支ブラシと生検を使用して SEO-COPD の根底にある遺伝的およびエピジェネティックなメカニズムを特定し、これらの SEO-COPD 患者が 2 つの対照群 (軽度から中等度の COPD および非 COPD 被験者) とどのように異なるかを評価すること。

副次的な目的:

に：

• どの一般的およびまれな遺伝子変異が、疾患の発症および/または過度の進行に因果関係がある可能性が高いかを判断します。
• どの COPD 関連遺伝子と遺伝子ネットワークが miR (マイクロ RNA) と DNA メチル化部位によって制御されているかを評価します。