Uma abordagem genômica integrativa para resolver o quebra-cabeça da DPOC grave de início precoce (SHERLOCk)

2. INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO

2.1 Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica A doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) é uma doença comum evitável e tratável, mas sem cura. É caracterizada por limitação persistente do fluxo aéreo, geralmente progressiva e associada a uma resposta inflamatória crônica aumentada nas vias aéreas e nos pulmões a partículas ou gases nocivos [2]. A DPOC é uma das principais causas de morbidade e estima-se que se tornará a quarta principal causa de morte em todo o mundo em 2030 [3] e resulta em uma carga econômica e social substancial e crescente [2]. O diagnóstico de DPOC é baseado na presença de limitação do fluxo aéreo (i.e. volume expiratório forçado em 1 segundo (VEF1) e capacidade vital forçada). No entanto, o próprio grau de limitação do fluxo aéreo não descreve adequadamente a complexidade da DPOC porque existe heterogeneidade significativa entre os pacientes com relação à apresentação clínica, fisiologia, imagem, resposta à terapia, declínio da função pulmonar e sobrevida. Atualmente, não existe uma alternativa clara para descrever a DPOC, mas a identificação de subgrupos de DPOC, com base em fatores clínicos (fenótipos), eventualmente ampliados por biomarcadores que refletem processos fisiopatológicos subjacentes, pode ser atraente. Isso pode levar a uma melhor compreensão da heterogeneidade da DPOC e dos mecanismos subjacentes.

2.2 O fenótipo da DPOC grave de início precoce Várias revisões propuseram que fenótipos potenciais podem ser baseados em manifestações clínicas, manifestações fisiológicas, caracterização radiológica, exacerbações da DPOC, inflamação sistêmica e comorbidades [4-6]. As manifestações clínicas incluem idade, história de tabagismo, sexo, etnia, composição corporal, frequência de exacerbação e nível de dispneia. As manifestações fisiológicas incluem, entre outras, função pulmonar, diminuição da função pulmonar ao longo do tempo (FEV1), volumes pulmonares, hiperinsuflação, hiperresponsividade, capacidade de exercício e função muscular. A caracterização radiológica inclui tomografia computadorizada (TC) do pulmão e, por exemplo, medidas da espessura da parede das vias aéreas ou escores de enfisema. Clusters de pacientes com características semelhantes podem constituir um fenótipo e podem ser baseados na opinião de especialistas ou em técnicas estatísticas como uma análise de cluster não supervisionada.

Um fenótipo de relevância clínica particular é um subconjunto de fumantes que desenvolverá DPOC grave em idade precoce e com relativamente poucos maços-ano de tabagismo. Em 1998, Silverman e cols. definiu este fenótipo por obstrução grave do fluxo de ar (i.e. Volume expiratório forçado em 1 segundo (VEF1) <40% do previsto) e idade ≤53 anos [1]. Essa DPOC grave de início precoce é responsável por uma parte significativa da carga total pessoal, social e econômica atribuída à DPOC. No entanto, apesar da relevância clínica desse grupo de pacientes com DPOC, essa definição de DPOC grave de início precoce é baseada apenas no VEF1 e na idade. Portanto, esta definição talvez desatualizada carece de outros parâmetros fenotípicos, ou seja, histórico de tabagismo, inclinação do declínio da função pulmonar, caracterização radiológica como enfisema e outros possíveis fatores que contribuem para esse fenótipo. Este estudo proposto avaliará diferentes fenótipos de SEO-DPOC, relacionando-os com a caracterização genotípica.

2.3 O genótipo da DPOC grave de início precoce Embora seja amplamente aceito que fumar é o principal fator de risco para a DPOC, apenas 20-30% dos fumantes acabarão por desenvolver a doença [1]. Um pequeno subconjunto de fumantes desenvolverá DPOC grave em uma idade precoce e com relativamente poucos maços-ano fumando. A questão que surge é por que esses pacientes são particularmente suscetíveis aos efeitos adversos do tabagismo. Nesse contexto, os achados de Silverman et al. são de particular interesse, mostrando que os parentes fumantes de primeiro grau desses pacientes com DPOC grave de início precoce apresentaram um VEF1 significativamente menor do que os controles da mesma idade e hábitos tabágicos, sugerindo que fatores genéticos desempenham um papel no desenvolvimento da DPOC [1]. Este último está de acordo com os achados de estudos de caso-controle e estudos de gêmeos e estima-se que 40-60% do risco de desenvolvimento de DPOC seja geneticamente determinado [7,8]. Até agora, pouco se sabe sobre as origens e os mecanismos subjacentes que impulsionam o desenvolvimento da DPOC grave de início precoce. Com este estudo proposto, exploraremos esses mecanismos usando novas possibilidades de genotipagem.

2.4 Novas possibilidades de genotipagem Os estudos GWAS identificaram várias variantes genéticas associadas à susceptibilidade de desenvolver DPOC [9-11]. Embora esses estudos tenham gerado novos insights importantes, sua interpretação biológica tem sido limitada. Estima-se que as variantes identificadas até agora expliquem apenas uma pequena porcentagem (aproximadamente 8%) do risco genético total atribuído à DPOC [12]. É importante perceber que as plataformas de genotipagem usadas nos estudos GWAS até agora incluíam principalmente SNPs comuns, ou seja, aqueles com frequência alélica menor (MAF) > 5%, enquanto variantes raras com MAF < 5% foram fortemente sub-representadas. O último é importante, uma vez que variantes raras provavelmente estão envolvidas no SEO-DPOC. Um exemplo bem conhecido de uma rara variante genética funcionalmente relacionada à SEO-DPOC é o SNP não sinônimo na região que codifica SERPINA1, causando deficiência de alfa-1-antitripsina [13,14]. Embora importante, a deficiência de alfa-1-antitripsina está presente em apenas uma pequena porcentagem de pacientes, deixando uma grande proporção de hereditariedade de SEO-DPOC inexplicável. Este estudo proposto incluirá variantes raras, agora uma abordagem viável com avanços recentes em tecnologias de sequenciamento de genoma inteiro de alto rendimento [15].

2.5 Pacientes com DPOC grave de início precoce encaminhados para o UMCG Muitos pacientes com DPOC grave estão sendo encaminhados para o University Medical Center Groningen (UMCG) todos os anos de toda a Holanda para uma consulta sobre transplante pulmonar (LTX) ou terapia broncoscópica de redução do volume pulmonar ( BLVRT) (aproximadamente 250 por ano) [16,17]. O BLVRT é realizado apenas em nosso centro na Holanda. Como parte de um estudo previamente aprovado ("Phenotyping in COPD", METc 2014/102), os pacientes com DPOC grave encaminhados para BLVRT ou transplante pulmonar são caracterizados quando estão dispostos a participar e deram seu consentimento informado por escrito. A caracterização é realizada usando a função pulmonar (ou seja, espirometria, body box), clínico (i.e. questionários, exame físico, medida da relação cintura-quadril), parâmetros radiológicos (TCAR) e sistêmicos (coleta de sangue venoso). Além disso, as seguintes amostras adicionais estão sendo extraídas: biópsias brônquicas, escovas brônquicas e escovas nasais.

Há dois objetivos que este estudo acrescenta. O objetivo principal é identificar os mecanismos genéticos e epigenéticos subjacentes ao SEO-DPOC, usando escovas brônquicas e biópsias já extraídas dos pacientes com SEO-DPOC. O objetivo secundário é adicionar dois grupos de controle (ou seja, grupo de DPOC leve a moderada e grupo de controle não DPOC saudável) pareados por idade e hábitos tabágicos (todos os pacientes com DPOC encaminhados para BLVRT ou transplante de pulmão são ex-fumantes), o que está faltando no momento.

Esperançosamente, isso acabará elucidando a suscetibilidade à DPOC e sua causa genética, resultando em um tratamento mais personalizado desse subconjunto da DPOC.

Objetivo primário:

- Identificar os mecanismos genéticos e epigenéticos subjacentes à SEO-DPOC por meio de escovas brônquicas e biópsias e avaliar como esses pacientes com SEO-DPOC diferem de dois grupos de controle (DPOC leve-moderada e não-DPOC).

Objetivos Secundários:

Para:

• determinar quais variantes genéticas comuns e raras são provavelmente relacionadas causalmente ao desenvolvimento e/ou progressão excessiva da doença.
• avaliar quais genes e redes de genes associados à DPOC são controlados por miR's (micro-RNA's) e sítios de metilação do DNA.