Интегративный геномный подход к решению загадки тяжелой ХОБЛ с ранним началом (SHERLOCk)

2. ВВЕДЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ

2.1 Хроническая обструктивная болезнь легких Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) — распространенное предотвратимое и излечимое заболевание, но неизлечимое. Он характеризуется стойким ограничением скорости воздушного потока, которое обычно прогрессирует и связано с усиленной хронической воспалительной реакцией в дыхательных путях и легких на вредные частицы или газы [2]. ХОБЛ является ведущей причиной заболеваемости и, по оценкам, станет четвертой по значимости причиной смерти во всем мире в 2030 г. [3] и приводит к существенному и растущему экономическому и социальному бремени [2]. Диагноз ХОБЛ основывается на наличии ограничения воздушного потока (т. объем форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1) и форсированную жизненную емкость легких). Однако степень ограничения воздушного потока сама по себе неадекватно описывает сложность ХОБЛ, поскольку между пациентами существует значительная гетерогенность в отношении клинических проявлений, физиологии, визуализации, ответа на терапию, снижения функции легких и выживаемости. В настоящее время четкой альтернативы для описания ХОБЛ не существует, но идентификация подгрупп ХОБЛ на основе клинических факторов (фенотипов), в конечном итоге дополненных биомаркерами, отражающими лежащие в основе патофизиологические процессы, может быть привлекательной. Это может привести к лучшему пониманию гетерогенности ХОБЛ и лежащих в ее основе механизмов.

2.2 Фенотип тяжелой ХОБЛ с ранним началом В нескольких обзорах было высказано предположение, что потенциальные фенотипы могут быть основаны на клинических проявлениях, физиологических проявлениях, рентгенологических характеристиках, обострениях ХОБЛ, системном воспалении и сопутствующих заболеваниях [4-6]. Клинические проявления включают возраст, историю курения, пол, этническую принадлежность, состав тела, частоту обострений и уровень одышки. Физиологические проявления включают, среди прочего, функцию легких, снижение функции легких с течением времени (ОФВ1), объем легких, гиперинфляцию, гиперреактивность, способность переносить физические нагрузки и мышечную функцию. Рентгенологическая характеристика включает компьютерную томографию (КТ) легких и, например, измерение толщины стенки дыхательных путей или оценку эмфиземы. Группы пациентов со сходными характеристиками могут составлять фенотип и могут быть основаны на мнении экспертов или статистических методах, таких как неконтролируемый кластерный анализ.

Фенотип, имеющий особое клиническое значение, представляет собой подгруппу курильщиков, у которых разовьется тяжелая форма ХОБЛ в раннем возрасте и при относительно малом стаже курения. В 1998 году Сильверман и соавт. определили этот фенотип по серьезной обструкции воздушного потока (т.е. Объем форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1) <40% от должного) и возраст ≤53 лет [1]. Эта тяжелая ХОБЛ с ранним началом составляет значительную часть общего личного, социального и экономического бремени, связанного с ХОБЛ. Однако, несмотря на клиническую значимость этой группы пациентов с ХОБЛ, это определение тяжелой ХОБЛ с ранним началом основано только на ОФВ1 и возрасте. Следовательно, в этом, возможно, устаревшем определении отсутствуют другие фенотипические параметры, например, история курения, наклон снижения функции легких, рентгенологические характеристики, такие как эмфизема, и другие возможные факторы, способствующие этому фенотипу. Это предлагаемое исследование будет оценивать различные фенотипы SEO-COPD, связывая их с генотипическими характеристиками.

2.3 Генотип тяжелой ХОБЛ с ранним началом Хотя общепризнано, что курение является основным фактором риска ХОБЛ, только у 20-30% курильщиков в конечном итоге развивается заболевание [1]. У небольшой группы курильщиков тяжелая форма ХОБЛ разовьется в раннем возрасте и при относительно малом стаже курения. Возникает вопрос, почему эти пациенты особенно восприимчивы к неблагоприятным последствиям курения. В этом контексте выводы Silverman et al. представляют особый интерес, показывая, что у курящих родственников первой линии этих пациентов с тяжелым ранним началом ХОБЛ был значительно более низкий ОФВ1, чем у контрольной группы того же возраста и привычек курения, что позволяет предположить, что генетические факторы играют роль в развитии ХОБЛ [1]. Последнее согласуется с результатами исследований случай-контроль и близнецовых исследований, и, по оценкам, 40-60% риска развития ХОБЛ определяется генетически [7,8]. До сих пор мало что известно о происхождении и основных механизмах, которые способствуют развитию тяжелой ХОБЛ с ранним началом. В предлагаемом исследовании мы изучим этот механизм, используя новые возможности для генотипирования.

2.4 Новые возможности для генотипирования Исследования GWAS выявили несколько генетических вариантов, связанных с предрасположенностью к развитию ХОБЛ [9-11]. Хотя эти исследования привели к важным новым открытиям, их биологическая интерпретация была ограничена. По оценкам, варианты, которые были идентифицированы до сих пор, объясняют лишь небольшой процент (приблизительно 8%) общего генетического риска, связанного с ХОБЛ [12]. Важно понимать, что платформы генотипирования, используемые в исследованиях GWAS, до сих пор в основном включали общие SNP, то есть те, у которых частота минорного аллеля (MAF)> 5%, тогда как редкие варианты с MAF <5% были сильно недопредставлены. Последнее важно, поскольку редкие варианты, вероятно, связаны с SEO-COPD. Одним из хорошо известных примеров редкого генетического варианта, который функционально связан с SEO-COPD, является несинонимичный SNP в области, кодирующей SERPINA1, вызывающий дефицит альфа-1-антитрипсина [13,14]. Несмотря на важность, дефицит альфа-1-антитрипсина присутствует лишь у небольшого процента пациентов, оставляя большую часть наследуемости SEO-COPD необъяснимой. Это предлагаемое исследование будет включать редкие варианты, что теперь является возможным подходом с последними достижениями в технологиях высокопроизводительного секвенирования всего генома [15].

2.5 Пациенты с тяжелой ХОБЛ с ранним началом, направляемые в UMCG Многие пациенты с тяжелой ХОБЛ ежегодно направляются в Медицинский центр Университета Гронингена (UMCG) со всех Нидерландов для консультации по трансплантации легких (LTX) или бронхоскопической терапии для уменьшения объема легких ( BLVRT) (примерно 250 в год) [16,17]. BLVRT проводится только в нашем центре в Нидерландах. В рамках ранее одобренного исследования («Фенотипирование при ХОБЛ», METc 2014/102) пациентов с тяжелой ХОБЛ, направленных на BLVRT или трансплантацию легких, характеризуют, когда они желают участвовать и дали письменное информированное согласие. Характеристика выполняется с использованием функции легких (т.е. спирометрия, боди-бокс), клинические (т.е. опросники, физикальное обследование, измерение соотношения талии и бедер), рентгенологические (HRCT-сканирование) и системные параметры (взятие венозной крови). Кроме того, извлекаются следующие дополнительные образцы: биоптаты бронхов, бронхиальные щетки и носовые щетки.

Это исследование добавляет две цели. Основная цель состоит в том, чтобы идентифицировать генетические и эпигенетические механизмы, лежащие в основе SEO-COPD, с использованием бронхиальных щеток и биопсий, которые уже были извлечены у пациентов с SEO-COPD. Второстепенная цель состоит в том, чтобы добавить две контрольные группы (т.е. группа ХОБЛ легкой-средней степени тяжести и контрольная группа здоровых людей, не страдающих ХОБЛ), совпадали по возрасту и привычкам к курению (все пациенты с ХОБЛ, направленные на BLVRT или трансплантацию легких, являются бывшими курильщиками), что в настоящее время отсутствует.

Надеемся, что это в конечном итоге выяснит восприимчивость к ХОБЛ и ее генетическую причину, что приведет к более индивидуальному лечению этого подмножества ХОБЛ.

Основная цель:

- Определить генетические и эпигенетические механизмы, лежащие в основе SEO-ХОБЛ, с помощью бронхиальных щеток и биопсий и оценить, чем эти пациенты с SEO-ХОБЛ отличаются от двух контрольных групп (субъекты с ХОБЛ легкой и средней степени тяжести и без ХОБЛ).

Второстепенные цели:

К:

• определить, какие распространенные и редкие генетические варианты, вероятно, причинно связаны с развитием и/или чрезмерным прогрессированием заболевания.
• оценить, какие гены и генные сети, связанные с ХОБЛ, контролируются miR (микро-РНК) и сайтами метилирования ДНК.