Медицински департамент, Национално еврейско здраве, Денвър, Колорадо, Съединени американски щати, Медицински департамент, Университет на Колорадо, Денвър, Колорадо, Съединени американски щати

клъстерен

Отделение по педиатрия, Национално еврейско здравеопазване, Денвър, Колорадо, Съединени американски щати

Отдел за принадлежност към науките за общественото здраве, Медицински колеж на държавния университет в Пенсилвания, Hershey, Пенсилвания, Съединени американски щати

Отдел за принадлежност към науките за общественото здраве, Медицински колеж на държавния университет в Пенсилвания, Hershey, Пенсилвания, Съединени американски щати

Медицински отдел, Национално еврейско здравеопазване, Денвър, Колорадо, Съединени американски щати

Отделение по педиатрия, Национално еврейско здравеопазване, Денвър, Колорадо, Съединени американски щати

Отделение по медицина към Университета на Колорадо, Денвър, Колорадо, Съединени американски щати

Медицински отдел, Калифорнийски университет, Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния, Съединени американски щати

  • Д. Ранд Съдърланд,
  • Елена Голева,
  • Тоня С. Кинг,
  • Ерик Леман,
  • Алън Д. Стивънс,
  • Leisa P. Jackson,
  • Аманда Р. Поток,
  • Джон В. Фахи,
  • Donald Y. M. Leung 2,4 за мрежата за клинични изследвания за астма

Фигури

Резюме

Заден план

Астмата е хетерогенно заболяване с вариабилност сред пациентите по характеристики като белодробна функция, симптоми и контрол, телесно тегло, маркери на възпалението и отзивчивост към глюкокортикоиди (GC). Клъстерният анализ на добре характеризираните кохорти може да подобри разбирането на подгрупите на болестта при астма и да посочи неподозирани механизми на заболяването. Използвахме аналитичен подход без хипотези на клъстер, за да определим приноса на затлъстяването и свързаните с него променливи към фенотипа на астмата.

Методология и основни констатации

В кохорта от участници в клинично изпитване (n = 250) се използва йерархично групиране с минимални вариации за идентифициране на клинични и възпалителни биомаркери, важни за определяне на членството в клъстера на болестта при леки и умерени персистиращи астматици. При подгрупа участници, GC чувствителността се оценява чрез експресия на GC рецептор алфа (GCRα) и индукция на експресия на MAP киназа фосфатаза-1 (MKP-1) чрез дексаметазон. Идентифицирани са четири клъстера на астма, като индексът на телесна маса (ИТМ, kg/m 2) и тежестта на симптомите на астма (AEQ резултат) са най-важните детерминанти за членство в клъстера (F = 57,1, p −6 M) за 3 часа. РНК се екстрахира и експресията на GC рецептор-алфа (GCRα) и MAP киназа фосфатаза-1 (MKP-1) се анализира чрез PCR в реално време, нормализира се до съответните нива от 18 sRNA и се отчита като гъвкава промяна в експресията, индуцирана от дексаметазон [15], [16]. Концентрациите на 25 (OH) D бяха изследвани чрез течна хроматография-тандемна масспектрометрия в Mayo Clinical Laboratories (Rochester, Minnesota). Анализите за серумни концентрации на лептин, адипонектин, интерлевкин 6 (IL-6), фактор на туморна некроза-алфа (TNFα) и С-реактивен протеин се извършват чрез ELISA или високочувствителен имунотурбидометричен анализ (hsCRP).

Етика

Всички участници предоставиха писмено информирано съгласие. Протоколът беше прегледан и одобрен във всяка институционална IRB, изброена в Приложение S1.

Статистически методи

Методът за йерархично клъстериране на Ward с минимална дисперсия [17] със стандартизация на включени променливи е извършен в SAS (v. 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC). Анализираните променливи включват пол, раса (бяло спрямо небяло), възраст при поява на астма, продължителност на астмата, индекс на телесна маса (ИТМ),% предсказан обем на принудително издишване за една секунда (FEV1%), принудителен жизненен капацитет (FVC), хиперреактивност на дихателните пътища ( PC20 FEV1 до метахолин (mg/mL)), оценка на въпросника за контрол на астма от хвойна (ACQ) [18], оценка на въпросника за оценка на астмата (AEQ, състав от симптоми на астма през предходните две седмици [13]), издишване на азотен оксид (FENO), ppb), проценти еозинофили в индуцирана храчка, серумен IgE (IU/mL), hsCRP, серумен IL-6, серумен TNFα, серумен адипонектин, серумен лептин, предишна употреба на контролера и промяна в резултатите от AEQ и ACQ (след 4 и 2 седмици, съответно, на HFA-BDP). След това беше извършен дискриминационен анализ, за ​​да се идентифицират значими детерминанти на членството в клъстера, а процедура за прекласификация определи точността на модела на дискриминантната функция за прогнозиране на членството в клъстера. Обобщените квадратни разстояния бяха използвани за определяне на близостта на клъстерите.

Разликите между клъстерите бяха оценени с помощта на дисперсионен анализ или t-тест на Student за нормално разпределени непрекъснати променливи. За категорични мерки е използван хи-квадрат анализ. Данните, които не са нормално разпределени, са преобразувани в дневник за анализ. Некорректираните анализи, корелиращи непрекъснатите променливи, бяха извършени с помощта на проста линейна регресия, с регресия с най-малки квадрати беше използвана за извършване на коригирани анализи. Цифровите данни са представени като средно (стандартно отклонение), с изключение на случая на геометрична средна стойност (коефициент на вариация) за трансформирани в дневника данни.

Резултати

Характеристики на участника

Анализирани са данни от 250 участници (Таблица 1). Популацията е била 32% мъже, 59% бели и е имала средна (SD) възраст 37,6 (12,5) години. Проучваната популация е имала среден ИТМ от 29,9 (8,3) kg/m 2, със среден FEV1 от 82,2 (13,8)% прогнози и хиперреактивност на дихателните пътища, както е отразено от метахолин PC20 FEV1 от 1,2 (1,2) mg/ml. Серумният IgE е 105,4 (1,6) IU/mL, FENO е 19,9 (0,6) ppb, а еозинофилите в храчките са 0,8 (1,0)% (средна геометрична стойност и коефициент на вариация).

Детерминанти за членство в клъстери

Дискриминантният анализ разкри, че 16 променливи (Таблица 2) са важни детерминанти на членството в клъстера, като прекласификацията показва, че моделът на дискриминантната функция е постигнал 89% точност за прогнозиране на членството в клъстера. ИТМ е най-значимият определящ фактор за членството в клъстера (F = 57,1, p Таблица 2. Резултати от дискриминантния анализ, демонстриращ относителния принос на променливите при определяне на членството в клъстера.

Клъстери за астма

Анализът разкрива четири уникални клъстера пациенти с астма, с характеристики, както е посочено в таблица 3. Тези четири клъстера се различават значително един от друг по отношение на ИТМ, като средният ИТМ в клъстери 1 и 2 попада в диапазона с наднормено тегло (ИТМ = 25,8 (5,0) и 26.9 (4.4)). За разлика от това, ИТМ в клъстери 3 и 4 е показателен за затлъстяването от клас I и клас II [19] (34,7 (8,0) и 38,5 (9,2), съответно), p Таблица 3. Характеристики на клъстерите на астматичните заболявания.

Фенотипна хетерогенност в затлъстелите астматици

Както е съобщено в таблица 3, затлъстелите клъстери 3 и 4 са сходни по отношение на белодробната функция, разпределението на пола, расовия състав, възрастта и концентрациите на адипокините лептин и адипонектин и hsCRP, маркер за системно възпаление. Наблюдава се тенденция към значителна разлика в ИТМ между двата затлъстели клъстера, които не постигат статистическа значимост, като клъстер 3 демонстрира среден ИТМ от 34,7 (8,0) kg/m 2, срещу 38,5 (9,2) kg/m 2 в клъстер 4 (р = 0,06). Възрастта на появата на астма се различава между двата клъстера с членове на клъстер 3, които имат астма през детството на 10,0 (10,8) години, и членовете на клъстер 4 с начало на заболяването през юношеството, на 16,1 (13,9) години. Двата затлъстели клъстера се различават по отношение на степента на изразяване на симптомите и контрол на астмата въпреки 4-седмичното лечение с HFA-BDP: клъстер 3 демонстрира постоянно висока експресия на симптомите, с AEQ резултат 1,3 (0,9) срещу 0,7 (0,8) (p Фигура 1. Корелация между експресията на GCRα и изходната експресия на MKP-1 в PBMC (и двете трансформирани в log).

Дискусия

Нашият аналитичен подход и валидиране на клинични фенотипове с проучвания на молекулярните механизми на GC нечувствителност при астма засилват твърдението, че пациенти с астма, както възрастни, така и педиатрични [3], [5], [24] - [27], които са с наднормено тегло или затлъстелите носят непропорционална тежест на заболяването в сравнение с астматиците без затлъстяване. Независимо от това, механизмите на нечувствителност към GC са сложни [28] и механизмите, чрез които затлъстяването намалява молекулярната реакция към GC, изискват допълнителни проучвания. В тази светлина, скорошни проучвания показват, че монокините, секретирани от мастната тъкан, активират кръвни моноцити и набират активирани макрофаги в мастната тъкан, значително усилвайки генерирането на възпалителни цитокини [29] - [32]. Това явление може да бъде свързано с класическо активиране [32], което е документирано както в кръвни моноцити, така и в алвеоларни макрофаги при астма, нечувствителна към глюкокортикоиди [33], [34], и може да бъде от значение и при пациенти със затлъстяване с астма. Освен това тези данни осигуряват допълнителна подкрепа за важността на последните наблюдения [6], [21], [35] - [38], че ниските серумни концентрации на витамин D са свързани с нарушен глюкокортикоиден отговор при астма.

Клиницистите често се сблъскват със затлъстели астматици, които не реагират оптимално на терапията, но понастоящем не съществуват конкретни насоки в националните и международни насоки относно оптималния терапевтичен подход към затлъстелите астматици [39], [40]. Много затлъстели астматици получават сложни схеми за лечение на астма, на които те не реагират [2] и които могат да ги изложат на повишен риск от свързани с лечението неблагоприятни ефекти. Като се има предвид това и предвид разпространението както на затлъстяването, така и на астмата, допълнителната информация, на която да се основава терапевтичното вземане на решения, е от решаващо значение. Това проучване използва безпристрастни аналитични подходи за по-нататъшно валидиране на докладите, че астматичният фенотип се различава между затлъстелите и не-затлъстелите астматици, като същевременно демонстрира, че астматичният фенотип не е хомогенен при всички затлъстели индивиди, особено по отношение на степента на контрол, постигната при лечение с ICS. По този начин клиничният GC отговор може да не бъде равномерно отслабен при астматици със затлъстяване и е необходима повече работа, за да се идентифицират пътищата, по които GC сигналните механизми, системното възпаление и възпалението на дихателните пътища взаимодействат, за да доведат до клинична нечувствителност към GC при някои, но не при всички, със затлъстяване астматици.

подкрепяща информация

Приложение S1.

Следните сайтове за клинични изследвания за астма и изследователи са участвали в родителските клинични изпитвания, които са получили клиничните данни, анализирани в това проучване.