Az elhízás és az asztma fenotípusainak klaszterelemzése

Tagságok Orvostudományi Tanszék, Nemzeti Zsidó Egészségügyi Minisztérium, Denver, Colorado, Amerikai Egyesült Államok, Orvostudományi Egyetem, Colorado Egyetem, Denver, Colorado, Amerikai Egyesült Államok

Nemzeti zsidó egészségügyi gyermekgyógyászati osztály, Denver, Colorado, Amerikai Egyesült Államok

Pennsylvania Állami Egyetem Orvostudományi Főiskola közegészségügyi tudományok tanszéke, Hershey, Pennsylvania, Amerikai Egyesült Államok

Tagsági Orvostudományi Osztály, Nemzeti Zsidó Egészségügy, Denver, Colorado, Amerikai Egyesült Államok

Nemzeti zsidó egészségügyi gyermekgyógyászati osztály, Denver, Colorado, Amerikai Egyesült Államok

Társulási Orvostudományi Egyetem, Colorado Egyetem, Denver, Colorado, Amerikai Egyesült Államok

Kaliforniai Egyetem Orvosi Osztálya San Francisco, San Francisco, Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok

E. Rand Sutherland,
Elena Goleva,
Tonya S. King,
Erik Lehman,
Allen D. Stevens,
Leisa P. Jackson,
Amanda R. Áramlat,
V. V. Fahy,
Donald Y. M. Leung2,4 az asztma klinikai kutatási hálózat számára

Ábrák

Absztrakt

Háttér

Az asztma egy heterogén betegség, amelynek változása a betegek között olyan jellemzőkkel jár, mint a tüdőfunkció, a tünetek és a kontroll, a testtömeg, a gyulladás markerei és a glükokortikoidokra (GC) való reagálóképesség. A jól jellemzett kohorszok klaszteranalízise elősegítheti az asztma betegség alcsoportjainak megértését, és rámutathat a nem sejtett betegségmechanizmusokra. Hipotézisektől mentes klaszteranalitikai megközelítést alkalmaztunk az elhízás és a kapcsolódó változók hozzájárulásának meghatározásához az asztma fenotípusához.

Módszertan és főbb megállapítások

A klinikai vizsgálat résztvevőinek egy csoportjában (n = 250) a minimális varianciájú hierarchikus klaszterezést alkalmazták a klinikai és gyulladásos biomarkerek azonosítására, amelyek fontosak a betegség klaszter tagságának meghatározásában enyhe és mérsékelten perzisztáló asztmások esetén. A résztvevők egy részében a GC érzékenységét a GC receptor alfa (GCRα) expressziójával és a MAP kináz foszfatáz-1 (MKP-1) expressziójának dexametazonnal történő indukciójával értékelték. Négy asztma klasztert azonosítottak, a testtömeg-index (BMI, kg/m 2) és az asztma tüneteinek súlyossága (AEQ pontszám) voltak a klaszter tagság legmeghatározóbb tényezői (F = 57,1, p −6 M) 3 órán keresztül. Az RNS-t extraháltuk, és a GC-receptor-alfa (GCRα) és a MAP-kináz-foszfatáz-1 (MKP-1) expresszióját valós idejű PCR-rel elemeztük, normalizáltuk a megfelelő 18 sRNS-szintre, és beszámoltuk az expresszió redukciójának változásáról, amelyet dexametazon [15], [16]. A 25 (OH) D koncentrációkat folyadékkromatográfia-tandem tömegspektrometriával határoztuk meg a Mayo Clinical Laboratories-ban (Rochester, Minnesota). A leptin, az adiponektin, az interleukin 6 (IL-6), a tumor nekrózis-faktor-alfa (TNFα) és a C-reaktív fehérje szérumkoncentrációjának vizsgálatát ELISA-val vagy nagyon érzékeny immunoturbidometrikus vizsgálattal (hsCRP) végeztük.

Etika

Minden résztvevő írásos tájékozott beleegyezést adott. A protokollt az S1. Függelékben felsorolt minden intézményi IRB-nél felülvizsgálták és jóváhagyták.

Statisztikai módszerek

Ward minimális varianciájú hierarchikus klaszterezési módszerét [17] a beépített változók szabványosításával az SAS-ban hajtották végre (9.2. Verzió, SAS Institute Inc., Cary, N.C.). Az elemzett változók között szerepelt a nem, a faj (a fehér és a nem fehér), az asztma megjelenési kora, az asztma időtartama, a testtömeg-index (BMI), az előre jelzett kényszerített kilégzési térfogat% -a egy másodperc alatt (FEV1%), a kényszerű életképesség (FVC), a légutak túlérzékenysége ( PC20 FEV1-metakolin (mg/ml)), Juniper Asthma Control Questionnaire score (ACQ) [18], Asthma Evaluation Questionnaire score (AEQ, az előző két hét asztmás tüneteinek együttese [13]), kilégzett nitrogén-oxid (FENO), ppb), az eozinofilek százaléka az indukált köpetben, a szérum IgE (NE/ml), hsCRP, a szérum IL-6, a szérum TNFα, a szérum adiponektin, a szérum leptin, az előzetes kontroller használata, valamint az AEQ és ACQ pontszámok változása (4 és 2 után hét, illetve HFA-BDP). Ezután diszkriminánsanalízist hajtottak végre a klasztertagság jelentős meghatározóinak azonosítására, és egy átsorolási eljárás meghatározta a diszkrimináns funkciómodell pontosságát a klasztertagság előrejelzéséhez. A klaszterek közelségének meghatározásához általánosított négyzet távolságokat használtunk.

A klaszterek közötti különbségeket varianciaanalízissel vagy a normál eloszlású folytonos változók Student-féle t-tesztjével értékeltük. A kategorikus mérésekhez khi-négyzet elemzést használtak. A nem normálisan elosztott adatokat naplózással transzformáltuk elemzés céljából. A folyamatos változókat korreláló, kiigazítatlan elemzéseket egyszerű lineáris regresszióval hajtottuk végre, a korrigált elemzésekhez a legkisebb négyzetek regresszióját használtuk. A numerikus adatokat átlagként (szórás) mutatjuk be, kivéve a log-transzformált adatok geometriai átlagát (variációs együttható).

Eredmények

A résztvevők jellemzői

250 résztvevő adatait elemeztük (1. táblázat). A populáció 32% férfi, 59% fehér és átlagos életkor (SD) 37,6 (12,5) év volt. A vizsgált populáció átlagos BMI-je 29,9 (8,3) kg/m 2 volt, az átlagos FEV1 82,2 (13,8)% -os jóslat és a légutak túlérzékenysége, amint azt a metakolin PC20 FEV1 1,2 (1,2) mg/ml jelezte. A szérum IgE értéke 105,4 (1,6) NE/ml, a FENO 19,9 (0,6) ppb, a köpet eozinofiljei 0,8 (1,0)% (geometriai átlag és variációs együttható).

A klaszter tagság meghatározó tényezői

A diszkrimináns elemzésből kiderült, hogy 16 változó (2. táblázat) volt a klasztertagság jelentős meghatározó tényezője, az átsorolás azt jelezte, hogy a diszkrimináns funkciómodell 89% -os pontosságot ért el a klasztertagság előrejelzéséhez. A BMI volt a klasztertagság legmeghatározóbb meghatározója (F = 57,1, p 2. táblázat. A változók relatív hozzájárulását bemutató diszkrimináns elemzés eredményei a klaszter tagság meghatározásában.

Asztma klaszterek

Az elemzés az asztmás betegek négy egyedi klaszterét tárta fel, amelyek jellemzői a 3. táblázatban találhatók. Ez a négy klaszter jelentősen különbözött egymástól a BMI tekintetében, az 1. és 2. klaszter átlagos BMI-je a túlsúly tartományba esett (BMI = 25,8 (5,0) és 26,9 (4,4)). Ezzel szemben a 3. és 4. klaszterben a BMI az I. és a II. Osztályú elhízást jelezte [19] (34,7 (8,0), illetve 38,5 (9,2), p. 3. táblázat. Az asztmás betegség klasztereinek jellemzői.

Fenotípusos heterogenitás elhízott asztmásoknál

Amint a 3. táblázatban közöltük, az elhízott 3. és 4. klaszterek hasonlóak voltak a tüdőfunkció, a nemi megoszlás, a faji összetétel, az adipokinek leptin és adiponektin kora és koncentrációi, valamint a szisztémás gyulladás markerének hsCRP tekintetében. A két elhízott klaszter között szignifikáns BMI-különbség mutatkozott, amely nem ért el statisztikai szignifikanciát, a 3. klaszter 34,7 (8,0) kg/m 2 átlagos BMI-t mutatott, szemben a 4-es klaszter 38,5 (9,2) kg/m 2 -ével. (p = 0,06). Az asztma kialakulásának kora különbözött a két klasztertől, a 3. klaszter tagjai között az asztma 10,0 (10,8) éves korban jelentkezett gyermekkorban, és a 4. klaszter tagjai között a betegség serdülőkorban kezdődött, 16,1 (13,9) éves korban. A két elhízott klaszter a tünetek kifejeződésének mértéke és az asztma-kontroll tekintetében különbözött a 4 hetes HFA-BDP kezelés ellenére: a 3. klaszter tartósan magas tünet-expressziót mutatott, az AEQ pontszám 1,3 (0,9) és 0,7 (0,8) volt (p ábra 1. Korreláció a GCRα expressziója és az MKP-1 kiindulási expressziója között PBMC-ben (mindkettő log-transzformált).

Vita

Analitikai megközelítésünk és a klinikai fenotípusok validálása az asztmás GC-érzékenység molekuláris mechanizmusainak tanulmányozásával megerősíti azt az állítást, hogy a felnőttek és a gyermekek asztmás, túlsúlyos betegek [3], [5], [24] - [27] vagy az elhízottak aránytalanul nagy terhet viselnek a nem elhízott asztmásokhoz képest. Ennek ellenére a GC-érzéketlenség mechanizmusai összetettek [28], és azok a mechanizmusok, amelyekkel az elhízás csökkenti a GC-re adott molekuláris választ, további tanulmányokat igényelnek. Ennek fényében a legújabb vizsgálatok kimutatták, hogy a zsírszövet által kiválasztott monokinek aktiválják a vér monocitáit, és aktivált makrofágokat toboroznak a zsírszövetekbe, jelentősen felerősítve a gyulladásgátló citokinek képződését [29] - [32]. Ez a jelenség a klasszikus aktivációval hozható összefüggésbe [32], amelyet mind a vér monocitáiban, mind az alveoláris makrofágokban dokumentáltak glükokortikoid-érzéketlen asztmában [33], [34], és releváns lehet elhízott asztmás betegeknél is. Ezen túlmenően ezek az adatok további támogatást nyújtanak a közelmúltbeli megfigyelések fontosságához [6], [21], [35] - [38], miszerint az alacsony szérum D-vitamin-koncentráció a csökkent glükokortikoid-válaszhoz társul asztmában.

A klinikusok gyakran találkoznak olyan elhízott asztmásokkal, akik nem reagálnak optimálisan a terápiára, de a nemzeti és nemzetközi irányelvekben jelenleg nincsenek konkrét útmutatások az elhízott asztmások optimális terápiás megközelítésére vonatkozóan [39], [40]. Sok elhízott asztmás bonyolult asztmás kezelési rendet kap, amelyekre nem reagálnak [2], és amelyek fokozhatják a kezeléssel összefüggő káros hatások kockázatát. Ezt figyelembe véve, valamint az elhízás és az asztma prevalenciája miatt a terápiás döntéshozatal alapjául szolgáló további információk kritikusak. Ez a tanulmány elfogulatlan analitikai megközelítéseket alkalmazott azoknak a jelentéseknek a további megerősítésére, amelyek szerint az asztma fenotípusa különbözik az elhízott és a nem elhízott asztmások között, és azt is demonstrálta, hogy az asztma fenotípus nem minden homoszexuális személy esetében homogén, különös tekintettel az ICS-kezeléssel elért kontroll mértékére. Így előfordulhat, hogy az elhízott asztmásoknál a klinikai GC válasz nem egyenletesen csillapodik, és további munkára van szükség a GC jelátviteli mechanizmusok, a szisztémás gyulladás és a légúti gyulladás kölcsönhatásának útvonalainak azonosításához, hogy egyeseknél elhízottak, de nem mind elhízottak esetén klinikai érzéketlenséget idézzenek elő a GC iránt. asztmások.

segítő információ

S1. Függelék.

A következő Asztma Klinikai Kutatási Hálózat helyszínei és a vizsgálók részt vettek a szülői klinikai vizsgálatokban, amelyek az ebben a vizsgálatban elemzett klinikai adatokat nyerték.