Γονίδια και σοβαρό άσθμα

Ειδικά Άρθρα για το Άσθμα Γονίδια και σοβαρό άσθμα Πασχάλης Στειρόπουλος 1, MD, PhD, Kazuhiro Ito 2 PhD 1 Πνευμονολογική Κλινική, Ιατρική Σχολή, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Αλεξανδρούπολη 2 Airway Disease, National Heart and Lung Institute, Imperial College, London, UK Λέξεις- Κλειδιά: - σοβαρό άσθμα, - γονίδια, - γενετικές μελέτες, - επιγενετική Περiληψη. Το άσθμα είναι μια χρόνια φλεγμονώδης νόσος των αεραγωγών, από την οποία πάσχουν περίπου 155 εκατομμύρια άτομα σε όλο τον κόσμο. Η παθογένεια του είναι πολυπαραγοντική και αποδίδεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών γονιδίων και περιβαλλοντικής έκθεσης. Αυτή η αλληλεπίδραση μπορεί να επηρεάσει είτε την ευαισθησία ενός ατόμου στην ανάπτυξη άσθματος είτε τη σοβαρότητα της νόσου. Σκοπός της παρούσας ανασκόπησης είναι να παρουσιάσει τις πρόσφατες γενετικές προσεγγίσεις στην έκφραση της βαρύτητας του άσθματος. Συγκεκριμένα, εξετάζονται γενετικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν σε ενήλικες με σοβαρό άσθμα, καθώς και το γενετικό φάσμα της πνευμονικής λειτουργίας, με ιδιαίτερη έμφαση στη φαρμακογενετική, στην περιβαλλοντική αλληλεπίδραση καθώς και στην επιγενετική. Πνεύμων 2011, 24(3):314-320. Εισαγωγή Αλληλογραφία: Πασχάλης Στειρόπουλος, MD, PhD, FCCP Πνευμονολογική Κλινική ΔΠΘ, Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο Αλεξανδρούπολης Δραγάνα 681 00, Αλεξανδρούπολη Tηλ.: 2551075333 E-mail: pstirop@med.duth.gr Το άσθμα είναι μια χρόνια φλεγμονώδης νόσος των αεραγωγών, που χαρακτηρίζεται από επαναλαμβανόμενα επεισόδια συμπτωματικής απόφραξης των αεραγωγών και βρογχική υπεραντιδραστικότητα ποικίλης βαρύτητας, από την οποία πάσχουν περίπου 155 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως 1,2. Η παθογένεια του είναι πολυπαραγοντική και αποδίδεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών γονιδίων και περιβαλλοντικής έκθεσης (Σχήμα 1). Παρά το γεγονός ότι σε διάφορες μελέτες η κληρονομικότητα στο άσθμα κυμαίνεται μεταξύ 36-79% 3-5, εξακολουθεί να μην υπάρχει σαφές πρότυπο κληρονομικότητας. Για παράδειγμα, είναι γνωστό ότι ο κίνδυνος για ένα παιδί να αναπτύξει άσθμα διπλασιάζεται εάν ένας από τους γονείς πάσχει από άσθμα. Επιπλέον, μελέτες κληρονομικότητας έδειξαν μεγαλύτερη συχνότητα άσθματος μεταξύ των μονοζυγωτικών σε σχέση με διζυγωτικούς διδύμους 6,7. Η αλληλεπίδραση μεταξύ γενετικών παραγόντων και περιβαλλοντικής έκθεσης δεν είναι υπεύθυνη μόνο για την ανάπτυξη άσθματος, αλλά και για την έκφραση της βαρύτητας και την εξέλιξη του 8. Έτσι, η σοβαρότητα του άσθματος μπορεί να επηρεαστεί είτε από συγκεκριμένα γονίδια που οδηγούν σε μείωση της πνευμονικής λειτουργίας 9, είτε από εξωγενείς αλληλεπιδράσεις στις οποίες ένα άτομο μπορεί να αναπτύξει μειωμένη ανταπόκριση ή ανθεκτικότητα σε μια θεραπευτική

ΠΝΕΥΜΩΝ Τεύχος 3ο, Τόμος 24ος, Ιούλιος - Σεπτέμβριος 2011 315 Εικόνα 1. Παθογένεια άσθματος επιλογή του άσθματος, όπως τα κορτικοστεροειδή 8. Τα γενετικά αίτια της εμφάνισης και της έκφρασης της βαρύτητας του άσθματος οφείλονται σε μια σειρά γονιδίων ή πολυμορφισμούς νουκλεοτιδίων (Single Nucleotide Polymorphisms-SNPs) 10-12. Σκοπός της παρούσας ανασκόπησης είναι να παρουσιάσει τις πρόσφατες γενετικές προσεγγίσεις στην κατανόηση της βαρύτητας του άσθματος. Συγκεκριμένα, εξετάζονται γενετικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν σε ενήλικες με σοβαρό άσθμα 13, καθώς και το γενετικό φάσμα της πνευμονικής λειτουργίας, με ιδιαίτερη έμφαση στη φαρμακογενετική, στην περιβαλλοντική αλληλεπίδραση, καθώς και στην επιγενετική. Γενετική προσέγγιση άσθματος Οι ευρείες γονιδιωματικές μελέτες σύνδεσης (Genome- Wide Association Studies-GWAS) αποτελούν την πιο αποτελεσματική προσέγγιση στη μελέτη της γενετικής των ανθρώπινων ασθενειών. Οι GWAS αναλύουν γενετικές παραλλαγές, και συγκεκριμένα SNPs προκειμένου να καθορίσουν τις γενετικές ποικιλομορφίες που σχετίζονται είτε με την εμφάνιση είτε με τη βαρύτητα του άσθματος. Μελέτες GWAS έχουν εφαρμοστεί μεταξύ των μελών μιας οικογένειας ή μεταξύ μη συγγενών με άσθμα, συγκρίνοντας τη συχνότητα κάθε γενετικής παραλλαγής μεταξύ ασθενών και μαρτύρων. Για παράδειγμα, η αύξηση στη συχνότητα μιας μετάλλαξης σε πάσχοντες από άσθμα συγκριτικά με μάρτυρες καταδεικνύει ότι η μετάλλαξη αυτή σχετίζεται με την εμφάνιση της νόσου. Μέχρι σήμερα, οι ακόλουθες πέντε γονιδιακές περιοχές έχουν σταθερά συνδεθεί με το άσθμα: ORMDL3-GSDMB, IL-33, IL-1RL1, RAD50-IL13 και HLA-DR/DQ. Γονιδιακές διασυνδέσεις (linkages) έχουν βρεθεί σε διαφορετικούς φαινοτύπους συγκεκριμένων εθνικών ομάδων. Οι περιοχές των ανθρώπινων χρωμοσωμάτων που έχουν μελετηθεί περισσότερο είναι οι 2q33, 5q23-31, 6p24-21, 11q21-13, 12q24-12 και 13q14-12, επειδή περιέχουν ένα μεγάλο αριθμό υποψηφίων γονιδίων 14. Με τεχνικές όπως η high-throughput sequencing, η SNP genotyping και η linkage disequilibrium (LD) mapping, οι ερευνητές έχουν καταφέρει να εντοπίσουν διάφορα γονίδια. Εκτός από τις μελέτες σύνδεσης, μελέτες συσχέτισης μπορεί να είναι πιο χρήσιμες. Ένας άλλος τύπος της γενετικής ποικιλομορφίας, οι παραλλαγές αριθμού αντιγράφων (Copy Number Variants-CNV) έχει επίσης μελετηθεί, καθώς οι δομικές μεταβολές μπορούν να έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην έκφραση του φαινοτύπου από ότι οι SNPs 15. Όλες αυτές οι μελέτες έχουν ως στόχο τον προσδιορισμό γενετικών ποικιλομορφιών που θα προβλέπουν είτε την προδιάθεση για εμφάνιση είτε την έκφραση της σοβαρότητας του άσθματος. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμεύσουν ως οδηγός για εξατομικευμένες θεραπευτικές παρεμβάσεις 8. Έτσι, σήμερα δίνεται έμφαση στη γονιδιακή μελέτη του άσθματος ώστε να εντοπιστούν γονίδια που εμπλέκονται όχι μόνο στην προδιάθεση για άσθμα, αλλά και στην εξέλιξη και στη σοβαρότητα της νόσου (Πίνακας 1). Οι κυριότερες μελέτες που αναλύονται στην παρούσα ανασκόπηση, συνοψίζονται στον Πίνακα 2. Μελέτες GWAS στο σοβαρό άσθμα Οι αρχικές γενετικές μελέτες εξέτασαν μόνο την προδιάθεση για την εμφάνιση άσθματος, με περιορισμένη χρήση φαινοτύπων. Οι παλαιότερες GWAS μελέτες είχαν ως στόχο τον εντοπισμό γονιδίων που σχετίζονται με το άσθμα παιδικής ηλικίας. Ακόμα, δεν έχει διευκρινιστεί αν τα ίδια ή διαφορετικά γονίδια συμβάλλουν στην εμφάνιση του σοβαρού ή δύσκολου στη θεραπεία του άσθματος. Οι Li και συν 16 σε μία μακροχρόνια GWAS μελέτη για την προδιάθεση και τη σοβαρότητα του άσθματος σε μια ομάδα από 473 μη ισπανόφωνους λευκούς (δείγμα του πληθυσμού της μελέτης TENOR) και 1.892 άτομα ελέγχου από το γενικό πληθυσμό 17,18 έδειξαν ότι παραλλαγές στην περιοχή RAD50/IL13 του χρωμοσώματος 5q31.1 συσχε- Πίνακας 1. Προσέγγιση για την ανεύρεση γονιδίων που σχετίζονται με το άσθμα 1. Επιλογή υποψηφίου γονιδίου 2. Γονιδιωματικές μελέτες σύνδεσης 3. Γονιδιακές διασυνδέσεις

316 ΠΝΕΥΜΩΝ Τεύχος 3ο, Τόμος 24ος, Ιούλιος - Σεπτέμβριος 2011 Πίνακας 2. Γονίδια που σχετίστηκαν με το σοβαρό άσθμα Συγγραφείς Li X et al (2010) 15 Αντικείμενο Παραλλαγές του RAD50/IL 13 του χρωμοσώματος 5q31.1 σχετίζονται με άσθμα Booth M et al (2006) 21, Munthe-Kaas MC et al (2007) 22, Moffatt MF et al (2010) 23 Η περιοχή HLA DR/DQ του χρωμοσώματος 6p21.3 σχετίζεται με άσθμα Jongepier H et al (2004) 9, Van Eerdewegh P et al Το γονίδιο ADAM 33 του χρωμοσώματος 20p13 σχετίζεται με προδιάθεση (2002) 27, Howard TD et al (2003) 28 και βαρύτητα του άσθματος Hancock DB et al (2010) 31, Repapi E et al (2010) 32 Li X et al (2011) 33 Gudbjartsson DF et al (2009) 34 Wenzel SE et al (2007) 35 Το γονίδιο HHIP σχετίζεται με τις τιμές FEV 1 ή του λόγου FEV 1/FVC Η παραλλαγή HHIP/rs1512288 του χρωμοσώματος 4q31 είναι προγνωστικός δείκτης των τιμών FEV 1 και FVC στο άσθμα Μία παραλλαγή του IL-1RL1 σχετίζεται με τον αριθμό των ηωσινοφίλων στο άσθμα Τα ελάσσονα αλληλόμορφα IL-4R, E375A, Q551R προγνωστικοί δείκτες των σοβαρών παροξύνσεων του άσθματος ΑΝΤΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΤΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ Vercelli D et al (2008) 40, Pascual RM et al Πολυμορφισμοί στο γονίδιο ADRB2 ευθύνονται για την ποικιλομορφία (2010) 41, Lima JJ et al (2009) 42 στην ανταπόκριση στα βρογχοδιασταλτικά Green SA et al (1994) 43, Green SA et al (1995) 44, Martinez FD et al (1997) 45, Cho SH et al (2005) 46, Kotani Y et al (1999) 47, Tan S et al (1997) 48 Tantisira KG et al (2004) 53 Hawkins GA et al (2009) 54 Huizenga NA et al (1998) 57 Drazen JM et al (1999) 58 Pillai SG et al (2004) 65 Meyers DA (2008) 67 Slager RE et al (2010) 68, Slager RE et al (2011) 70 ΓΟΝΙΔΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Ober C et al (2011) 75, Koppelman GH et al (2006) 76 Meyers DA et al (2005) 77, Colilla S et al (2003) 78 ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΗ Hew M et al (2006) 82 Ito K et al (2002) 84, Cosio BG et al (2004) 85 Breton CV et al (2009) 87 Οι μεταλλάξεις Gly16Arg και Gln27Glu στο γονίδιο ADRB2 αλλάζουν την ανταπόκριση στα βρογχοδιασταλτικά Ένας απλότυπος του γονιδίου CRHR1 είναι προγνωστικός δείκτης της ανταπόκρισης στα κορτικοστεροειδή Παραλλαγή στο γονίδιο STIP1 είναι προγνωστικός δείκτης για τον FEV 1 ως ανταπόκριση στα εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή Το έλασσον αλληλόμορφο Asn363Ser του γονιδίου NR3C1 αυξάνει την ευαισθησία στην εξωγενή χορήγηση κορτικοστεροειδών Παραλλαγή στο γονίδιο ALOX5 σχετίζεται με μη ανταπόκριση στην αγωγή με αναστολείς του 5-LO Μεταλλάξεις του γονιδίου CYSLTR2 σχετίζονται με ελαττωμένη ανταπόκριση στην αντιλευκοτριενική αγωγή Γενετικές παραλλαγές στο μονοπάτι TNF σχετίζονται με διαφορετική ανταπόκριση στην anti-tnf θεραπεία Γενετικές παραλλαγές στο μονοπάτι IL-4/13 σχετίζονται με διαφορετική ανταπόκριση στην anti-tnf θεραπεία και ελάττωση των παροξύνσεων άσθματος Περιβαλλοντική έκθεση και παρουσία του αλληλόμορφου -159T του γονιδίου CD14 αυξάνει τον κίνδυνο για άσθμα. Η παρουσία του αλληλόμορφου -159C σχετίζεται με άσθμα σε μη περιβαλλοντικά εκτεθειμένα άτομα Σημεία διασύνδεσης για βρογχική υπεραντιδραστικότητα και άσθμα στο χρωμόσωμα 5q σε παιδιά εκτεθειμένα στο παθητικό κάπνισμα Ελαττωμένη δραστηριότητα της δεακετυλάσης της ιστόνης στο σοβαρό άσθμα Αυξημένη δραστηριότητα της ακετυλοτρανσφεράσης της ιστόνης στο άσθμα Διαφορετική κατάσταση μεθυλίωσης σε 8 γονίδια του χρωμοσώματος CpG σε παιδιά, ανάλογα με την έκθεση της μητέρας στον καπνό κατά την εγκυμοσύνη

ΠΝΕΥΜΩΝ Τεύχος 3ο, Τόμος 24ος, Ιούλιος - Σεπτέμβριος 2011 317 τίστηκαν με το άσθμα. Πρόσθετες μελέτες έχουν αρχίσει να αναγνωρίζουν διαφορετικά γονίδια που συνδέονται με τη βαρύτητα του άσθματος 19-21. Για παράδειγμα, η IL-13 φαίνεται να αποτελεί σημαντικό ρυθμιστή του άσθματος που προκαλείται από αλλεργιογόνα σε πειραματικά μοντέλα ποντικών 19,20. Η μελέτη αυτή εντόπισε επίσης παραλλαγές στην περιοχή HLA-DR/DQ στο χρωμόσωμα 6p21.3 που συνδέονται με το άσθμα, μια περιοχή που εξετάστηκε και σε άλλες μελέτες με υποψήφια γονίδια 22,23 και GWAS 24. Δεδομένου ότι η γενετική αυτή περιοχή αναγνωρίστηκε επίσης σε μελέτη GWAS που εξέτασε τα επίπεδα της ανοσοσφαιρίνης Ε ορού 25 και καθώς η πλειοψηφία των ατόμων της ομάδας TENOR είχαν αλλεργικό άσθμα, η περιοχή RAD50/IL13 μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντική για την εξέλιξη της νόσου σε ασθενείς με σοβαρό αλλεργικό άσθμα. Γενετική της πνευμονικής λειτουργίας και της σοβαρότητας του άσθματος Για να εκτιμηθεί η επίδραση της γενετικής στη σοβαρότητα του άσθματος, προηγούμενες μελέτες επικεντρώθηκαν στους γενετικούς καθοριστές της πνευμονικής λειτουργίας, που αποτελεί δείκτη της βαρύτητας του άσθματος 26,27. Το γονίδιο ADAM33 (A disintegrin and metalloprotease 33) που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 20p13 αποτελεί μέλος μιας οικογένειας γονιδίων που παίζει ρόλο στην κυτταρική σύντηξη, τη σηματοδότηση και την προσκόλληση. Αναγνωρίστηκε αρχικά ως γονίδιο που σχετίστηκε με την εμφάνιση του άσθματος (με τη χρήση κλωνοποίησης θέσης) σε οικογένειες μη ισπανόφωνων λευκών 28. Αργότερα, οι SNPs στο γονίδιο ADAM33 σχετίστηκαν σημαντικά με τον κίνδυνο εμφάνισης άσθματος σε όλες τις εθνικές ομάδες. Ωστόσο, δεν υπήρχε ενιαίος πολυμορφισμός ή απλότυπος που να ήταν σημαντικός για όλους τους πληθυσμούς, πιθανώς λόγω προγονικών διαφορών στη δομή των απλοτύπων 29. Οι παραλλαγές στο γονίδιο ADAM33 ελέγχθηκαν και σε 200 μη ισπανόφωνους λευκούς με ιστορικό άσθματος με στοιχεία που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 25 ετών. Τα ελάσσονα αλληλόμορφα του πολυμορφισμού ADAM33 S_2 ήταν σημαντικός προγνωστικός δείκτης της μείωσης του FEV 1, υποδεικνύοντας ότι αυτό το γονίδιο μπορεί να σχετίζεται με την εξέλιξη σε άσθμα 9. Επιπλέον, οι SNPs του ADAM33 επίσης έχουν σχετιστεί με τον κίνδυνο ανάπτυξης Χρόνιας Αποφρακτικής Πνευμονοπάθειας (ΧΑΠ) σε μία μελέτη κοόρτης Ολλανδών 30 αλλά και σε μία συγχρονική μελέτη με εκτίμηση της αναπνευστικής λειτουργίας σε έναν πληθυσμό 880 καπνιστών 31. Δύο μεγάλες μετα-αναλύσεις των μελετών GWAS για τη φυσιολογική αναπνευστική λειτουργία έχουν διεξαχθεί στον ευρωπαϊκό γενικό πληθυσμό. Οι μελέτες CHARGE και SpiroMeta προσδιόρισαν το γονίδιο HHIP (hedgehog interacting protein) να σχετίζεται είτε με την τιμή του FEV 1 είτε με το λόγο FEV 1/FVC 33,33. Έντεκα άλλες περιοχές γονιδιώματος για τη φυσιολογική αναπνευστική λειτουργία αναγνωρίστηκαν επίσης (TNS1, GPR126, ADAM19, AGER- PPT2, FAM13A, PTCH1, PID1, HTR4, INTS12-GSTCD-NPNT και THSD4). Προκειμένου να προσδιορίσουν αν οι γενετικές παραλλαγές τροποποιούν την αναπνευστική λειτουργία ή τη σοβαρότητα του άσθματος, οι Li και συν 34 εξέτασαν 14 SNPs στα 11 υποψήφια γονίδια που συνδέονται με την πνευμονική λειτουργία σε 1.441 άτομα με άσθμα (μη ισπανόφωνοι λευκοί και Αφρο-Αμερικανοί) από τις μελέτες SARP (Severe Asthma Research Program), CSGA και TENOR. Η μετα-ανάλυση όλων των πληθυσμών έδειξε ότι η παραλλαγή HHIP/rs1512288 στο χρωμόσωμα 4q31 ήταν σημαντικός προγνωστικός δείκτης των τιμών των FEV 1 και FVC σε ασθενείς με άσθμα. Οι HHIP παραλλαγές έχουν συσχετισθεί με την αναστρεψιμότητα, αλλά όχι με τη βρογχική υπεραντιδραστικότητα. Ένας αυξανόμενος αριθμός των γενετικών παραλλαγών στα γονίδια της πνευμονικής λειτουργίας συνδέεται με χαμηλότερο FEV 1 και αυξημένη σοβαρότητα του άσθματος με βάση τα κριτήρια της American Thoracic Society ή της μελέτης SARP 34. Ο αριθμός των ηωσινοφίλων, ενός βιολογικού δείκτη που σχετίζεται με τη φλεγμονώδη απάντηση και, ενδεχομένως, με την παθογένεια του άσθματος, εκτιμήθηκε σε μία μεγάλη GWAS μελέτη 9.392 ατόμων στην Ισλανδία που στόχευε στον εντοπισμό γενετικών παραλλαγών που συνδέονται με τον αριθμό των ηωσινόφιλων. Η παραλλαγή IL-1RL1 συνδέθηκε με τον αριθμό ηωσινόφιλων και το άσθμα. Οι SNPs στα WDR36, IL-33 και MYB που συνδέθηκαν με τον αριθμό ηωσινόφιλων σχετίστηκαν επίσης με το ατοπικό άσθμα. Υπάρχει ακόμη μια μελέτη που εμπλέκει την IL-1R1 στη διαφοροποίηση των φαινοτύπων του άσθματος 35. Παρά τις προόδους στον εντοπισμό γονιδίων για την προδιάθεση για άσθμα, η παθογένεια του σοβαρού άσθματος δεν είναι εύκολα κατανοητή και λίγα στοιχεία είναι γνωστά για τους γενετικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες που συμβάλλουν στη σοβαρότητα του άσθματος. Η μελέτη SARP είναι μία από τις λίγες μελέτες που συμπεριέλαβε μεγάλο αριθμό ασθενών με σοβαρό άσθμα 26. Πέντε φαινότυποι δημιουργήθηκαν προκειμένου να καθοριστεί η ετερογένεια του άσθματος στη μελέτη SARP 27 : 1) ήπιο αλλεργικό άσθμα, 2) ήπιο-μέτριο αλλεργικό άσθμα, 3) όψιμης έναρξης μη αλλεργικό άσθμα,

318 ΠΝΕΥΜΩΝ Τεύχος 3ο, Τόμος 24ος, Ιούλιος - Σεπτέμβριος 2011 4) σοβαρό αλλεργικό άσθμα και 5) σοβαρό άσθμα, με σταθερή απόφραξη των αεραγωγών. Οι ομάδες 1, 2 και 4 αντιπροσωπεύουν το αλλεργικό άσθμα με αυξανόμενη σοβαρότητα και επίσης έχουν το μεγαλύτερο ποσοστό ατόμων που αναφέρουν οικογενειακό ιστορικό άσθματος σε σύγκριση με τις ομάδες 3 και 5. Οι αρχικές μελέτες της SARP εξέτασαν υποψήφια γονίδια που είχαν εντοπιστεί σε μελέτες προδιάθεσης ώστε να προσδιορίσουν αν αυτά τα γονίδια συσχετίζονται επίσης με την εξέλιξη της νόσου. Για παράδειγμα, πολυμορφισμοί στο γονίδιο του υποδοχέα IL-4 α (IL-4R), ελέγχθηκαν για τη σύνδεση με φαινοτύπους σοβαρού άσθματος (συχνές εξάρσεις, μειωμένη αναπνευστική λειτουργία και αυξημένη φλεγμονή) σε ασθενείς με άσθμα της μελέτης SARP. Τα αλληλόμορφα IL-4R, E375A και Q551R ήταν προγνωστικοί παράγοντες των σοβαρών παροξύνσεων καθώς και της μειωμένης αναπνευστικής λειτουργίας σε μη ισπανόφωνους λευκούς. Το αλληλόμορφο Ε37Α C σχετίστηκε ακόμη με αυξημένη δραστηριότητα των μαστοκυττάρων 36. Η νεώτερη τεχνολογία και η ευρύτερη ανάλυση φαινοτύπων αναμένεται να διευκολύνουν στην κατανόηση του γενετικού υπόβαθρου της βαρύτητας του άσθματος στο μέλλον. Φαρμακογενετική - Ανταπόκριση στη θεραπεία Ένας άλλος γενετικός μηχανισμός συνδέεται με τη φαρμακογενετική, όπου η ανταπόκριση στη θεραπεία του άσθματος μπορεί να μεταβάλλεται. Για παράδειγμα, η μειωμένη φαρμακολογική απάντηση στην τακτική χρήση β 2-διεγερτών βραχείας δράσης (SABAs), αλλά όχι στη χρήση μακράς δράσης β 2-διεγερτών (LABAs) έχει αναφερθεί σε ομοζυγώτες στο γονίδιο ADBR2 Arg16 37-40. Το ADRB2 είναι ένα γονίδιο που κωδικοποιεί τους β 2- αδρενεργικούς υποδοχείς και έχει μελετηθεί εκτενώς στο άσθμα 41. Αρκετές μελέτες εξέτασαν αν πολυμορφισμοί στο ADRB2 είναι υπεύθυνοι για τη μεταβλητότητα της απάντησης στη βρογχοδιαστολή μεταξύ των ασθενών με άσθμα. Πολυμορφισμοί στο ADRB2 βοήθησαν επίσης στον εντοπισμό υποομάδας ασθενών με άσθμα και επιδείνωση των συμπτωμάτων τους παρά την αγωγή με β 2-αγωνιστές 42,43. Οι περισσότερες από τις γενετικές μελέτες στο ADRB2 έχουν επικεντρωθεί στις μεταλλάξεις Gly16Arg και Gln27Glu, οι οποίες in vitro έχουν δείξει να τροποποιούν τη δραστηριότητα του υποδοχέα 44,45. Αρχικές φαρμακογενετικές μελέτες παρατήρησαν ότι τα παιδιά με άσθμα που ήταν ομοζυγώτες για τις δύο παραλλαγές Arg16 και Gln27 είχαν περισσότερες πιθανότητες να έχουν καλύτερη απάντηση στην αλβουτερόλη συγκριτικά με παιδιά που ήταν ετεροζυγώτες στα Arg/Gly16 ή ομοζυγώτες στο Gly16 46. Μεταγενέστερες μελέτες έδειξαν παρόμοια θετική σχέση μεταξύ της παραλλαγής Arg16 και της ανταπόκρισης στη θεραπεία με SABAs 47-49, ενώ άλλες μελέτες έδειξαν αρνητικές επιπτώσεις για τον ίδιο γονότυπο 37,50,51. Υπάρχουν ακόμη μελέτες που αναφέρουν ότι η χρόνια χρήση των LABAs χωρίς τη χρήση των εισπνεόμενων κορτικοστεροειδών (ICS) συνδέεται με δυσμενή αποτελέσματα 52,53. Μία μεγάλη ανάλυση ασθενών που έλαβαν θεραπεία για άσθμα με LABAs σε συνδυασμό με ICS δεν έδειξε καμία επίδραση του γονότυπου ADBR2 στη θεραπευτική ανταπόκριση, γεγονός που δείχνει την απουσία δυσμενών επιπτώσεων σε ασθενείς με μέτριο έως σοβαρό άσθμα που λαμβάνουν συνδυασμό LABA/ICS 40. Επιπλέον, δύο προοπτικές μελέτες με στρωματοποίηση γονοτύπου δεν έδειξαν επίδραση του γονοτύπου Gly16Arg στην ανταπόκριση στη θεραπεία με LABAs 38,39. Η μία μελέτη αξιολόγησε τη θεραπεία μόνο με LABA (σαλμετερόλη) καθώς και τη θεραπεία συνδυασμού LABA/ICS και δεν παρατήρησε επίδραση του γονότυπου Gly16Arg που να σχετίζεται με απάντηση στη θεραπεία. Παρατηρήθηκε επίσης μεταβλητότητα στην ανταπόκριση στα κορτικοστεροειδή τόσο σε ενήλικες όσο και σε παιδιά με άσθμα 38,54,55. Όπως έδειξαν προηγούμενες μελέτες, η θεραπεία με στεροειδή δεν είναι το ίδιο αποτελεσματική σε κάθε ασθενή 56,57. Αρκετές μελέτες έχουν εστιαστεί στο γονίδιο του υποδοχέα των γλυκοκορτικοειδών NR3C1. Για παράδειγμα, διαπιστώθηκε ότι ηλικιωμένα άτομα με το έλασσον αλληλόμορφο NR3C1 Asn363Ser ήταν πιο ευαίσθητα στην εξωγενή χορήγηση γλυκοκορτικοειδών 58. Έχει μελετηθεί ακόμη το γονίδιο STIP1, το οποίο κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη του ετεροσυμπλέγματος που ενεργοποιεί τον υποδοχέα γλυκοκορτικοειδών. Πολυμορφισμοί του STIP1 ήταν προγνωστικοί των αλλαγών του FEV 1 ως ανταπόκριση στη θεραπεία με εισπνεόμενα γλυκοκορτικοειδή (ετερογένεια στην ανταπόκριση στα κορτικοστεροειδή με κάποιους απλοτύπους να δείχνουν μικρότερη ανταπόκριση στα κορτικοστεροειδή) 55. Μια ανάλυση που πραγματοποιήθηκε από τους Tantisira και συν 54, που αξιολόγησε πολυμορφισμούς σε 14 γονίδια με βελτίωση της αναπνευστικής λειτουργίας σε ασθενείς υπό θεραπεία με κορτικοστεροειδή, ανέφερε ότι ένας απλότυπος στο γονίδιο CRHR1 (corticotrophinreleasing hormone receptor) αποτελεί προγνωστικό δείκτη της ανταπόκρισης στα κορτικοστεροειδή. Το γονίδιο CRHR1 σχετίστηκε με την ανταπόκριση, ανεξάρτητα

ΠΝΕΥΜΩΝ Τεύχος 3ο, Τόμος 24ος, Ιούλιος - Σεπτέμβριος 2011 319 από τον τύπο των στεροειδών που χορηγήθηκαν τόσο σε ενήλικες όσο και σε παιδιά με άσθμα 54. Μεταβλητότητα παρατηρείται και στην ανταπόκριση στην αντιλευκοτριενική θεραπεία, δηλαδή στους ανταγωνιστές των υποδοχέων cysteinyl leukotriene-1 (montelukast και zafirlukast) και στους αναστολείς του ενζύμου της 5-λιποξυγενάσης (5-LO) (zileuton). Η μεταβλητότητα στο γονίδιο ALOX5 χαρακτηρίζει μια υποομάδα ασθενών με άσθμα που έχουν μειωμένη ενζυμική δραστηριότητα της 5-LO και δεν ανταποκρίνονται στη θεραπεία με αναστολείς του ενζύμου 59. Η σηματοδότηση των λευκοτριενίων γίνεται μέσω υποδοχέων που κωδικοποιούνται από δύο γονίδια, τα CYSLTR1 και CYSLTR2 60,61. Ανάλυση του γονιδίου της συνθετάσης των λευκοτριενίων C4 έδειξε επίδραση του γονότυπου στη σύνθεση των λευκοτριενίων και συγκεκριμένη απάντηση στη θεραπεία με zafirlukast σε ασθενείς με σοβαρό άσθμα 62. Γενετικές μελέτες στα γονίδια CYSLTR1 και CYSLTR2, καθώς και στα γονίδια που κωδικοποιούν ενδιάμεσες ενώσεις στη βιοσύνθεση των λευκοτριενίων περιορίζονται κυρίως στη μελέτη προδιάθεσης σε άσθμα και ατοπία 63-65. Υπάρχουν δύο φαρμακογενετικές μελέτες που εξέτασαν τη γενετική ποικιλότητα στα γονίδια CYSLTR1 και CYSLTR2. Ανάλυση της κοινής μορφής του γονιδίου CYSLT2 σε σύγκριση με τη μεταλλαγμένη μορφή του CYSLT2 (Val αντί Met στη θέση 201) έδειξε ότι οι CYSLT2 υποδοχείς που περιέχουν Val, δεν ανταποκρίνονται το ίδιο καλά, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει τη θεραπευτική ανταπόκριση ασθενών με άσθμα και αυτή τη μετάλλαξη 66. Μια άλλη μελέτη η οποία αξιολόγησε τέσσερις γενετικές παραλλαγές του CYSLT1 σε ασθενείς με άσθμα που έλαβαν θεραπεία με montelukast δεν διαπίστωσε σημαντική σχέση μεταξύ αυτών των πολυμορφισμών και της αναπνευστικής λειτουργίας 67. Τέλος, δύο φαρμακογενετικές μελέτες στο μονοπάτι του tumor necrosis factor (TNF) 68 και IL-4/13 69 έδειξαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα με το γονοτυπικό προσδιορισμό ενός υποσυνόλου ασθενών με άσθμα και ανταπόκριση σε χορήγηση anti-tnf αντισώματος (αναστολέα του Th2 μονοπατιού) 69,70. Επιπρόσθετα η γενετική παραλλαγή IL-4R σχετίστηκε και με ελάττωση των παροξύνσεων του άσθματος σε μία μεγαλύτερη μελέτη 71. Αλληλεπίδραση γονιδίων - περιβάλλοντος Περιβαλλοντικοί παράγοντες έχουν μελετηθεί για την προδιάθεση στην ανάπτυξη του άσθματος αλλά σπάνια έχουν μελετηθεί οι αλληλεπιδράσεις γονιδίων και περιβάλλοντος ως προς τη σοβαρότητα του άσθματος. Μία από τις πιο συχνά επαναλαμβανόμενες μελέτες στο άσθμα έγινε για την παραλλαγή -159 promoter του γονιδίου CD14, το οποίο κωδικοποιεί μια υπομονάδα του υποδοχέα ενδοτοξίνης στα μονοπύρηνα. Διάφορες εκθέσεις έχουν μελετηθεί για την αλληλεπίδραση τους με αυτό το γονίδιο, όπως τα επίπεδα ενδοτοξίνης στην οικιακή σκόνη, τα κατοικίδια ζώα, τα πειραματόζωα και τα ζώα φάρμας 72-75. Αυξημένος κίνδυνος για άσθμα έχει αποδειχθεί σε άτομα που έχουν εκτεθεί και έχουν το αλληλόμορφο -159T, ενώ το αλληλόμορφο -159C σχετίζεται με άσθμα σε μη εκτεθειμένα άτομα. Αυτό το πρότυπο μπορεί να εξηγήσει τη διαφορά που παρατηρήθηκε για τον πολυμορφισμό CD14-159C/T στις μελέτες προδιάθεσης για άσθμα που δεν περιλαμβάνουν περιβαλλοντική έκθεση 76,77. Μια genetic linkage analysis σε 200 οικογένειες μελέτησε την αλληλεπίδραση μεταξύ γονιδίων και παθητικής έκθεσης στον καπνό, που συμβάλλει στον κίνδυνο άσθματος και βρογχικής υπεραντιδραστικότητας. Σημεία σύνδεσης για το άσθμα και τη βρογχική υπεραντιδραστικότητα παρατηρήθηκαν στα χρωμοσώματα 3p και 5q, ωστόσο, οι οικογένειες με τα παιδιά που εκτίθενται στο παθητικό κάπνισμα αντιπροσώπευαν σύνδεση της βρογχικής υπεραντιδραστικότητας με το 5q 78,79. Επιγενετική Τα αποτελέσματα των γενετικών μελετών μερικές φορές δεν είναι ίδια όταν αφορούν σε διαφορετικές περιοχές ή σε διαφορετικό πληθυσμό. Αυτό σημαίνει ότι ένας άλλος παράγοντας ενδεχομένως να συμμετέχει στην παθογένεια του άσθματος. Επιγενετική είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει κληρονομήσιμες αλλαγές στην έκφραση γονιδίων. Οι αλλαγές αυτές δεν είναι κωδικοποιημένες στην αλληλουχία του DNA, αλλά προκαλούνται από μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις στο DNA και στις πρωτεΐνες ιστόνης ή τροποποιούνται από την έκφραση του microrna 80. Η επιγενετική ρύθμιση δεν είναι μόνο ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία ποικιλίας των τύπων των κυττάρων κατά την ανάπτυξη των θηλαστικών, αλλά είναι επίσης σημαντική για τη διατήρηση της σταθερότητας και ακεραιότητας του προφίλ έκφρασης των διαφορετικών τύπων κυττάρων. Έτσι, κάθε μη κωδικοποίηση είναι εξίσου σημαντική καθώς η διατάραξη των επιγενετικών διεργασιών μπορεί να προκαλέσει καρκίνο, σύνδρομα με χρωμοσωμική αστάθεια, διαταραχές μάθησης και μνήμης και σακχαρώδη διαβήτη. Επιπλέον, υπάρχουν καινούρια στοιχεία που δείχνουν το ρόλο της επιγενετικής στην παθολογία των αναπνευστικών παθήσεων όπως το άσθμα και η ΧΑΠ. Η δεακετυλάση της ιστόνης (Histone deacetylase-

320 ΠΝΕΥΜΩΝ Τεύχος 3ο, Τόμος 24ος, Ιούλιος - Σεπτέμβριος 2011 HDAC) είναι ένα ένζυμο το οποίο αποακετυλιώνει την ιστόνη, ως εκ τούτου, ελέγχει τη προφλεγμονώδη γονιδιακή έκφραση. Επίσης η HDAC2 αποτελεί συμπαράγοντα του υποδοχέα γλυκοκορτικοειδών και προαπαιτούμενο μόριο για τη δράση των στεροειδών 81,82. Η HDAC φέρεται να είναι μειωμένη σε ασθενείς με σοβαρό άσθμα 83 και ΧΑΠ 84. Το οξειδωτικό στρες, όπως και το κάπνισμα προκαλεί μείωση της δραστηριότητας της HDAC, και οδηγεί στην ενίσχυση φλεγμονής ανθεκτικής στα στεροειδή. Επιπλέον, η δραστηριότητα της ακετυλοτρανσφεράσης της ιστόνης, ενζύμου που ακετυλιώνει την ιστόνη, είναι αυξημένη στις βιοψίες και στα κυψελιδικά μακροφάγα ασθενών με άσθμα και ενισχύει τη φλεγμονή 85,86. Επιπλέον, υπάρχουν πολλές ενδείξεις ότι η παραγωγή Th2 κυτταροκινών ελέγχεται επιγενετικά στο άσθμα 87. Πολλές είναι οι μελέτες που επικεντρώθηκαν στην αλληλεπίδραση μεταξύ της περιβαλλοντικής έκθεσης και των επιγενετικών μηχανισμών, όπως η μεθυλίωση του DNA και πώς αυτές οι επιγενετικές τροποποιήσεις μεταβάλλουν την έκφραση των γονιδίων, που επηρεάζουν τελικά την πορεία της νόσου. Παιδιά των οποίων οι μητέρες κάπνιζαν κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης είχαν μειωμένη μεθυλίωση της ακολουθίας επανάληψης AluYb8, ενός δείκτη της συνολικής υπομεθυλίωσης του DNA. Σε μια ανάλυση της μεθυλίωσης του CpG, οκτώ γονίδια εντοπίστηκαν με την κατάσταση μεθυλίωσης να διαφέρει μεταξύ εκτεθειμένων και μη εκτεθειμένων παιδιών. Τα γονίδια AXL και PTPRO ήταν υπερμεθυλιωμένα, όπως και σε προηγούμενες μελέτες, ωστόσο, δεν είναι γνωστό αν αυτά τα γονίδια συμβάλλουν στον κίνδυνο εμφάνισης άσθματος. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ένα μηχανισμό αλληλεπίδρασης μεταξύ γονιδίου και επιγενετικών ρυθμίσεων, που θα μπορούσε να οδηγήσει σε αυξημένο κίνδυνο για τα παιδιά που εκτίθενται στο μητρικό κάπνισμα 88. Μελλοντικές μελέτες ενδεχομένως να δώσουν στοιχεία για το μηχανισμό των επιγενετικών αλλαγών, λόγω έκθεσης, που οδηγούν σε κίνδυνο χρόνιων ασθενειών, όπως το άσθμα. Τέλος, οι μικροσυστοιχίες RΝΑ ακολουθιών (micrornas - mirnas) είναι ένα μη κωδικοποιημένος επιγενετικός μηχανισμός. Τα mirnas είναι μικρά μη κωδικοποιημένα RNAs που αποτελούνται από 18 έως 25 νουκλεοτίδια και η έκφραση ορισμένων mirnas συνδέεται με την ανάπτυξη ή τη βαρύτητα του άσθματος 89,90. Συμπεράσματα Ένας αριθμός γονιδίων σχετίζονται με την προδιάθεση στην ανάπτυξη του άσθματος, τη σοβαρότητα της νόσου και την ανταπόκριση στη θεραπεία. Τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι πολυμορφισμοί γονιδίων μπορεί να επηρεάσουν την ποιότητα και ποσότητα των πρωτεϊνών και ότι η επιγενετική μαζί με περιβαλλοντικούς παράγοντες μπορεί επίσης να επηρεάσει τη γονιδιακή έκφραση. Όλα αυτά τα στοιχεία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο μέλλον για την πληρέστερη κατανόηση του μηχανισμού ανάπτυξης του άσθματος καθώς και για την καλύτερη θεραπευτική του προσέγγιση. Βιβλιογραφία (Βλέπε αγγλικό κείμενο)