Fenotipo - MediciGroane.it

Asma Bronchiale : Hot topics e
problemi emergenti
I FENOTIPI
FEN
DELL’ASMA
Adriano Vaghi
20 Marzo 2010
Asthma : a syndrome composed of
h t
heterogeneus
diseases
di
Borish Ann Allergy Asthma Immunol 2008 ; 101 : 1 – 9
L’asma
non è una singola malattia
ma piuttosto una serie di diverse e complesse
malattie , con ampie aree di sovrapposizione,
o fenotipi,
ognuno definito da una particolare
interazione tra predisposizione genetica e
fattori ambientali .
sarebbe meglio abolire il termine
di asma ?????
Asma da
aspirina
Asma
allergico
ASMA ?
Asma da
sforzo
Sono solo pesci ?
E’ possibile
ibil d
dare un nome aii singoli
i
li pescii ?
•Dal genotipo al fenotipo
•Metodi di classificazione dei fenotipi
dell’ asma
•I fenotipi dell’asma
•Fenotipi
F
ti i e tterapia
i
•I fenotipi dell
dell’asma
asma : mito o realtà
Definizioni
NCARTA World Dictionary 1999
Il Fenotipo
p è definito
f
come
m
‘’ le caratteristiche visibili di un
organismo che sono il risultato delle
interazioni tra il suo bagaglio
genetico
n ti e l’l ambiente
mbi nt ‘’
Fenotipo = Genotipo + Ambiente
Fenotipizzazione genetica
completa mappatura
del genoma
(progetto genoma)
apre
p la p
possibilità che una p
precisa definizione del
genotipo possa predire il fenotipo
Asma malattia genetica complessa
Asthma susceptibility genes
Asthma susceptibility genes
Sono stati descritti più di 100 SNPs – che potrebbero associarsi a diversi fenotipi
Asma allergica
Asma con
ostruzione fissa
Vercelli D, 2008
Asma malattia genetica complessa
Asthma susceptibility genes
Asthma susceptibility genes
Sono stati descritti più di 100 SNPs – che potrebbero associarsi a diversi fenotipi
Sensibilità
inquinamento
Scarsa risposta a
•B2
B2 agonisti
•anti LT
Vercelli D, 2008
Asma malattia genetica complessa
Asthma susceptibility genes
Asthma susceptibility genes
Sono stati descritti più di 100 SNPs – che potrebbero associarsi a diversi fenotipi
Vercelli D, 2008
•Dal genotipo al fenotipo
•Metodi di classificazione dei fenotipi
dell’ asma
•I fenotipi dell’asma
•Fenotipi
F
ti i e tterapia
i
•I fenotipi dell
dell’asma
asma : mito o realtà
Modalità di approccio per definire
i fenotipi
f
ti i d
dell’asma
ll’
Approccio clinico : untilizza una definizione
a priori del fenotipo basata sull’individuazione
di una caratteristica
clinica – funzionale- biologica ritenuta
prevalente
l t
Analisi dei Cluster : Analisi multivariata che
consente di raggruppare i pazienti in cluster
(gruppi) secondo diverse variabili impiegate
come misure di similarità.
Potenziali categorie fenotipiche cliniche dell’asma e relativi fenotipi
A) Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma grave vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
B) Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
C) Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Caratteristiche cliniche
•Meccanismi biologici
•Associazioni tra genotipo e fenotipo
Risposta alla terapia
•Risposta
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
Wenzel Lancet 2007
Fenotipi clinici o fisiopatologici : asma grave vs lieve
LG : GINA , BTS-SIGN, NEEP :
Gravità è definita in base a : funzione polmonare e sintomi
ma questa classificazione non è adeguate a predire l’andamento della malattia e la
risposta alla terapia
Asma lieve vs asma grave : sono due malattie qualitativamente differenti ?
Modello continuo
Caratteristiche cliniche del fenotipo con
asma severa vs lieve
•
ENFUMOSA ( The European Network for Undstanding Mechanism of Severe Asthma ) (1)
- obesità, non atopia
•
LEIDEN GROUP (2),
-
maggio
gg numero di comorbidità :
rinosinusite cronica, GER, disordini psicosociali ,OSAS, malattie tiroidee
-
frequenti riacutizzazioni
•
TENOR ( The Epidemiological and Natural History of Asthma : Outcomes and treatment Regiments ) ( 3)
BMI > 35 kg.M2 , FEV1 < 70% , storia di polmonite, cataratta, intubazioni per
asma (asma rischio di gravi riacutizzazioni) ,
uso di 3 scatole di steroidi orali negli ultimi 3 mesi (cortico dipendenza )
.
SARP (Severe Asthma Reasearch Program ) (4)
-
Esordio precoce , basso FEV1, storia di riacutizzazioni dopo FANS o prima mestruo
1) The ENFUMOSA study group .
Eur Respir J 2003 ; 22 : 470
2) Ten Brinke A et al .
Eur Respir J 2005 ; 26 : 812
3) Miller MK et al .
Eur Respir J 2006 ; 28 : 1145
4) Moore W
ATS
2006 ; A473
Meccanismi biologici dell’asma grave
•Persistenza della flogosi , eosinofila e/o neutrofila, malgrado una terapia
massimale
•Sovra produzione citochine : LTB4, IL-6 , IL-8 , IL-11 , TNF –α, EGF , TGF-β
MIP1- α , dati contrastanti : IL-2, IL-4
•Risposta
Risposta immune non solo TH2 ::, TH1,
TH1 immunità innata , deficit Treg
•Riduzione dei meccansmi che promuovono la risoluzione della flogosi :
- riduzione delle lipossine , IL
IL-10
10
•Deficit attività dei Macrofagi : riduzione della produzione di PGE2 , 15-HETE ,
g
delle cellule apoptotiche
p p
deficit della fagocitosi
•Deficit dei meccanismi riparazione danno epiteliale : aumento dei marker apoptosi
rimodellamento
epitelio, aumento TGF- β e EGFR , SNP ADAM33
•Riduzione della risposta agli steroidi : stress ossidativo, aumento espressione
della P38 nei macrofagi
Gaga Eur Respir J 2009 ; 18: 58 ; Holgate Lancet 2006 ;368 : 784..2006 ;
Wenzel Lancet 2006;368:804 , Wenzel JAllergy Clin Immunol 2007;119:14
Sotto fenotipi
dell’ asma grave
L asma grave è una condizione caratterizzata da
L’asma
una notevole eterogeneità e comprende diversi
fenotipi o sotto-fenotipi
sotto fenotipi :
•Asma con frequenti
q
riacutizzazioni ed episodi
p
di
asma quasi fatale.
•Asma con ostruzione bronchiale non reversibile
reversibile.
•Asma cortico dipendente
p
o cortico resistente.
Chanez JACI 2007
Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi
Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
Caratteristiche del fenotipo :
• Fenotipo raro , presente nei pazienti con asma grave
•Cortico dipendenza: necessità di assumere dosi giornaliere di steroide orale per
controllare l’asma.
• Cortico resistenza – cortico refrattarietà : miglioramento del FEV1 < 15% dopo un
ciclo di prednisone (40 mg/die) per 14 giorni in soggetti che presentano un
miglioramento del FEV1 > 15% dopo salbutamolo.
Wenzel 2006-2007
Chanez 2009
Barnes 2007-2008
2007 2008
Pavrod 1999,2006
Acock 2004-2008
Meccanismi della corticoresistenza
legame con il recettore
traslocazione nel nucleo
trascrizione DNA
competizione con GRα
Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi
Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
Asma con ostruzione non reversibile
(ANR)
(chronic restriction , fixed airflow limitation )
Caratteristiche del fenotipo :
Circa il 20-30% degli asmatici sviluppano una ostruzione non reversibile
( Studio NAHNES Mannino 2000))
Autori
casistica
Definizione
ostruzione
non
reversibile
Pz con
ostruzione
non reversibile
conclusioni
Ulrik
ERJ 1999
92 pz asma
moderata-severa
FEV1 < 80%
Rev < 9%
23%
Il declino funzinale respiratorio
è maggiore nei non ANR :
55 vs 36 ml/anno
Ten Brinke
AJRCCM
2001
132 pz
asma severa
FEV1 post
bronc
< 75%
49%
Fattori predittivi : eosinofilia
nell’epettorato (>2%,
malgrado ICS ad alte dosi)
(OR 7) , BHR (OR 4)
Vonk
Thorax
2003
228 asmatici
studio
longitudinale
(26 anni )
FEV1 < 80%
Rev < 9%
16%
Fattori predittivi : FEV1 basso,
ridotta reversibilità
dell’ostruzione, BHR
(dopo 26 anni)
Fenotipo : ostruzione non reversibile e declino della funzione respiratoria
Coorte di Busselton : 38 ml/anno (asma ) vs 22 ml/anno (controlli) (osservazione x 15 a)
Il declino della funzione respiratoria in alcuni soggetti
asmatici
ti i è maggiore
i
rispetto
i
tt a quello
ll d
della
ll popolazione
l i
normale
Lange NEJM 1998 ; Peat Thorax
1990 ; Ulrich AJRCCM 1994
Con ostruzione non reversibile
(chronic restriction , fixed airflow limitation )
Caratteristiche cliniche :
Deii pz che
D
h h
hanno un accelerato
l
d
declino
li della
d ll ffunzione
i
respiratoria
i
i che
h
progredisce verso l’ostruzione non reversibile
•Asma ad insorgenza tardiva ( > 12 a)
•Basso valore del FEV1 in età infantile
•Frequenti riacutizzazioni
•Fumatori
•Con infiammazione eosinofila non controllata dalla terapia
•Elevato
Elevato grado di iperresponsività bronchiale
•Esposizione professionale
Ten Brinke Curr Opin Allergy Clin Immunology 2008
Meccanismi biologici della ANR : Remodeling ???
Ispessimento della
membrana basale
IL13 ,
TGF-β,
EGF,
EGF
VEGF
•Ipperplasia
I
l i ipertrofia
i
t fi delle
d ll
fibrocellule muscolari lisce
•neovascolarizzazione
i rapporti
appo t ttra
a : funzione
u o e respiratoria,
esp ato a, ost
ostruzione
u o e non
o reversibile,
e e s b e, BHR / remodeling
e ode g
non sono ancora definite con precisione
Lloyd ERJ 2007 , Lee Chest 2007 , Borish AAAI 2008
Airway remodeling in subjects with severe asthma with or
without chronic persistent airflow obstruction
Kaminska et al
J Allergy Clin Immunol 2009 ; 124 : 45-51
FEV1 < 70% (con ostruzione persistente)
•Aumento componente muscolare
•Aumento componente ECM
(fibrosi sub epiteliale )
•Non
Non differenze TAC HD
•Maggior eosinofilia e neutrofilia
rispetto soggetti con FEV1 > 70%
genotipi associati all’ANR : polimorfismi genetici
•Polimorfismo dell ADAM 33
(GC) predice il declino della
funzione respiratoria sia
nell’ asma che nella popolazione
generale (1-2-3)
•
Polimorfismo TGF
TGF--β :
associato ad ostruzione non reversibile (4)
1) van Eerdewegh P Nature 2002; 418:426 – 430
2) Jongepier Clin Exp All 2004; 34(5):757-60.
3) Jogepier Am J Respir Crit Care Med 2003
4) Pulleyn Human Genet 2001;109:623
Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi
Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
•Asma definita in base all’età di insorgenza
Caratteristiche del fenotipo :
Soggetti
gg
con asma ad insorgenza
g
p
precoce ( < 12 anni ) hanno una maggior
gg
probabilità , rispetto a quelli ad insorgenza tardiva (Studio SARP (1) , di :
•Essere atopici
•Di soffrire di eczema atopico
•Di avere una storia familiare di asma
•Di mantenere nel tempo una
funzione respiratoria normale
Quelli
Q
lli con asma ad
d
insorgenza precoce
costituiscono un gruppo
più omogeneo rispetto a
quelli ad insorgenza
q
g
tardiva (> 12 anni)
Fenotipo allergico a confronto tra
•Asma ad insorgenza precoce
Asma ad insorgenza tardiva
•Asma
Miranda JACI 2004 Wenzel Lancet 2006 , Moore ATS 2006
Genotipi associati all’asma ad esordio infantile :
Chr 17 and age
g of onset (SNPs) (Genome wide study )
SNPs
•ORDML3
•GSDML
GSDML
4 geni Chr 17
ZPBP2 (1 SNP) : prot zona pellucida
IKZF3 (1SNP) : maturazione neutrofili e
regolazione IgE
GSDML (GSDMB) (4 SNP): funzione
della barriera epiteliale
ORDML3 (1SNP) : proteina del reticolo
ergastoplasmatico (regolazione sintesi
proteica ?suscettibilità infezioni virali?) )
•Lo
o stud
studio
o conferma
co e a l’associazione
assoc a o e ttra
a i marker
a e de
del C
Chr 17q21
q e l’asma
as a ad
insorgenza precoce ( < 4 anni)
•pertanto supportano l’ipotesi che l’asma ad esordio precoce
e tardivo costituiscono due differenti fenotipi .
•Il rischio di sviluppare asma, è ulteriormente aumentato in caso di precoce
esposizione al fumo
( aumento del rischio di 2.9 del genotipo GG rispetto AG e AA )
Bouzigon E et al NEJM 2008
Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi
Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
Meccanismi biologici
•Per lo sviluppo dell’asma allergico
g
è critico il rapporto tra predisposizione
( fattori genetici ) e ambiente (esposizione agli allergeni) : sensibilizzazione
•Sviluppo di una risposta di tipo TH2.
•Flogosi eosinofila e sviluppo dell’iperreattività bronchiale
Genotipi associati all’Asma allergica
SNPs che si associano all’asma allergica : polarizzazione della risposta TH2
( Geni individuati mediante candidate gene association )
Immunità acquisita
•SNPs (segnali di trasduzione intracellulari) : GATA3 ( necessario per switch
TH2 ) ; STAT6 ( traduce segnale IL4 e Il13 :2964g/A ) ;
TBX21
( codifica Tbet che inibisce la switch TH2 )
•SNPs (citochine ) : ILIL-13 (Arg130Gln) ; IL4 (589C/T,+33C/T) ;
IL-5 .
IL--4R ((ile50Val)) ; IL4RA ((ile 50val)) ; ILIL
Immunità innata
•SNP , CD14 ( - 1721G/A , - 260C/T, 155CC ) :
immunità innata e riconoscimento microbico , coopera allo switch TH2
Holgate ERJ 2007, Postma PATS 2008 ,
Vercelli Nat rew Immunol 2008 ; Moffatt MF Cur Opin Immunol 2008
Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
Caratteristiche cliniche del fenotipo : RISPOSTA ALLA TERAPIA
• Solitamente
S lit
t ottima
tti
risposta
i
t alla
ll tterapia
i steroidea
t id
• Risposta all’immunoterapia specifica
• Terapia monoclonali anti IgE ( omalizumab )
tipizzare meglio i pazienti che rispondono all’ omalizumab
Wenzel 2006
Anderson 2008
Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi
Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
Borissh 2008
•Esordio in età adulta : solitamente donne
•Asma solitamente moderata- severa
•Scarsa presenza di atopia
•Eosinofilia tissutale e aumento degli eosinofili circolanti
•Sensibilità all’aspirina ed ai FANS che inibiscono la cicolossigenasi 1 (COX1)
•Aumentata
Aumentata produzione di leucotrieni
•Sinusite cronica iperplastica
p p
eosinofila moderata-severa
FANS
AA
Ciclo
ossigenasi
Lipo
ossigenasi
i
i
prostaglandine
leucotrieni
•Anosmia
•Poliposi nasale
Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi
Fenotipi clinici o fisiopatologici
•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve
Ad elevato rischio di riacutizzazione
•Ad
•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )
•Resistente al trattamento : cortico-resistente
•Definita
D fi it in
i base
b
all’età
ll’ tà di insorgenza
i
Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento
•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili
•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca
•Asma occupazionale
Asma mestruale
•Asma
•Asma da esercizio
Fenotipi infiammatori
•Eosinofila
•Neutrofila
Pauci granulocitaria
•Pauci-granulocitaria
Fenotipi infiammatori
4) Miste : E + N
E > 1.9%
1 9% ; N > 61%
1) Eosinofile
E > 1.9% ; N < 61%
2) Neutrofile
N > 61% ; E < 1.9%
Eosinofili + (EG2)
3) Paucigranulocitarie : E
< 1.9% ; N < 61%
Elastasi neutrofila +
Fenotipi infiammatori nell
nell’asma
asma : prevalenza
Simpson et al., Respirology 2006
Sputo indotto
mista
49%
eosinofila
paucigranulocytic
(31%)
eosinophilic (41%)
neutrofilico
paucigranulocitico
mixed (8%)
neutrophilic (20%)
•
•
•
•
93 non-smoking asthmatic adults
DD asthma + AHR
Mean age 42 (range 18-77)
Mean FEV1 % predicted 76 (SD 20)
•Dimostrazioni stabilità del fenotipo eosinofilo - 5 anni (Van Veen 2005 )
•Dimostrazioni stabilità fenotipo neutrofilo - 2 sett , 6 mesi (Bery 2007 , Sipson 2007)
Criteri per la diagnosi di Asma non Eosinofila
Haldar e Pavrod JACI 2007
•Diagnosi
Di
i clinica
li i compatibile
tibil
•Evidenze di ostruzione delle vie aeree variabile e/o
iperreattività bronchiale : miglioramento del FEV1 > 15%
dolpo B2 , variabilità PEF > 20% , PC20 MCH < 8 mg/ml
•Nello sputo : conta degli eosinofili < 1.9% in 2 o più
occasioni quando il paziente non è completamente
asintomatico
i t
ti ( Juniper asthma score > 1.57)
•Assenza di ulteriori spiegazioni di questi dati con
l’esclusione dei : soggetti fumatori ( > 20 pack years) ,
con ostruzione fissa ( FEV1 < 80% e FEV1/FVC < 0.7) ,
con bronchiettasie alla TAC torace .
Meccanismi biologici : Innate immune activation in neutrophilic asthma
Simpson
p
et al.,, Thorax 2007
IL8
º
100
Eosinophilic Asthma
P i
Paucigranulocytic
l ti A
Asthma
th
10
Healthy
Bronchiectasis
1
TL
LR4 m RNA x10 -2
Neutrophilic Asthma
Sputum TLR4
and
d CD14
*†º mRNA
10
1
0.1
Subject Group
0.1
Subject Group
* versus Healthy Controls
† versus Eosinophilic Asthma
º versus Paucigranulocytic Asthma
100
CD14 mRN
NA
TLR22 m RNA x110 -2
100
Sputum TLR2
*†º mRNA
RNA
†º
10
1
Subject Group
º
INNATA
ASMA
ACQUISITA
microparticolato (PM10)
endotossine , virus
TLR: 1,2,4,5,6,9 attivati da batteri
funghi,protozoi
TLR 9 : DNA batterico
TLR 3,7,9
TLR:
3 7 9 facilita
f ilit l’i
l’immunità
ità
antivirale
Allergeni
g
IgE
mastocita
TLR: 4
4--5- 2/6 ; cD 14
FCRII
FCR1
Linfocita TH2
NFAT , AP1, GATA
Fumo,
inquinamento
Cell.epiteliali
STRESS
OSSIDATIVO
Macrofagi
MAPKs , NF
NF--kB, AP1
IL5
IL8
eosinofilo
Douwes - Gibson Thorax 2002
NO2
ozono
ASMA
IL17
neutrofilo
NKT
IL-17
Differenze - asma eosinofila vs non eosinofila : rimodellamento
Wenzel AJRCCM 1999;
A
Asma
non eosinofila:
i fil
• minor spessore MB
• minor numero di
cellule che esprimono
TGF-β
Berry Thorax 2007
Woodruff ARCCM 2009
Differenze - asma eosinofila vs neutrofila : risposta alla terapia steroidea
La risposta alla terapia steroidea è direttamente
proporzionale all’eosinofilia
La risposta allo steroide è
direttamente proporzionale
all’eosinofilia
neutrofila
Meijer Clin Exp Allergy 2002
Differenze - asma eosinofila vs neutrofila : risposta alla terapia steroidea
Gli asmatici con asma non eosinofila hanno uno
scarso miglioramento dopo steroide,
steroide in termini di :
•riduzione della reattività bronchiale , sintomi e
miglioramento della QV
•rispetto a quelli con asma eosinofila
Berry Thorax 2007
flogosi non eosinofila e ridotta risposta agli steroidi
•L’assenza o la scarsa presenza di eosinofili nello sputo , e/o un aumento dei
neutrofili predice una scarsa risposta allo steroide.
•Scarsa risposta del cortisone nei fumatori, a causa della flogosi neutrofila
Lane 1998
Barnes 2005-2007
Bacci 2006
Pavrod 1999 -2007
2007
Anderson 2008
Cox 1999
Chanduri 2007
1) La risposta Immunità innata è attivata a seguito del rilascio di (DAMPs) dai tessuti danneggiate e della
relativa risposta macrofagica ( auto immunità innata )
2) L’immunità innata può , con un processo T cell indipendente , innescare una reazione simil TH2
Modalità di approccio per definire
i fenotipi
f
ti i d
dell’asma
ll’
Approccio clinico : Definizione a priori del
fenotipo basata sull’individuazione di
una caratteristica
clinica – funzionale- biologica ritenuta
prevalente
l t
Analisi dei Cluster : Analisi multivariata che
consente di raggruppare i pazienti in cluster
(gruppi) secondo diverse variabili utilizzate
come misure di similarità.
L’analisi dei gruppi ( cluster analysis)
L’analisi dei gruppi ( clustering analysis) ha l’obbiettivo,
partendo da un collettivo multidimensionato , di assegnare
l singole
le
i
l unità
ità a categorie
t
i non definite
d fi it a priori
i i , formando
f
d
dei grupppi omogenei al loro interno ed eterogenei tra loro.
Gli algoritmi di clustering raggruppano gli elementi sulla base della loro distanza
reciproca (similarità/dissimilarità) , e quindi all’appartenenza o meno ad un
insieme dipende da quanto l’elemento preso in esame è distante dall’insieme
stesso.
Dendogramma :cluster agglomerativi a foglia
Tecnica botton up:
tutti gli elementi sono
considerati cluster in sé
l’algoritmo
g
p
provvede ad unire i
cluster più vicini .
L’algoritmo continua ad unire
elementi al cluster fino ad
ottenere un numero prefissato
di cluster .
L’analisi dei gruppi (cluster) può essere utilizzata per classificare i
pazienti asmatici in gruppi fenotipici distinti
184 pz asma lieve moderata provenienti da MMG
184 con asma moderata severa – ambulatorio di 2° livello
64 con asma refrattaria
Variabili utilizzate (22) :
•Cliniche
•Fisiopatologiche
•Marcatori
M
t i flogistici
fl i ti i :
espettorato indotto e
FENO
PC
SC
SC03
SC02
•Asma atopico ad esordio
precoce
SC01
•Asma ad esordio tardivo
donne obese con flogosi
neutrofila
•Asma ad esordio precoce
, atopico grave
PC02
PC01
•Asma ad esordio tardivo
sesso maschile flogosi
eosinofila scarsamente
sintomatico
PC03
SC04
34 variabili
5
23
6
sono state individuati 5 gruppi che si distinguono per :
funzione respiratoria,durata ed età di insorgenza dell’asma,atopia,sesso,
sintomi, impiego di farmaci e delle risorse sanitarie
non utilizzati biomarkers
analisi cluster
Cluster 1 (110 pz) : asma ad insorgenza infantile atopici con funzione respiratoria
normale e trattati con < 2 farmaci controller e minimo impiego risporse sanitarie
Cluster 2 (321 pz)) : asma ad
Cl
d iinsorgenza iinfantile
f il atopici
i i con ffunzione
i
respiratoria
i
i
normale , ma aumento del fabbisogno farmacologico
Cluster 3 ((59 p
pz)) : donne anziane obese non atopiche
p
con asma ad insorgenza
g
tardiva .
Cluster 4 (120 pz) : 70% criteri ATS per asma severa , con ostruzione grave (57%) e
buona risposta al broncodilatatore , normalizzazione della funzione respiratoria
respiratoria.
Cluster 5 (116 pz) : 80% criteri ATS per asma severa ,esordio in età > 12 a, minor
atopia (66%) ,ostruzione grave (43%) non normalizzazione della funzione
respiratoria (FEV1 < 80%) (nei soggetti testati flogosi neutrofila)
Am J Respir Crit Care Med. 2009 Nov 5. Identification of Asthma Phenotypes using Cluster Analysis in the Severe Asthma Research Program.
Research Program.
Moore Meyers Wenzel Teague Li Li
Moore, Meyers, Wenzel, Teague, Li. Li, D’agostino,Castro, et al
analisi cluster
34
variabili
Haldar
(SC 1)
Haldar
(SC 2)
Haldar
(SC 3)
Blu: asma lieve atopica
Verde: asma lieve‐
moderata atopica
Giallo: asma non atopica insorta tardivamente donne
tardivamente donne obese
Arancio: asma grave atopica
Rosso: asma grave con ostruzione fissa
con ostruzione fissa
Modalità di approccio per definire
i fenotipi
f
ti i d
dell’asma
ll’
Approccio clinico : Definizione a priori del
fenotipo basata sull’individuazione di
una caratteristica
clinica – funzionale- biologica ritenuta
prevalente
l t
FENOTIPIZZAZIONE MOLECOLARE
Analisi dei Cluster : Analisi multivariata che
consente di raggruppare i pazienti in cluster
(gruppi) secondo diverse variabili utilizzate
come misure di similarità.
similarità
•84 pz : 41 severa, 43 lieve-moderata
25 citochine nel BAL (Bio souce 25 Plex):
•IL:1,1Ra,2,2R,4,5,6,7,8,10,12p40,13,15,1
7,TNF,INFb-G,GMCSF,MIP-1a-1b,
,
,
,
,
,
IP10,MIG,eotassina, Rantes MCP-1
•fenotipizzato l’asma
l asma utilizzando
25 citochine presenti nel BAL.
• ed ha correlato il fenotipo
p
molecolare al fenotipo clinico
Asma severa vs asma lieve
Dendogramma : Analisi informatica
( Unsupervised agglomerative hierarchial clustering
analisys ) raggruppa i soggetti sulla base della
similarità
i il ità matematica
t
ti d
della
ll concentrazione
t i
d
delle
ll
citochine nel BAL fino all’individuazione di gruppi
omogenei
L’analisi
L’
li i d
deii cluster
l t h
ha
consentito di individuare un
pattern di 10 citochine che
caratterizza 4 fenotipi
•Asma severa(G1)
( )
•vs altri tipi di asma
Gruppo G1
Aumento : IL2, IL4
Riduzione : IL-1
IL 1 antagonista
recettoriale (IL-1 Ra), MIP-1α (CCL3) ,
,MIG (CXCL9) : si associano a neutrofilia.
Non perfetta sovrapposizione tra
fenotipizzazione molecolare e
clinica
Gruppo G1 : è caratterizzato da una
significativa riduzione del FEV1 e
miglioramento FEV1 dopo B2 rispetto agli
altri gruppi .Il 60% dei pazienti classificati
come asme grave , criteri ATS, sono
presenti nel gruppo G1.
Gruppo G2-4 : ha funzione respiratoria
normale e solo 40% dei pz è classificato
clinicamente come affetto da asma severa
Casistica : 42 pz con asma lieve-moderata e 24 controlli sani
Metodi : Analisi dell’espressione genica (microarray) condotta su cellule
dell’epitelio bronchiale ottenute in FBS (brusching )
Risultati
Ri
lt ti : marker
k d
dell’infiammazione
ll’i fi
i
TH2 : periostina
i ti (POSTN) , regolatore
l t
dei
d i
canali del cloro 1 (CLCA1) , inibitore della serpina (SERPINB2)
sono iperespresse nei soggetti asmatici (50%) e non nei normali
Asma TH2
Asma non TH2
normali
•D
Dal genotipo
g
p al fenotipo
f
p
•Classificazione dei fenotipi dell’ asma
•Fenotipi
•Fenotipi e terapia
•I fenotipi dell’asma : mito o realtà
Il profilo farmacogenetico potrebbe predire la risposta alla terapia
Personalizzazione della terapia
Fenotipi
p : Farmacogenetica
g
Polimorfismi
FENOTIPI E SCELTA DEI FARMACI
Antileucotrienici :
A
Asma “da aspirina”
“d
”
“there are theoretical reasons to suggest that leukotriene receptor gg
p
antagonists might be of particular value in the treatment of aspirin intolerant asthma. However, there is little evidence to justify managing patients with aspirin intolerant asthma in a different manner to patients tolerant aspirin, Apart from the rigorous avoidance of non‐steroidal anti‐
inflammatory medications” Ed. Luglio 2007 pag 30
B
Asma nei fumatori ?
C
Asma e rinite allergica ?
ASMA
ACQUISITA
INNATA
Virus , endotossine , NO2/ ozono,
microparticolato
TLR: 1,2,4,5,6,9 attivati da batteri
funghi,protozoi
TLR 9 : DNA batterico
TLR: 3,7,9 facilita l’immunità
antivirale
Allergeni
g
FCR1
TLR: 4-5- 2/6 ; cD 14
FCRII
ICS
mastocita
LABA
Cell.epiteliali
Linfocita CD4+
Stress
ossidativo
NFAT , AP1, GATA
Macrofagi
MAPKs , NF-kB
IL5
IL8
eosinofilo
ASMA
neutrofilo
Dewan - Gibson Thorax 2002
Razionale della terapia di associazione LABA + ICS
nell’asma e nella BPCO ( nelle forme ppiù ggravi))
ASMA
ICS
+
LABA
dopo step 3 :
moderata
BPCO
LABA
(broncodilatatori a lunga durata)
+
ICS
FEV1 < 50% e
freq enti
frequenti
riacutizzazioni
Differenze - asma eosinofila vs neutrofila : risposta alla terapia steroidea
La risposta alla terapia steroidea è direttamente
proporzionale all’eosinofilia
La risposta allo steroide è
direttamente proporzionale
all’eosinofilia
neutrofila
Meijer Clin Exp Allergy 2002
Trattamento delle aeree di sovrapposizione tra asma e BPCO :
possibile riposizionamento dell’
dell associazione tra LABA + ICS
LABA
Asma nei fumatori
Asma non eosinofila
BPCO o BC con eosinofilia
Pz con Asma + BPCO
BPCO
lieve/moderata
BPCO
moderata/grave
/molto grave
ICS
Le situazioni di comorbidità
sono correlate ad una
maggior severità della
malattia
e possono avvantaggiarsi
dell’impiego della terapia di
associazione (LABA + ICS)
Asma grave
Asma lieve
/moderata
LABA
ICS
EFFETTO SINERGICO LABA + ICS
•Dal genotipo al fenotipo
•Classificazione dei fenotipi dell’ asma
•Fenotipi
F
ti i
•Fenotipi e terapia
•I fenotipi
f n p dell’asma
a ma : mito
m
o realtà
r a à
E’ possibile dare un nome ai singoli pesci ?
Miti
La definizione di fenotipo clinico non segue
criteri ‘’ oggettivi’’ ma :
• E’ intrinsecamente dipendente dal contesto
analizzato e dalle variabili che l’osservatore
ritiene importanti ai fini della spiegazione del
fenomeno descritto (context sensitive)
• E’ , almeno in parte, variabile nel tempo e
dipendente dall’evoluzione
dall evoluzione clinica e dal paziente
(time sensitive)
Lewontin R The Standford Encyclopedia of Philosophy 2004
ASA sensibile può
essere classificato
dal pv fenotipico
come :
•F. A. ad insorgenza
adu ta
adulta
•F. A. Eosinofila
•F. A. Severa
•F. A. non allergica
•F. A. scatenata da
ASA
Miti : Fenotipizzazione molecolare
La definizione del fenotipo in termini molecolari per
quanto sia un metodo oggettivo :
•non consente attualmente una fenotipizzazione univoca
dei soggetti ( l’analisi cluster molecolare individua gruppi che
presentano significative
f
aree d
di sovrapposizione d
dall pv clinico)
l
) (Braiser 2008)
•offre una descrizione iper semplificata e riduzionista
d lf
del
fenotipo
i
Miti : Fenotipizzazione genica Differenze tra genoma e fenotipo
•Fenotipo è intrinsecamente variabile mentre il genotipo è relativamente stabile.
•il Genoma è stato completamente sequenziato ( progetto genoma) mentre una
completa descrizione del fenotipo non è attualmente possibile.
possibile.
•Il livelllo fenotipico è intrinsecamente complesso ed è analizzabile a diversi livelli di
organizzazione : molecolare,cellulare, di tessuto, di organo,di organismo e collettività
Lewontin R The Standford Encyclopedia of Philosophy 2004
Tecniche microerray
Systems Biology
DNA
Miti : I fenotipi dell’asma non sono il risultato di una relazione lineare tra gene - ambiente
Interazione : Gene – Ambiente ; Gene – Gene ; Ambiente – Gene
FENOTIPO
Fenotipo = ???
Genotipo + Ambiente
Fenotipi
Nelle malattie geneticamente complesse l’effetto di un SNP è responsabile dello 0.5 -2% della
malattia e allo stesso SNPs possono corrispondere diversi fenotipi e diverse patologie
Non è possibile una
Geni (< 100)
Fattori
Ambientali
Fenotipi
fenotipizzazione
genica
Lewontin R The Standford Encyclopedia of
Philosophy 2004
Nachtomy Stud Hist Phil e Biomed 2007
sarebbe meglio abolire il termine
di asma ?????
Non possiamo ancora abolire il termine di asma ma la
possibilità di individuare i fenotipi o endotipi dell
dell’asma
asma non
è più una semplice ipotesi .
FINE
Realtà: l’asma non è un’unica malattia
ma mancano ancora strumenti che consentono
una descrizione clinicamente utile dei fenotipi
Endotipo o endofenotipo .
E’ verosimile che l’asma siano costituita da diversi endotipi associati a distinte
caratteristiche
tt i ti h cliniche
li i h , differenti
diff
ti meccanismi
i i molecolari
l l i e risposta
i
t alla
ll terapia.
t
i
Modello non lineare che
non ipotizza a priori il
peso di ogni fattore
Anderson
Lancet 2008
PC
SC03
SC2
SC
Moore : 01-03
(atopici)
SC01
M
Moore
: 02
(donne obese)
Moore :
04-05
(asma grave)
SC04
Il cortisone:
Il cortisone: Il cortisone non agisce in tutti in
agisce in tutti in ugual misura
Agisce nella infiammazione Il tabacco altera l’effetto
Il caso dei betastimolanti:
Il caso dei betastimolanti: Varianti rec.beta 2
Correlati con gravità dell’asma
Non correlati con gravità dell’asma
ASMA CATAMENIALE
Nel 40% delle asmatiche
peggioramento dell’asma
nel periodo premestruale
LABA + ICS
GENOTIPI DI ASMA
Gene‐Environment Interactions in Asthma
F.Castro‐Giner, F Kauffmann, R de Cid, M. Kogevinas
Occup Environ Med 2006; 63:776
Occup. Environ Med 2006; 63:776
Gene‐environment
Gene
environment interactions in asthma: Exposure to
interactions in asthma: Exposure to
Isocyanates: 7 lavori; 707 pazienti Other occupational exposures: 5 lavori; 538 pazienti
Tobacco and passive smoking: 7 lavori; >8000 pazienti
Outdoor and indoor air pollutants: 11 lavori; >2000 pazienti
Decine di geni e corrispondenti possibili effetti
Decine di geni e corrispondenti possibili effetti
Conclusions:” …. Research in this field shuld allow a better understanding of the Research in this field shuld allow a better understanding of the
complexity of asthma aetiology, the identification of populations at risk, and, in the future, the design of new preventive and therapeutc strategies.”
Curr Opin Pulm Med. 2009 Sep 30. [Epub ahead of print]
Biologic therapies for asthma.
Gruenberg D., Busse W
E’ possibile dare un nome ai singoli pesci ?