Bases genéticas de la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica

Abstract

[spa] La EPOC consiste en una “limitación persistente al flujo aéreo, que normalmente es progresiva y se asocia a una respuesta inflamatoria acentuada y crónica de las vías respiratorias y los pulmones ante la exposición a partículas o gases nocivos, más frecuentemente al humo del tabaco, polución o de la combustión de carbón o leña”. Su patogenia no es del todo conocida. La secuenciación completa del genoma humano, las técnicas genómicas de expresión génica diferencial y el desarrollo de biobancos, redes de biobancos y de la nanotecnología son pasos progresivos hacia su mayor comprensión. Se presenta el estudio piloto de asociación amplia de genoma (GWAS) de expresión génica diferencial de pacientes EPOC (y fenotipos enfisema y combinados de hábito tabáquico y espirometría forzada) vs no EPOC, a partir de las muestras de tejido pulmonar de los primeros 100 pacientes consecutivos del Biobanco de Tejido Pulmonar del Hospital Universitario de Son Dureta en 2005 y 2006, utilizando Agillent. Se evaluaron, así mismo, las características de los pacientes EPOC y no EPOC incluídos en las bases de datos clínico-radiológico-funcionales para la detección de sesgos y limitaciones a la hora de la interpretación de la expresión génica diferencial, y la representatividad de los pacientes consecutivos en comparación con el grueso de pacientes EPOC que vemos en una consulta neumológica habitual. Destaca la importancia por su expresión génica diferencial (p<0.05) de “grupos de genes” implicados en vías etiopatogénicas moleculares comunes a varias células que son dianas terapéuticas para nuevos fármacos: receptores como CXCR3 y CCR4, o acoplados a proteínas G; sistemas de transducción intracelular de las señales MAP kinasas o PYK2; IFN-, TNF y TGF-. Se discute el papel de otras interleucinas como la IL-2, IL-3 e IL-5, alternativas en EPOC al aumento de IL-1 e IL-8 y de factores de crecimiento que moldean equilibios entre reparación-apoptosis-fibrosis y angiogénesis: EGF, VEGF, PDGF y TGF-, eritropoyetina (EPO), trombopoietina (TPO), etc. Así como vías moleculares del citoesqueleto (TIGH y GAP junctions), la matriz extracelular (INTEGRIN, M-CALPAÍN, MPR) y del surfactante, con los equilibrios proteasas-antiproeasas u oxidante-antioxidante, y otras vías con implicación en la afectación sistémica de la EPOC. Nuestros resultados sugieren que la mayoría de pacientes EPOC presentan múltiples polimorfismos que se pueden ver afectados pero de forma débil, pudiendo dar en conjunto alteraciones significativas agrupados en vías moleculares concretas. En el análisis secundario comparativo de la expresión génica diferencial de los distintos fenotipos de la EPOC: enfisema, bronquitis crónica, asmatiforme, y subgrupos según consumo tabáquico, se discute porqué no se obtuvieron resultados diferenciales significativos. Ello se atribuye al pequeño tamaño de muestra, y sustenta la necesidad de redes de biobancos de tejido pulmonar que puedan aportar tamaños muestrales mucho mayores, y la importancia de la fenotipificación escrupulosa en fenotipos puros, con definiciones, marcadores y pruebas diagnósticas lo más objetivas, consensuadas y unificadas posibles. Se sugiere un abordaje preoperatorio más enfocado al estudio específico de estos fenotipos. Entre las limitaciones y sesgos del estudio consecutivo de pacientes de biobanco, conviene tener presentes interacciones (en nuestro caso no significativas) en la expresión génica diferencial, de sexo y edad, y de codiagnósticos oncológicos motivo de la intervención, que se deberán tener presentes en próximos estudios de expresión génica de redes de biobancos de tejido pulmonar. Los EPOC del biobanco de resección pulmonar representan un grupo de EPOC más ligero-moderado y de edad menos avanzada que los habituales de Consultas Externas de Neumología, lo cual dificulta su comparación con otros estudios de EPOC y enfisema más grave o de inicio precoz. Restricciones al acceso a más muestras imposibilitaron un aumento del tamaño muestral o confirmación con estudios de replicación, los cuales sería recomendable realizar en un futuro próximo.

[cat] La MPOC consisteix en una “limitació persistent al fluxe aeri, que normalmente és progressiva i s’associa a una resposta inflamatòria accentuada i crònica de les vies respiratòries i els pulmons després de l’exposició a partículas o gasos nonius, més freqüentment al fum del tabac, pol.lució o de la combustión de carbó o llenya. LA seva patógena no és del tot coneguda. La secuanciació complerta del genoma humà, les tècniques genòmiques d’expressió gènica diferencial i el desenvolupament de biobancs, xarxes de biobancs i de la nanotecnología són passos progressius cap a una major comprensió de la mateixa. Es presenta l’estudi pilot d’associació ampla de genoma (GWAS) d’expressió gènica diferencial de malalts MPOC (i fenotips enfisema i combinats d’hàbit tabàquic i espirometria forçada) vs no MPOC, a partir de les postres de teixit pulmonar dels primers 100 malalts consecutius del Biobanc de Teixit Pulmonar del Hospital de Son Dureta en 2005 i 2006, utilitzant Agillent. S’aval.luaren, així mateix, les característiques del malalts MPOC i no MPOC inclusos a les bases de dades clínico-radiològico-funcionals per a la detecció de biaixes i limitacions a l’hora de la interpretación de l’expressió gènica diferencial, i la representativitat dels malalts consecutius en comparació amb el gros de malalts MPOC que veiem a una consulta pneumològica habitual. Destaca la importancia per la seva expressió gènica diferencial (p<0.05) de “grups de gens” implicats a vies etiopatogèniques moleculars comunes a diverses cèl.lules que son dianes terapèutiques per nous fàrmacs: receptors como CXCR3 i CCR4, o acoplats a proteïnes G; sistemes de transducció intracel.lular de senyals MAP kinases o PYK2; IFN-a, TNF-a o TGF-b. Es discuteix el paper d’altres interleuquines com la IL-2, IL3 i IL-5, alternatives a la MPOC al augment d’IL-8 i IL-1b i de factors de creixement que modelen equilibris entre reparación-apoptosi-fibrosi o angiogènesi: EGF, VEGF, PDGF i TGF-b, eritropoyetina (EPO), trombopoietina (TPO), etc. Així com vies molelulars del citoesquelet (TIGH i GAP junctions), la matriu extracel.lular (INTEGRIN, M-CALPAIN, MPR) i del surfactante, amb els equilibris proteases-antiproteaseso oxidants-antioxidants, i d’altres vies amb implicació a l’acfectació sistèmica de la MPOC. Els postres resultats sugereixen que la majoria de malalts MPOC presenten múltiples polimorfismos que es poden veure afectats però de forma feble, podent donar en conjunt alteracions significatives agrupats en vies moleculars concretes. A l’anàl.lisi secondari comparatiu de l’expressió gènica diferencial dels distints fenotips de la MPOC: enfisema, bronquitis crònica, asmatiforme, i subgrups segons consum tabàquic, es discuteix perquè no s’obtingueren resultats diferencials significatius. Allò s’atribueix al petit tamany de la mostra, i recolça la necessitat de xarxes de biobancs de teixit pulmonar que poden aportar tamanys mostrals molt majors, i la importància de la fenotipificació escrupul.losa en fenotips Purs, amb definicions, marcadors i proves diagnòstiques el més objectives, consensuades i unificades possibles. Es sugereix un abordatge preoperatorio més enfocat a l’estudi específic d’aquests fenotips. Entre les limitacions i biaixes de l’estudi consecutiu de malalts de biobanc, convé tindre presents interaccions (en el nostre cas no significatives) en l’expressió gènica diferencial, de sexe i edat, i de co-diagnòstics oncològics motiu de la intervención, les quals caldrà tindre presents en pròxims estudis d’expressió gènica de xarxes de biobancs de teixit pulmonar. Els MPOC del biobanc de resecció pulmonar representen un grup de MPOC més lleuger-moderat i d’edat menys avançada que els habituals de Consultes Externes de Neumologia, la qual cosa dificulta la seva comparació amb altres estudis de MPOC i enfisema més greu o d’inici precoç. Restriccions a l’accés a més mostres de teixit pulmonar imposibilitaren un augment del tamany mostral o estudis de confirmación amb replicació, els quals seria recomable realitzar en un futur pròxim.

[eng] COPD consists on a “persistent airflow limitation that is usually progressive and associated with an enhanced chronic inflammatory response in the airways and the lung to noxious particles or gases, usually secondary to tobacco smoke, pollution, coal or biomass fuels combustion exposure”. Its pathogenesis is not well known. Complete sequencing of human genome, genomic techniques of differential gene expression and the development of biobancs, biobanc networks and nanotechnology are steps forward towards a progressive increase in its comprehension. A genome-wide association pilot study (GWAS) of differential gene expression of COPD (and emphysema and combined tobacco and spirometry phenotypes) vs non-COPD patients using Agillent is reported, from lung tissue samples piled in 2005 and 2006 at our begginings of Son Dureta University Hospital Lung Tissue Biobank. General features of the COPD and non-COPD patients included in clinic-radiologic-funcional data-bases were assessed for the detection of biases and limitations for further interpretation of differential gene expression, and representativity of its consecutive patients compared to the bulk of usual patients’ COPD population visited ambulatorily at our daily pneumonological praxis at a comarcal hospital external consultation. It might worth to be highlighted the importance of some “groups of genes” according to their differential gene expression in the COPD group (p<0.05) which are involved in several molecular pathways common to different key cells which are being already targeted for research on new medications for COPD: receptors such as CXCR3 and CCR4, or G-protein coupled; intracellular signal transduction systems such as MAP kinases or PYK2; IFN-a, TNF-a and TGF-b. The role of some interleukines such as IL-2, IL-3 and IL-5 is discussed, as alternatives in COPD to usual IL-1b and IL-8 increase and growth factors modelling inbalances between repair-apoptosis-fibrosis and angiogenesis: EGF, VEGF, PDGF and TGF-b, eritropoietin (EPO), thrombopoietin (TPO), etc. Furthermore, some molecular pathways of cytoskeleton (TIGH and GAP junctions), extracellular matrix (INTEGRIN, M-CALPAIN, MPR) and surfactant, affected by proteases-antiproteases and oxydants-antioxydants inbalances, and other pathways involved in systemic manifestations of COPD. Our results suggest that most of COPD patients might have multiple polymorphisms which might be mildly affected, but could altogether imply signifficant functional alterations when grouped in especific molecular pathways. At secondary analyses comparing differential gene expression of the different COPD phenotypes: emphysema, chronic bronchitis, asthmatiform COPD and subgroups according to tobacco smoke consume, it is discussed why no signifficant differential results could be obtained. This might be attributed to small sample size, and supports further needs of lung tissue biobank networks which could supply bigger numbers of samples for further increasing sample size, and the importance of scrupulous phenotyping in much purer phenotypes, with definitions, markers and diagnostic tests the most objective, consensed and unified possible. A more foccussed preoperatory approach on especific study of these COPD phenotypes for the biobank might be recommended. Among limitations and biases of the study with consecutive patients from biobank lung tissue samples, sex, age and oncologic co-diagnoses might be taken in mind as could represent potencial interactions or confounding factors (non signifficant in our case) when interpreting differential gene expression, and should be taken in consideration for further studies on differential gene expression from lung tissue biobank networks. Our COPD patients with biobank resected lung tissue represent milder stages of mild-to-moderate COPD according to GOLD severity of obstruction, and are less advanced in age, compared to usual ambulatory patients visited at our external pneumonology consultations, which make them difficult to compare with other studies on COPD gene expression involving more severe COPD or emphysema or of an early onset. Restrictions to access to more samples made it not possible to increase sample size or confirm our results with replication studies, which should be further performed in the future.