I FENOTIPI DELL’ASMA - Medici Groane · LLasma’asma grave è una condizione caratterizzata da grave è una condizione caratterizzata da una notevole eterogeneità e comprende

Asma Bronchiale : Hot topics e Asma Bronchiale : Hot topics e problemi emergenti

I FENOTIPI FENDELL’ASMA

20 Marzo 2010 Adriano VaghiAdriano Vaghi

Asthma : a syndrome composed of h t diheterogeneus diseases

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 ognuno definito da una particolare interazione tra predisposizione genetica e

fattori ambientalifattori ambientali .

sarebbe meglio abolire il termine di asma ?????di asma ?????

Asma Asma da aspirina

ASMA ?

allergicoAsma da sforzoASMA ?

Sono solo pesci ?

E’ ibil d i i li i ?E’ possibile dare un nome ai singoli pesci ?

••Dal genotipo al fenotipoDal genotipo al fenotipo••Dal genotipo al fenotipoDal genotipo al fenotipo

••Metodi di classificazione dei fenotipi Metodi di classificazione dei fenotipi Metodi di classificazione dei fenotipi Metodi di classificazione dei fenotipi dell’ asma dell’ asma

••I fenotipi dell’asmaI fenotipi dell’asma

F ti i t i F ti i t i ••Fenotipi e terapia Fenotipi e terapia

••I fenotipi dell’asma : mito o realtà I fenotipi dell’asma : mito o realtà ••I fenotipi dell asma : mito o realtà I fenotipi dell asma : mito o realtà

Definizioni NCARTA World Dictionary 1999Definizioni Il Fenotipo è definito come p f m

‘’ le caratteristiche visibili di un organismo che sono il risultato delle organismo che sono il risultato delle

interazioni tra il suo bagaglio n ti l’ mbi nt ‘’genetico e l ambiente

Fenotipo = Genotipo + Ambiente

completa mappatura apre la possibilità che una precisa definizione del

Fenotipizzazione genetica

del genoma (progetto genoma)

p p pgenotipo possa predire il fenotipo

Asthma susceptibility genesAsma malattia genetica complessa

Asthma susceptibility genesSono stati descritti più di 100 SNPs – che potrebbero associarsi a diversi fenotipi

Asma allergicaAsma allergica

Asma con ostruzione fissa

Vercelli D, 2008

ostruzione fissa



SensibilitàSensibilità inquinamento

Scarsa risposta a

•B2 agonistiB2 agonisti

•anti LT

Vercelli D, 2008



Vercelli D, 2008

••Dal genotipo al fenotipoDal genotipo al fenotipo••Dal genotipo al fenotipoDal genotipo al fenotipo

••Metodi di classificazione dei fenotipi Metodi di classificazione dei fenotipi Metodi di classificazione dei fenotipi Metodi di classificazione dei fenotipi dell’ asma dell’ asma

••I fenotipi dell’asmaI fenotipi dell’asma

F ti i t iF ti i t i••Fenotipi e terapiaFenotipi e terapia

••I fenotipi dell’asma : mito o realtà I fenotipi dell’asma : mito o realtà ••I fenotipi dell asma : mito o realtà I fenotipi dell asma : mito o realtà

Modalità di approccio per definire i f ti i d ll’

Approccio clinico : untilizza una definizione

i fenotipi dell’asmaApproccio clinico : untilizza una definizione

a priori del fenotipo basata sull’individuazione di una caratteristica di una caratteristica

clinica – funzionale- biologica ritenuta l tprevalente

Analisi dei Cluster : Analisi multivariata che consente di raggruppare i pazienti in cluster(gruppi) secondo diverse variabili impiegate

come misure di similarità.

Potenziali categorie Potenziali categorie fenotipiche clinichefenotipiche cliniche dell’asma e relativi fenotipidell’asma e relativi fenotipi

•Definita in relazione alla gravità : asma grave vs lieve

•Ad elevato rischio di riacutizzazione

A) Fenotipi clinici o fisiopatologici

Ad elevato rischio di riacutizzazione

•Con ostruzione non reversibile (chronic restriction , fixed airflow limitation )

•Resistente al trattamento : cortico-resistente

D fi it i b ll’ tà di i•Definita in base all’età di insorgenza B) Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento

•Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili

•Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca

•Asma occupazionale

•Asma mestruale •Caratteristiche clinicheAsma mestruale

•Asma da esercizio

C) Fenotipi infiammatori

•Caratteristiche cliniche •Meccanismi biologici•Associazioni tra genotipo e fenotipo •Risposta alla terapia

•Eosinofila

•Neutrofila

•Pauci-granulocitaria

Risposta alla terapia

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 sintomiGravità 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 ?Asma lieve vs asma grave : sono due malattie qualitativamente differenti ?

Modello continuoModello continuo

Caratteristiche cliniche del fenotipo con asma severa vs lieve

•• ENFUMOSAENFUMOSA ( The European Network for Undstanding Mechanism of Severe Asthma ) (1)

- obesità, non atopiaobesità, non atopia

•• LEIDEN GROUPLEIDEN GROUP (2),

- maggio numero di comorbidità : ggrinosinusite cronica, GER, disordini psicosociali ,OSAS, malattie tiroidee

- frequenti riacutizzazioni

•• TENORTENOR ( 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)asma (asma rischio di gravi riacutizzazioni) , uso di 3 scatole di steroidi orali negli ultimi 3 mesi (cortico dipendenza )

. SARP. 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-βMIP1- α , dati contrastanti : IL-2, IL-4

•Risposta immune non solo TH2 : TH1 immunità innata deficit TregRisposta immune non solo TH2 :, TH1, immunità innata , deficit Treg

•Riduzione dei meccansmi che promuovono la risoluzione della flogosi : - riduzione delle lipossine , IL-10riduzione delle lipossine , IL 10

•Deficit attività dei Macrofagi : riduzione della produzione di PGE2 , 15-HETE , deficit della fagocitosi delle cellule apoptotiche g p p

•Deficit dei meccanismi riparazione danno epiteliale : aumento dei marker apoptosi epitelio, aumento TGF- β e EGFR , SNP ADAM33 rimodellamento

•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 Sotto fenotipi dell’ asma grave

L’asma grave è una condizione caratterizzata daL asma grave è una condizione caratterizzata da una notevole eterogeneità e comprende diversi fenotipi o sotto fenotipi :fenotipi o sotto-fenotipi :

•Asma con frequenti riacutizzazioni ed episodi di q pasma quasi fatale.

•Asma con ostruzione bronchiale non reversibile•Asma con ostruzione bronchiale non reversibile.

•Asma cortico dipendente o cortico resistente.pChanez JACI 2007

Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi Potenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi

•Definita in relazione alla gravità : asma severa vs lieve


Fenotipi clinici o fisiopatologici




D fi it i b ll’ tà di i•Definita in base all’età di insorgenza Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento




•Asma mestrualeAsma mestruale


Fenotipi infiammatori

•Eosinofila

•Neutrofila

•Pauci-granulocitariaPauci granulocitaria


• Fenotipo raro , presente nei pazienti con asma grave

Caratteristiche del fenotipo :

•Cortico dipendenza: necessità di assumere dosi giornaliere di steroide orale per controllare l’asma.

• Cortico resistenza – cortico refrattarietà : miglioramento del FEV1 < 15% dopo un• 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 2008Barnes 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 fenotipiPotenziali categorie fenotipiche dell’asma e relativi fenotipi














•Eosinofila

•Neutrofila


Asma con ostruzione non reversibile (ANR) (chronic restriction fixed airflow limitation )(chronic restriction , fixed airflow limitation )


Circa il 20-30% degli asmatici sviluppano una ostruzione non reversibile ( Studio NAHNES Mannino 2000)


( )

Autori casistica Definizione ostruzione non

Pz con ostruzione non reversibile

conclusioni

non reversibile

non reversibile

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

132 pz asma severa

FEV1 post bronc < 75%

49% Fattori predittivi : eosinofilia nell’epettorato (>2%, malgrado ICS ad alte dosi)2001 < 75% malgrado ICS ad alte dosi) (OR 7) , BHR (OR 4)

Vonk Thorax

228 asmatici studio

FEV1 < 80%Rev < 9%

16% Fattori predittivi : FEV1 basso, ridotta reversibilitàThorax

2003studio longitudinale (26 anni )

Rev < 9%

(dopo 26 anni)

ridotta reversibilità dell’ostruzione, BHR

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)Coorte di Busselton : 38 ml/anno (asma ) vs 22 ml/anno (controlli) (osservazione x 15 a)

Il declino della funzione respiratoria in alcuni soggettiti i è i i tt ll d ll l iasmatici è maggiore rispetto a quello della popolazione

normale

Lange NEJM 1998 ; Peat Thorax 1990 ; Ulrich AJRCCM 1994

Con ostruzione non reversibile(chronic restriction fixed airflow limitation )(chronic restriction , fixed airflow limitation )

Caratteristiche cliniche :

D i h h l d li d ll f i i i hDei pz che hanno un accelerato declino della funzione respiratoria che 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 grado di iperresponsività bronchialeElevato 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, EGFEGF, VEGF

I l i i t fi d ll•Ipperplasia ipertrofia delle fibrocellule muscolari lisce

•neovascolarizzazione

i rapporti tra : funzione respiratoria, ostruzione non reversibile, BHR / remodeling appo t t a u o e esp ato a, ost u o e o e e s b e, / e ode gnon 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 obstructionwithout chronic persistent airflow obstructionKaminska 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 differenze TAC HDNon differenze TAC HD

•Maggior eosinofilia e neutrofilia rispetto soggetti con FEV1 > 70%

genotipi associati all’ANR : polimorfismi genetici

•Polimorfismo dell ADAM 33ADAM 33(GC) predice il declino della funzione respiratoria sia nell’ asma che nella popolazione generale (1-2-3)

• Polimorfismo TGFTGF--ββ : associato ad ostruzione non reversibile (4)associato ad ostruzione non reversibile (4)

2) Jongepier Clin Exp All 2004; 34(5):757-60.

1) van Eerdewegh P Nature 2002; 418:426 – 430 3) Jogepier Am J Respir Crit Care Med 2003

4) Pulleyn Human Genet 2001;109:623















•Eosinofila

•Neutrofila


•Asma definita in base all’età di insorgenza

Soggetti con asma ad insorgenza precoce ( < 12 anni ) hanno una maggior


gg g p ( ) ggprobabilità , rispetto a quelli ad insorgenza tardiva (Studio SARP (1) , di :

Q lli d•Essere atopici

•Di soffrire di eczema atopico

Quelli con asma ad insorgenza precoce

costituiscono un gruppo•Di avere una storia familiare di asma

•Di mantenere nel tempo una funzione respiratoria normale

costituiscono un gruppo più omogeneo rispetto a

quelli ad insorgenza funzione respiratoria normale

Fenotipo allergico a confronto tra

q gtardiva (> 12 anni)

Fenotipo allergico a confronto tra

•Asma ad insorgenza precoce

•Asma ad insorgenza tardivaAsma ad insorgenza tardiva

Miranda JACI 2004 Wenzel Lancet 2006 , Moore ATS 2006

Genotipi associati all’asma ad esordio infantile : Chr 17 and age of onset (SNPs) (Genome wide study )g

4 geni Chr 17 ZPBP2ZPBP2 (1 SNP) : prot zona pellucida

•ORDML3

GSDMLSNPs

IKZF3IKZF3 (1SNP) : maturazione neutrofili e regolazione IgE

GSDMLGSDML (GSDMB) (4 SNP): funzione

•GSDML

GSDMLGSDML (GSDMB) (4 SNP): funzione della barriera epiteliale

ORDML3ORDML3 (1SNP) : proteina del reticolo ergastoplasmatico (regolazione sintesi

•Lo studio conferma l’associazione tra i marker del Chr 17q21 e l’asma ad

ergastoplasmatico (regolazione sintesi proteica ?suscettibilità infezioni virali?) )

o stud o co e a assoc a o e t a a e de C q e as a adinsorgenza precoce ( < 4 anni)

•pertanto supportano l’ipotesi che l’asma ad esordio precoce e tardivo costituiscono due differenti fenotipie tardivo costituiscono due differenti fenotipi .

•Il rischio di sviluppare asma, è ulteriormente aumentato in caso di precoce esposizione al fumo

Bouzigon E et al NEJM 2008

( aumento del rischio di 2.9 del genotipo GG rispetto AG e AA )















•Eosinofila

•Neutrofila


Sensibile agli allergeni ambientali : asma estrinseca

•Per lo sviluppo dell’asma allergico è critico il rapporto tra predisposizione

Meccanismi biologici

g( 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 allergicaSNPs che si associano all’asma allergica : polarizzazione della risposta TH2( Geni individuati mediante candidate gene association )

••SNPs (segnali di trasduzione intracellulari)SNPs (segnali di trasduzione intracellulari) : GATA3 ( necessario per switch: GATA3 ( necessario per switch

Immunità acquisita

SNPs (segnali di trasduzione intracellulari)SNPs (segnali di trasduzione intracellulari) : GATA3 ( necessario per switch : GATA3 ( necessario per switch TH2 ) TH2 ) ; STAT6 ( traduce segnale IL4 e Il13 :2964g/A ) ; TBX21 ( codifica Tbet che inibisce la switch TH2 )

••SNPs (citochine )SNPs (citochine ) : : ILIL--13 (Arg130Gln)13 (Arg130Gln) ; IL4 (589C/T,+33C/T) ; ; IL4 (589C/T,+33C/T) ; ILIL--4R (ile50Val)4R (ile50Val) ; IL4RA (ile 50val) ; ILIL4RA (ile 50val) ; IL--5 .5 .( )( ) ; ( ) ;( ) ;

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

S lit t tti i t ll t i t id

RISPOSTA ALLA TERAPIACaratteristiche cliniche del fenotipo :

• Solitamente ottima risposta alla terapia steroidea

• Risposta all’immunoterapia specifica

• Terapia monoclonali anti IgE ( omalizumab )tipizzare meglio i pazienti che rispondono all’ omalizumab

Wenzel 2006 Anderson 2008Anderson 2008















•Eosinofila

•Neutrofila


Fenotipi correlati ai fattori di scatenamento

Borissh 2008Intolleranti ai FANS : aspirino sensibili

•Esordio in età adulta : solitamente donne

Borissh 2008

•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 produzione di leucotrieni AAFANSAumentata produzione di leucotrieni

•Sinusite cronica iperplastica

AA

Ciclo Lipo i i

p peosinofila moderata-severa

•Anosmia

ossigenasi ossigenasi

•Poliposi nasale prostaglandine leucotrieni















•Eosinofila

•Neutrofila


Fenotipi infiammatori 4) Miste : E + NE > 1 9% N > 61%E > 1 9% N > 61%

1) Eosinofile

E > 1.9% ; N < 61%E > 1.9% ; N < 61%2) Neutrofile

E > 1.9% ; N > 61%E > 1.9% ; N > 61%

2) NeutrofileN > 61% ; E < 1.9%N > 61% ; E < 1.9%

3) Paucigranulocitarie : E E Eosinofili + (EG2)

< 1.9% ; N < 61%< 1.9% ; N < 61%

Elastasi neutrofila +

Fenotipi infiammatori nell’asma : prevalenzaFenotipi infiammatori nell asma : prevalenzaSimpson et al., Respirology 2006

paucigranulocytic

Sputo indotto mista 49%

eosinophilic (41%)

(31%)eosinofila

paucigranulocitico

neutrofilico

neutrophilic (20%)

mixed (8%)

• 93 non-smoking asthmatic adults• DD asthma + AHR

•Dimostrazioni stabilità del fenotipo eosinofilo - 5 anni (Van Veen 2005 )

•Dimostrazioni stabilità fenotipo neutrofilo 2 sett 6 mesi (Bery 2007 Sipson 2007)• Mean age 42 (range 18-77)• Mean FEV1 % predicted 76 (SD 20)

•Dimostrazioni stabilità fenotipo neutrofilo - 2 sett , 6 mesi (Bery 2007 , Sipson 2007)

Criteri per la diagnosi di Asma Criteri per la diagnosi di Asma non Eosinofilanon EosinofilaHaldar e Pavrod JACI 2007

Di i li i tibil

Haldar e Pavrod JACI 2007

•Diagnosi clinica compatibile

•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 piùoccasioni quando il paziente non è completamente

i t tiasintomatico ( 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 toracecon bronchiettasie alla TAC torace .

Meccanismi biologiciMeccanismi biologici : Innate immune activation in neutrophilic asthma Simpson et al., Thorax 2007p ,

Sputum TLR2 RNA

Sputum TLR4 d CD14

IL8

100

Eosinophilic Asthma

P i l ti A th

Neutrophilic Asthma

10-2

mRNA*†º º and CD14 mRNA

10

100

x10-2 *†º º

1

10Healthy

Paucigranulocytic Asthma

Bronchiectasis

2 m

RN

A x

1

1

10

LR4

mR

NA

0.1

1

TLR

2

0.1Subject Group

TL

100

NA

Subject Group

* versus Healthy Controls

†º

10

CD14

mRN

versus Healthy Controls† versus Eosinophilic Asthmaº versus Paucigranulocytic Asthma

1Subject Group

ACQUISITA ASMA microparticolato (PM10)

INNATA

Allergeni

microparticolato (PM10) endotossine , virus

TLR: 1,2,4,5,6,9 attivati da batteri funghi,protozoi TLR 9 : DNA battericoTLR 3 7 9 f ilit l’i ità

NO2 ozono ozono

g

FCR1 FCRIITLR: 4TLR: 4--55-- 2/6 ; cD 142/6 ; cD 14

TLR: 3,7,9 facilita l’immunità antivirale

IgE

mastocita Linfocita TH2 Cell.epiteliali Macrofagi Fumo, inquinamento

NFAT , AP1, GATA MAPKs , NFNF--kB, AP1kB, AP1STRESS OSSIDATIVO

IL5IL5 IL8IL8IL17

ASMADouwes - Gibson Thorax 2002

eosinofilo neutrofilo

IL17

NKT IL-17

Differenze - asma eosinofila vs non eosinofila : rimodellamento

Wenzel AJRCCM 1999;

A i filAsma non eosinofila:

• minor spessore MB

• minor numero di• minor numero di cellule che esprimono TGF-β

Woodruff ARCCM 2009Berry Thorax 2007

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


Gli asmatici con asma non eosinofila hanno uno scarso miglioramento dopo steroide in termini di :scarso miglioramento dopo steroide, in termini di :

•riduzione della reattività bronchiale , sintomi e miglioramento della QVmiglioramento 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 1998Lane 1998

Barnes 2005-2007

Bacci 2006

Pavrod 1999 -2007Pavrod 1999 2007

Anderson 2008

Cox 1999

Chanduri 2007

1) La risposta Immunità innata è attivata a seguito del rilascio di (DAMPs) dai tessuti danneggiate e della1) 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


Approccio clinico : Definizione a priori del

i fenotipi dell’asmaApproccio clinico : Definizione a priori del

fenotipo basata sull’individuazione di una caratteristica una caratteristica


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 i l ità t i d fi it i i f d le singole unità a categorie non definite a priori , formando 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 fogliaTecnica botton up:Tecnica botton up:tutti gli elementi sono considerati cluster in sé l’algoritmo provvede ad unire i g pcluster più vicini . L’algoritmo continua ad unire elementi al cluster fino ad ottenere un numero prefissatoottenere 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 MMG184 con asma moderata severa – ambulatorio di 2° livello 64 con asma refrattaria

Variabili utilizzate (22) :

•Cliniche

•Fisiopatologiche

M t i fl i ti i•Marcatori flogistici : espettorato indotto e FENO

PC SC

SC03

SC01SC02

•Asma atopico ad esordio precoce

•Asma ad esordio tardivo

PC02

donne obese con flogosi neutrofila

•Asma ad esordio precoce atopico grave

PC01

PC02 , atopico grave

•Asma ad esordio tardivo sesso maschile flogosi eosinofila scarsamente

PC03

sintomatico

PC03SC04

34 variabili

23 6

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

Cl 2 (321 ) d i i f il i i f i i iCluster 2 (321 pz) : asma ad insorgenza infantile atopici con funzione respiratoria normale , ma aumento del fabbisogno farmacologico

Cluster 3 (59 pz) : donne anziane obese non atopiche con asma ad insorgenza ( p ) p gtardiva .

Cluster 4 (120 pz) : 70% criteri ATS per asma severa , con ostruzione grave (57%) e buona risposta al broncodilatatore normalizzazione della funzione respiratoriabuona risposta al broncodilatatore , normalizzazione della funzione respiratoria.

Cluster 5 (116 pz) : 80% criteri ATS per asma severa ,esordio in età > 12 a, minoratopia (66%) ,ostruzione grave (43%) non normalizzazione della funzionerespiratoria (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. Moore Meyers Wenzel Teague Li LiResearch Program. Moore, Meyers, Wenzel, Teague, Li. Li,

D’agostino,Castro, et al

Blu: asma lieve atopica

analisi cluster 34 atopica

Verde: asma lieve‐moderata atopica

34 variabili

Giallo: asma non atopica insorta tardivamente donnetardivamente donne obeseArancio: asma grave atopicaRosso: asma grave con ostruzione fissaHaldar con ostruzione fissa

Haldar (SC 1)

Haldar (SC 2)

Haldar (SC 3)

(SC 1)


Approccio clinico : Definizione a priori del

i fenotipi dell’asmaApproccio clinico : Definizione a priori del

fenotipo basata sull’individuazione di una caratteristica una caratteristica


FENOTIPIZZAZIONE MOLECOLARE

Analisi dei Cluster : Analisi multivariata che consente di raggruppare i pazienti in clusterconsente di raggruppare i pazienti in cluster(gruppi) secondo diverse variabili utilizzate

come misure di similarità come misure di similarità.

•84 pz : 41 severa, 43 lieve-moderata •fenotipizzato l’asma utilizzando

25 citochine nel BAL (Bio souce 25 Plex):•IL:1,1Ra,2,2R,4,5,6,7,8,10,12p40,13,15,17,TNF,INFb-G,GMCSF,MIP-1a-1b,

•fenotipizzato l asma utilizzando 25 citochine presenti nel BAL.

• ed ha correlato il fenotipo , , , , ,IP10,MIG,eotassina, Rantes MCP-1

pmolecolare al fenotipo clinico

Asma severa vs asma lieve

Dendogramma : Analisi informatica ( Unsupervised agglomerative hierarchial clustering

analisys ) raggruppa i soggetti sulla base della i il ità t ti d ll t i d llsimilarità matematica della concentrazione delle

citochine nel BAL fino all’individuazione di gruppi omogenei

L’ li i d i l t hL’analisi dei cluster ha consentito di individuare un pattern di 10 citochine che caratterizza 4 fenotipi

•Asma severa(G1)( )•vs altri tipi di asma

Gruppo G1 : è caratterizzato da una significativa riduzione del FEV1 e

Gruppo G1

Aumento : IL2, IL4 Riduzione : IL 1 antagonista significativa riduzione del FEV1 e

miglioramento FEV1 dopo B2 rispetto agli altri gruppi .Il 60% dei pazienti classificaticome asme grave , criteri ATS, sono

Riduzione : IL-1 antagonista recettoriale (IL-1 Ra), MIP-1α (CCL3) , ,MIG (CXCL9) : si associano a neutrofilia.

come asme grave , criteri ATS, sono presenti nel gruppo G1.

Gruppo G2-4 : ha funzione respiratoria normale e solo 40% dei pz è classificato

Non perfetta sovrapposizione tra fenotipizzazione molecolare e normale e solo 40% dei pz è classificato

clinicamente come affetto da asma severa fenotipizzazione molecolare e

clinica

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 )

Ri lt ti k d ll’i fi i TH2 i ti (POSTN) l t d iRisultati : marker dell’infiammazione TH2 : periostina (POSTN) , regolatore dei 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

••Dal genotipo al fenotipo Dal genotipo al fenotipo D g p f pD g p f p

••Classificazione dei fenotipi dell’ asmaClassificazione dei fenotipi dell’ asma

••Fenotipi Fenotipi

••Fenotipi e terapiaFenotipi e terapia

••I fenotipi dell’asma : mito o realtà I fenotipi dell’asma : mito o realtà

Il profilo farmacogenetico potrebbe predire la risposta alla terapia

Personalizzazione della terapia

Fenotipi : Farmacogenetica p g

Polimorfismi

FENOTIPI E SCELTA DEI FARMACI

“d ”

Antileucotrienici :

A Asma “da aspirina”“there are theoretical reasons to suggest that leukotriene receptor

A

gg pantagonists 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 ?

ACQUISITA ASMA Virus endotossine NO2/

INNATA

Allergeni

Virus , endotossine , NO2/ ozono, microparticolato

TLR: 1,2,4,5,6,9 attivati da batteri funghi,protozoi TLR 9 : DNA battericoTLR: 3,7,9 facilita l’immunità g

FCR1 FCRIITLR: 4-5- 2/6 ; cD 14

antivirale

ICSICS LABALABA

mastocita Linfocita CD4+ Cell.epiteliali Macrofagi

NFAT , AP1, GATA MAPKs , NF-kBStress ossidativo

IL5 IL8

ASMA Dewan - Gibson Thorax 2002

eosinofilo neutrofilo

Razionale della terapia di associazione LABA + ICSnell’asma e nella BPCO ( nelle forme più gravi)

ASMA

( p g )

ICS

+

LABA

dopo step 3 : moderata

LABABPCO

moderata

LABA (broncodilatatori a lunga durata)

+

ICS

FEV1 < 50% e freq entifrequenti riacutizzazioni


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’associazione tra LABA + ICSpossibile riposizionamento dell associazione tra LABA + ICS

LABA ICSAsma nei fumatori

Asma non eosinofila Le situazioni di comorbidità sono correlate ad una maggior severità della

BPCO o BC con eosinofilia

Pz con Asma + BPCO

malattia e possono avvantaggiarsi dell’impiego della terapia di associazione (LABA + ICS)

BPCO moderata/grave /molto grave

Asma grave

associazione (LABA + ICS)

BPCO lieve/moderata

/molto grave

Asma lieve /moderata

LABA

ICSICS

EFFETTO SINERGICO LABA + ICS

••Dal genotipo al fenotipo Dal genotipo al fenotipo

••Classificazione dei fenotipi dell’ asmaClassificazione dei fenotipi dell’ asma

F ti i F ti i ••Fenotipi Fenotipi

••Fenotipi e terapia Fenotipi e terapia ••Fenotipi e terapia Fenotipi e terapia

••I fenotipi dell’asma : mito o realtàI fenotipi dell’asma : mito o realtà f n p a ma m r a à f n p a ma m r a à

E’ possibile dare un nome ai singoli pesci ?

MitiMitiLa definizione di fenotipo clinico non segue 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 clinica e dal paziente dipendente dall evoluzione clinica e dal paziente (time sensitive)

Lewontin R The Standford Encyclopedia of Philosophy 2004

ASA sensibile può essere classificato dal pv fenotipicodal pv fenotipico come :

•F. A. ad insorgenza adulta adu ta

•F. A. Eosinofila

•F. A. Severa

•F. A. non allergica

•F. A. scatenata da ASA

Miti : Fenotipizzazione molecolareLa 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

f d d l l ) presentano significative aree di sovrapposizione dal pv clinico) (Braiser 2008)

•offre una descrizione iper semplificata e riduzionista d l f idel fenotipo

Miti : Fenotipizzazione genica -Differenze tra genoma e fenotipo

•Fenotipo è intrinsecamente variabile mentre il genotipo è relativamente stabile.

Differenze tra genoma e fenotipo

••il Genoma è stato completamente sequenziato (il Genoma è stato completamente sequenziato ( progetto genoma)progetto genoma) mentre una mentre una completa descrizione del fenotipo non è attualmente possibilecompleta descrizione del fenotipo non è attualmente 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

Systems BiologyTecniche microerray

DNA

Interazione : Gene – Ambiente ; Gene – Gene ; Ambiente – Gene FENOTIPO

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 = ???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

GeniGeni (< 100) Non è possibile una

Fattori Fattori AmbientaliAmbientali

fenotipizzazione genica

FenotipiFenotipiLewontin R The Standford Encyclopedia of Philosophy 2004

Nachtomy Stud Hist Phil e Biomed 2007

sarebbe meglio abolire il termine di asma ?????di asma ?????

Non possiamo ancora abolire il termine di asma ma la possibilità di individuare i fenotipi o endotipi dell’asma nonpossibilità di individuare i fenotipi o endotipi dell asma non

è più una semplice ipotesi .

FINE

Realtà: l’asma non è un’unica malattia ma mancano ancora strumenti che consentono 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

tt i ti h li i h diff ti i i l l i i t ll t icaratteristiche cliniche , differenti meccanismi molecolari e risposta alla terapia.

Modello non lineare cheModello non lineare che non ipotizza a priori il peso di ogni fattore

AndersonAnderson Lancet 2008

PC SC

SC03 Moore : 01-03 (atopici)

SC01SC2

(

M 02Moore : 02 (donne obese)

SC04Moore : 04-05 (asma grave)

Il cortisone:Il cortisone:

Il cortisone non agisce in tutti inagisce 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 CATAMENIALEASMA CATAMENIALE

Nel 40% delle asmaticheNel 40% delle asmatiche

peggioramento dell’asmapeggioramento dell’asma

nel periodo premestruale

LABA + ICSLABA ICS

GENOTIPI DI ASMA

Gene‐Environment Interactions in AsthmaF.Castro‐Giner, F Kauffmann, R de Cid, M. KogevinasOccup Environ Med 2006; 63:776Occup. Environ Med 2006; 63:776

Gene‐environment interactions in asthma: Exposure toGene environment interactions in asthma: Exposure to

Isocyanates: 7 lavori; 707 pazienti Other occupational exposures: 5 lavori; 538 pazientiTobacco and passive smoking: 7 lavori; >8000 pazientiOutdoor and indoor air pollutants: 11 lavori; >2000 pazienti

Decine di geni e corrispondenti possibili effettiDecine di geni e corrispondenti possibili effetti

Conclusions:” Research in this field shuld allow a better understanding of theConclusions:” …. 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 ?

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I FENOTIPI DELL’ASMA - Medici Groane · LLasma’asma grave è una condizione caratterizzata da grave è una condizione caratterizzata da una notevole eterogeneità e comprende