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Identifying biomarkers for asthma diagnosis using targeted metabolomics approaches - 18/04/17

Doi : 10.1016/j.rmed.2016.10.011 
William Checkley, MD, PhD a, , Maria P. Deza, MD a, Jost Klawitter, PhD b, Karina M. Romero, MD, MSc a, c, Jelena Klawitter, PhD b, Suzanne L. Pollard, MSPH, PhD a, Robert A. Wise a, Uwe Christians, MD, PhD b, Nadia N. Hansel, MD, MPH a
a Division of Pulmonary and Critical Care, School of Medicine, Johns Hopkins University, Baltimore, USA 
b iC42 Clinical Research and Development, University of Colorado, Aurora, CO, USA 
c Biomedical Research Unit, A.B. PRISMA, Lima, Peru 

Corresponding author. Division of Pulmonary and Critical Care, School of Medicine, Johns Hopkins University, 1800 Orleans, Ave Suite 9121, Baltimore, MD, USA.Division of Pulmonary and Critical CareSchool of MedicineJohns Hopkins University1800 OrleansAve Suite 9121BaltimoreMDUSA

Abstract

Background

The diagnosis of asthma in children is challenging and relies on a combination of clinical factors and biomarkers including methacholine challenge, lung function, bronchodilator responsiveness, and presence of airway inflammation. No single test is diagnostic. We sought to identify a pattern of inflammatory biomarkers that was unique to asthma using a targeted metabolomics approach combined with data science methods.

Methods

We conducted a nested case-control study of 100 children living in a peri-urban community in Lima, Peru. We defined cases as children with current asthma, and controls as children with no prior history of asthma and normal lung function. We further categorized enrollment following a factorial design to enroll equal numbers of children as either overweight or not. We obtained a fasting venous blood sample to characterize a comprehensive panel of targeted markers using a metabolomics approach based on high performance liquid chromatography-mass spectrometry.

Results

A statistical comparison of targeted metabolites between children with asthma (n = 50) and healthy controls (n = 49) revealed distinct patterns in relative concentrations of several metabolites: children with asthma had approximately 40–50% lower relative concentrations of ascorbic acid, 2-isopropylmalic acid, shikimate-3-phosphate, and 6-phospho-d-gluconate when compared to children without asthma, and 70% lower relative concentrations of reduced glutathione (all p < 0.001 after Bonferroni correction). Moreover, a combination of 2-isopropylmalic acid and betaine strongly discriminated between children with asthma (2-isopropylmalic acid ≤ 13 077 normalized counts/second) and controls (2-isopropylmalic acid > 13 077 normalized counts/second and betaine ≤ 16 47 121 normalized counts/second).

Conclusions

By using a metabolomics approach applied to serum, we were able to discriminate between children with and without asthma by revealing different metabolic patterns. These results suggest that serum metabolomics may represent a diagnostic tool for asthma and may be helpful for distinguishing asthma phenotypes.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

The diagnosis of asthma in children is challenging and no single test is diagnostic.
We were able to discriminate between children with and without asthma by revealing different metabolic patterns.
Serum metabolomics may be a useful diagnostic tool for asthma.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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