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Refractory neutrophilic asthma and ciliary genes - 03/06/22

Doi : 10.1016/j.jaci.2021.12.761 
Vamsi P. Guntur, MD, MSc a, b, , Laurie A. Manka, MD a, b, Camille M. Moore, PhD c, Elizabeth Wynn, MS e, Eszter K. Vladar, PhD f, Rafeul Alam, MD, PhD b, d, Tuyet-Hang Pham, MT, MS g, Tasha E. Fingerlin, PhD c, e, Richard J. Martin, MD a, b
a Division of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, National Jewish Health, Denver, Colo 
b The NJH Cohen Family Asthma Institute, National Jewish Health, Denver, Colo 
c Center for Genes, Environment and Health, National Jewish Health, Denver, Colo 
d Division of Allergy and Immunology, National Jewish Health, Denver, Colo 
e Department of Biostatistics and Informatics, University of Colorado Anschutz Medical Campus, Aurora, Colo 
f Department of Medicine, Division of Pulmonary Sciences and Critical Care Medicine, and the Department of Cell and Developmental Biology, University of Colorado School of Medicine, Aurora, Colo 
g Translational Science & Experimental Medicine, Research & Early Development, Respiratory & Immunology, BioPharmaceuticals R&D, AstraZeneca, Gaithersburg 

Corresponding author: Vamsi P. Guntur, MD, MSc, Division of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, National Jewish Health, 1400 Jackson St, Office J221, Denver, CO 80206.Division of PulmonaryCritical Care, and Sleep MedicineNational Jewish Health1400 Jackson StOffice J221DenverCO80206

Abstract

Background

Refractory asthma (RA) remains poorly controlled, resulting in high health care utilization despite guideline-based therapies. Patients with RA manifest higher neutrophilia as a result of increased airway inflammation and subclinical infection, the underlying mechanisms of which remain unclear.

Objective

We sought to characterize and clinically correlate gene expression differences between refractory and nonrefractory (NR) asthma to uncover molecular mechanisms driving group distinctions.

Methods

Microarray gene expression of paired airway epithelial brush and endobronchial biopsy samples was compared between 60 RA and 30 NR subjects. Subjects were hierarchically clustered to identify subgroups of RA, and biochemical and clinical traits (airway inflammatory molecules, respiratory pathogens, chest imaging) were compared between groups. Weighted gene correlation network analysis was used to identify coexpressed gene modules. Module expression scores were compared between groups using linear regression, controlling for age, sex, and body mass index.

Results

Differential gene expression analysis showed upregulation of proneutrophilic and downregulation of ciliary function genes/pathways in RA compared to NR. A subgroup of RA with downregulated ciliary gene expression had increased levels of subclinical infections, airway neutrophilia, and eosinophilia as well as higher chest imaging mucus burden compared to other RA, the dominant differences between RA and NR. Weighted gene correlation network analysis identified gene modules related to ciliary function, which were downregulated in RA and were associated with lower pulmonary function and higher airway wall thickness/inflammation, markers of poorer asthma control.

Conclusions

Identification of a novel ciliary-deficient subgroup of RA suggests that diminished mucociliary clearance may underlie repeated asthma exacerbations despite adequate treatment, necessitating further exploration of function, mechanism, and therapeutics.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Refractory asthma, neutrophilic asthma, ciliary gene expression, asthma pathogenesis

Abbreviations used : BAL, BMI, C, CDRA, CT, DEG, GO, ICS, NR, OCS, RA, SBI, SBL, T2, WGCNA


Plan


 The first 3 authors contributed equally to this article, and all should be considered first author.
 Supported by the Cohen Family Asthma Institute, Epstein Family Chair, and AstraZeneca. AstraZeneca assisted in initial sample collection and genetic analysis.
 Disclosure of potential conflict of interest: R. J. Martin and institution have received a grant from MedImmune, and R. J. Martin has personally received consultancy fees from AstraZeneca and Merck. V. P. Guntur has participated in advisory board for AstraZeneca. The rest of the authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2021  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 149 - N° 6

P. 1970-1980 - juin 2022 Retour au numéro
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