Resumen
Antecedentes
El enfisema pulmonar se produce con frecuencia en adultos mayores, a menudo sin limitación del flujo de aire. Su presencia predice síntomas, hospitalizaciones respiratorias y muertes, y mortalidad por todas las causas. La proteómica puede proporcionar más información sobre la patogénesis de enfisema e informar los objetivos terapéuticos.
Objetivo
Realizamos un análisis de descubrimiento proteómico del porcentaje de enfisema en la tomografía computarizada (TC) en una muestra multiétnica basada en la población del estudio de la aterosclerosis multiétnica (MESA) del estudio pulmonar. La replicación se realizó en dos estudios basados en la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), las subpoblaciones y las medidas de resultado intermedias en el estudio de EPOC (Spiromics) y el estudio de epidemiología genética de la EPOC (COPDGEN).
Métodos
Mesa reclutó a participantes de la población general en 2000-02. El estudio de pulmón Mesa realizó tomografías computarizadas de pulmón completo en 2010-12. El porcentaje de enfisema se definió como el porcentaje de voxels de pulmón <-950 unidades Hounsfield. Se midieron más de 7.200 aptámeros de plasma a través de Somascan. Los modelos de regresión de contracción y selección de selección lineal y de selección de la sección transversal (LASSO) se ajustaron para la demografía, la antropometría, el tabaquismo, la función renal y los parámetros del escáner. La significación estadística se definió como una tasa de descubrimiento falso de valor P <0.05. Se realizaron análisis de ontología genética (GO)/enriquecimiento de reactoma. Se evaluó el rendimiento predictivo de las proteínas seleccionadas a lasso.
Resultados
Entre los 2.504 participantes en el estudio pulmonar Mesa, la edad media fue de 69.4 años, 1.291 habían fumado y el pulmón mediano porcentaje similar al enfisema fue del 1,4%. En total, 1.234 aptámeros se asociaron significativamente con el porcentaje de enfisema en el estudio pulmonar mesa, y 35 replicaron en los estudios de espirómica y copdgene. Las nuevas asociaciones incluyeron la familia de proteínas con similitud de secuencia (FAM) 177A1, Syntenin-2, ubiquitina carboxil-terminal hidrolasa 25 y proteína no caracterizada C20ORF173. Las proteínas asociadas con ENFYSEMA Identificadas previamente identificadas incluyeron receptor de producto de glucosilación avanzada soluble (SRAGE), proteína S100-A12, el grupo de alta movilidad de alta movilidad proteína B1 y homólogo de la rotonda 2. Análisis de enriquecimiento identificados 40 procesos biológicos GO, incluidas la producción de quimiocinas y la regulación de la regulación celular y la regulación de la celda de la celda y la regulación de la reacción de los reactenciones, incluidas las vías de reacción. En la validación cruzada de diez veces, las nuevas proteínas fueron retenidas en gran medida por LASSO (R2 = 5.4%), un rendimiento general mejorado del modelo (R2 = 24.8%) y explicó de manera única una mayor varianza en el porcentaje de enfisema.
Conclusiones
Este análisis en una muestra de población general identificó proteínas novedosas y previamente caracterizadas cuyos roles funcionales fueron validados por vías enriquecidas con GO/reactoma, ofreciendo nuevas ideas sobre la fisiopatología y la terapéutica de enfisema.
Introducción
La enfermedad respiratoria inferior crónica (CLRD) fue la tercera causa de muerte en todo el mundo en 2019 (1). La mayor parte de la mortalidad por CLRD es de enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), definida fisiológicamente como el volumen espiratorio forzado en 1 s (FEV1) hasta la relación de capacidad vital forzada (FVC) <70% (2), y enfisema pulmonar, definido morfológicamente mediante la destrucción de paredes alveolares distales a los bronquiolos terminales con agrandamiento resultante de espacios aéreos (3).
El enfisema en la autopsia es frecuente en la población general (4). El enfisema evaluado cuantitativamente en la tomografía computarizada (TC) como el porcentaje de pulmón similar al enfisema (en adelante, el enfisema) también es común y solo se asocia modestamente con la EPOC de definición espirométrica ((5, 6). El porcentaje de enfisema se asocia con la limitación de la actividad, la función pulmonar deteriorada, el aumento de los síntomas respiratorios, las hospitalizaciones y la mortalidad, y la mortalidad por todas las causas en la población general, independientemente de la limitación del flujo de aire y entre aquellos sin EPOC ((7,8,9,10). Además, el porcentaje de enfisema evaluado cuantitativamente en la TC, demostrado que es muy repetible (11), puede ser una medida útil para el descubrimiento de biomarcadores circulantes clínicamente significativos para el enfisema, ya que es más específico que la obstrucción espirométrica y actúa como una medida subclínica de enfisema.
La comprensión de las asociaciones de proteínas en plasma con enfisema puede ser útil para descubrir vías y terapias, particularmente en muestras no seleccionadas en la EPOC. La única terapia personalizada para el enfisema se basa en el descubrimiento de una proteína faltante en suero, cuya repletación es modificadora de la enfermedad. En 1963, Carl-Bertil Laurell y Sten Eriksson notaron un patrón electroforético de proteína alfa-1 faltante en 5 pacientes, la mayoría de los cuales tenían un enfisema severo (12). Un ensayo controlado aleatorizado posterior de terapia de aumento en pacientes con deficiencia de alfa-1-antitripsina y un FEV1 <80% del predicho demostró una desaceleración de la progresión de enfisema evaluada cuantitativamente en la TC ((13). El examen a gran escala del proteoma plasmático puede, por lo tanto, proporcionar información mecanicista sobre la patogénesis del enfisema y, en última instancia, conducir a mejoras en su prevención y tratamiento.
Se han realizado estudios de descubrimiento proteómico de muestra de gran muestra previos en enfisema en cohortes que sobremostinearon la EPOC (EPD (14,15,16,17,18,19). Este enfoque puede producir estimaciones sesgadas del riesgo de rasgos cuantitativos, como el porcentaje de enfisema asociado con la EPOC cuando se desconocen las fracciones de muestreo, como es típicamente el caso. Además, la mayoría de estos análisis se han limitado a los participantes con un historial de fumar pesado, que es un factor de riesgo importante pero lejos del único factor de riesgo (20). La identificación de proteínas que están asociadas con el porcentaje de enfisema en una muestra de población general que no exponde la EPOC puede, por lo tanto, proporcionar información relativamente imparcial sobre la patobiología y el riesgo de enfisema y puede estar menos confundido por el tabaquismo. Además, si bien el muestreo de una población enfermo basada en la limitación del flujo de aire en un análisis transversal puede conducir a una causalidad inversa, donde la enfermedad misma influye en las concentraciones de proteínas plasmáticas, estudiar proteínas en una población menos enferma utilizando una medida subclínica temprana puede identificar con mayor precisión las proteínas involucradas en la patogénesis del enfisema. Por último, los estudios anteriores tenían una representación racial/étnica limitada, tamaños de muestra relativamente pequeños o típicamente examinaron solo un repertorio limitado de proteínas (14,15,16,17,18,19).
Por lo tanto, examinamos las asociaciones de proteínas plasmáticas con porcentaje de enfisema en una muestra multiétnica basada en la población utilizando Somascan, una plataforma proteómica que mide miles de proteínas.
Métodos
Estudiar muestras
El estudio multiétnico de la aterosclerosis (MESA) reclutó a 6.814 participantes de seis comunidades que se identificaron como la raza/etnia blanca, negra, hispana o asiática por 2000 criterios del censo de los Estados Unidos, tenían 45 a 84 años de edad y libre de enfermedad cardiovascular clínica en 2000–02 (21). El estudio de pulmón Mesa inscribió al azar 3.965 participantes de MESA que consintieron en el análisis genético, se sometieron a medidas basales de la función endotelial y asistieron a un examen durante su período de reclutamiento en 2004-06 con exhibición de asiáticos (22). De 3.137 participantes que se sometieron a una tomografía computarizada de pulmón completo entre 2010 y 12 en el examen 5, incluimos todos con perfiles proteómicos plasmáticos disponibles y datos covariables, independientemente de un diagnóstico previo de enfisema o EPOC.
La replicación se realizó en las subpoblaciones y las medidas de resultado intermedias en el estudio de EPOC (Spiromics), un estudio multicéntrico y longitudinal que inscribió a 2.981 individuos (principalmente autoinformado de raza/etnia blanca y negra, así como un paquete de copa de copago, indio, indio estadounidense, y otro pacífico) con ≥ 20 años, sin copa, sin copa, y otros 20 años, sin copa, sin copd, sin copa, sin copdis, sin copd, sin copa, sin copa, sin copdis, sin copdis, sin copd, sin copd, sin copd. Además de los controles de no fumar entre 2010-15 (23). De 2.981 participantes con datos de CT de pulmón completo en la visita 1 de 2010-12, incluimos todos con perfiles proteómicos de plasma disponibles y datos covariables.
La replicación también se realizó en el estudio de epidemiología genética del EPOC (COPDGENE), otro estudio multicéntrico y longitudinal que inscribió a 10,652 participantes (raza blanca y negra no hispana autoinformada) 45–80 años de edad con ≥ 10 paquetes de fumar con fumar y sin COPD, además de los controles no sacudidos entre los controles de 2008-11 ((11 (((24). De 6.120 participantes con datos de CT de pulmón completo en la fase dos desde 2012-17, incluimos todos con perfiles proteómicos plasmáticos disponibles y datos covariables.
Proteómica
Las proteínas se cuantificaron usando Somascan (Somalogic, Inc., Boulder, CO, EE. UU.), Una plataforma proteómica de alto rendimiento que utiliza aptámeros modificados como reactivos de unión (25, 26). Los aptámeros unidos se cuantificaron mediante microarrays de hibridación y se midieron en unidades de fluorescencia relativa. La plataforma tiene una excelente especificidad y precisión, con un coeficiente medio de variación <6% (25,26,27,28,29).
La versión 4.1 de Somascan se utilizó en el estudio de pulmón Mesa y la espirómica, y la versión 4.0 en el estudio Copdgene. Las versiones 4.1 y 4.0, respectivamente, midieron 7,289 y 4,979 aptámeros que mapean a 6,401 y 4,776 proteínas humanas únicas que pertenecen a grupos biológicos amplios, incluidos receptores, quinasas, citocinas, protegidas, factores de crecimiento, inhibidores de proteasas, hormonas y proteínas estructurales (((27, 28).
Imagen
El estudio pulmonar Mesa y Spiromics adquirieron tomografías computarizadas de pulmón completo siguiendo el mismo protocolo (30) con entrenamiento estandarizado a la capacidad pulmonar total. La dosis del escáner se basó en el índice de masa corporal (IMC): 145 mA para 20 kg/m2, 180 mA para 20–30 kg/m2 y 270 mA para 30 kg/m2 (31). Las tomografías computarizadas en el estudio de copdgene se adquirieron utilizando un protocolo estandarizado a capacidad pulmonar total con una dosis fija de 200 mA (32). Los fabricantes de escáner incluyeron General Electric y Siemens en todas las cohortes, y Philips en el estudio Copdgene. El porcentaje de enfisema se definió como el porcentaje de voxels de pulmón totales <−950 unidades Hounsfield ...
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