Resumen
Fondo
El estrés oxidativo es clave en las enfermedades inflamatorias de las vías respiratorias. La hemo oxigenasa 1 (HMOX1) regula el estrés oxidativo, pero su papel en las enfermedades de las vías respiratorias necesita exploración.
Métodos
Los genes expresados diferencialmente (DEG) entre la mucosa nasal sana y la rinosinusitis crónica con pólipos nasales (CRSWNP) se identificaron a partir de la expresión génica Omnibus (GEO). Los genes candidatos se seleccionaron aún más utilizando algoritmos de análisis de enriquecimiento del conjunto de genes (GSEA) y bosque aleatorio (RF). La inferencia causal entre los genes candidatos y las enfermedades de la vía aérea superior e inferior (CRSWNP, la rinitis alérgica (AR) y el asma (AS)) se realizó mediante análisis de aleatorización mendeliana de dos muestras (TWOSAMPLEMR). Se utilizaron datos de secuenciación de ARN de células individuales (SCRNA-seq) para determinar la localización celular y las interacciones intercelulares de los genes candidatos. El acoplamiento molecular se usó para identificar posibles agentes terapéuticos.
Resultados
La expresión de HMOX1 se elevó significativamente en CRSWNP. El análisis TWOSAMPLEMR indicó una relación causal negativa entre la exposición a HMOX1 y la aparición de enfermedades de la vía aérea superior e inferior (CRSWNP ((Odds Ratio (OR)/95% de intervalo de confianza (CI): 0.945/(0.893–0.999), P = 0.044), AR (OR/95% CI: 0.997/((9994 – 999), 999), 999), 999). 0.007), y como (o/95% de IC: 0.935/(0.895–0.977), p = 0.003)).
Conclusión
HMOX1 puede tener un papel protector en la patogénesis de las enfermedades de las vías respiratorias superior e inferior (CRSWNP, AR y AS) modulando el estrés oxidativo. Los antioxidantes que aumentan la expresión de HMOX1 podrían ofrecer nuevas vías terapéuticas para estas enfermedades.
Ensayo clínico
No aplicable.
Introducción
La rinosinusitis crónica con pólipos nasales (CRSWNP), rinitis alérgica (AR) y asma (AS) son enfermedades frecuentes del tracto respiratorio superior e inferior que afectan significativamente la salud global, la calidad de vida y el estado socioeconómico. CRSWNP afecta a aproximadamente el 14% de los adultos en los Estados Unidos, alrededor del 10.9% en Europa y alrededor del 8% en China (1). Los pacientes con CRSWNP con frecuencia experimentan congestión nasal, pérdida del olor y dolor facial, lo que lleva a una disminución de la calidad de vida y al aumento de los costos médicos debido a las infecciones y cirugías recurrentes (2). AR afecta hasta el 30% de los adultos y el 40% de los niños en todo el mundo, presentando síntomas como estornudos, picazón, congestión nasal y rinorrea. Estos síntomas interrumpen las actividades diarias y el sueño, creando una carga económica significativa debido a los gastos médicos y las pérdidas de productividad (3, 4). Como afecta a más de 300 millones de personas en todo el mundo, caracterizadas por sibilancias episódicas, dificultad para respirar, opresión del pecho y tos. Esta enfermedad no solo causa una morbilidad y mortalidad graves, sino que también incurre en costos económicos significativos debido a las frecuentes hospitalizaciones y la utilización de la atención médica (5, 6). El concepto de «enfermedad de la vía aérea unida» o «una vía aérea, una enfermedad» enfatiza la interconexión de las vías respiratorias superiores e inferiores. Este concepto indica que las enfermedades que afectan el tracto respiratorio superior, como CRSWNP y AR, a menudo se asocian con enfermedades del tracto respiratorio más bajos como AS. Estas enfermedades comparten vías inflamatorias y mediadores comunes, lo que sugiere que el manejo de una puede afectar positivamente a los demás (7,8,9).
El estrés oxidativo juega un papel crítico en la patogénesis de CRSWNP, AR y AS. Surge de un desequilibrio entre la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la capacidad del cuerpo para desintoxicar estos intermedios reactivos o reparar el daño resultante. En CRSWNP, el estrés oxidativo contribuye a la inflamación crónica y la remodelación del tejido (10). Del mismo modo, en AR, el estrés oxidativo exacerba la inflamación y la hiper-respuesta de la mucosa nasal a los alérgenos (11). En AS, el estrés oxidativo se asocia con la inflamación de las vías respiratorias, la hiperreactividad y la remodelación, contribuyendo a la gravedad y la progresión de la enfermedad (12). La hemo oxigenasa 1 (HMOX1) es una enzima antioxidante esencial que regula el estrés oxidativo al degradar el hemo en biliverdina, hierro libre y monóxido de carbono. HMOX1 ejerce efectos antiinflamatorios y citoprotectores mediante la restauración del equilibrio redox y juega un papel importante en diversas enfermedades inflamatorias (13). En enfermedades cardiovasculares, trastornos neurodegenerativos y síndrome metabólico, HMOX1 mitiga el daño oxidativo y la inflamación, destacando su potencial terapéutico ((14, 15). Aunque se ha demostrado que HMOX1 protege contra el daño e inflamación inducidos por el estrés oxidativo en algunas enfermedades de las vías respiratorias, su papel en CRSWNP, AR y AS permanece subexplicado (16, 17).
Los macrófagos M2 son un subtipo de macrófagos que juegan un papel indispensable en la resolución de la inflamación y la promoción de la reparación de tejidos. A diferencia de los macrófagos M1, que tienen funciones proinflamatorias y están involucrados en la respuesta inmune inicial, los macrófagos M2 producen citocinas antiinflamatorias y factores de crecimiento que facilitan la curación y remodelación de los tejidos (18). Sin embargo, el papel de los macrófagos M2 en las enfermedades inflamatorias de las vías respiratorias sigue siendo controvertido, y muchos estudios sugieren que los macrófagos M2 pueden tener un papel perjudicial en estas condiciones (19).
La aleatorización mendeliana (MR), un diseño de estudio que aprovecha las variantes genéticas asignadas en la concepción, se está volviendo más popular para investigar las relaciones causales porque es menos susceptible a la confusión en comparación con los estudios de observación tradicionales (20). Además, a menudo produce resultados que son más consistentes con los de los ensayos controlados aleatorios.
Este estudio utiliza el análisis de datos de secuenciación a granel, el análisis de datos de secuenciación de células individuales, el análisis bidireccional de twoSAMPLEMR, la inmunohistoquímica y el acoplamiento molecular para dilucidar preliminalmente el papel de HMOX1 en las enfermedades inflamatorias del tracto respiratorio superior e inferior.
Métodos
El diagrama de flujo de este estudio se muestra en la Fig. 1.
Fig. 1Gráfico de flujo de este estudio
Imagen de tamaño completoAnálisis de datos de ARN a granel
Descargamos los datos de ARN a granel de la base de datos de la expresión de genes (GEO) (GEO) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds/consultado el 1 de mayo de 2023) (archivo adicional 1: Tabla S1) (21,22,23,24,25). Estos conjuntos de datos ofrecen perfiles de expresión confiables de CRSWNP, derivados exclusivamente de muestras humanas. Utilizamos los paquetes GGPLOT2 y GGALT R para generar gráficos de análisis de componentes principales (PCA) de los datos transcriptómicos para todas las muestras. El paquete Limma R se empleó para identificar genes expresados diferencialmente (DEG) entre el CRSWNP y los grupos de control sanos, los criterios para identificar los DEG se establecieron en | LOGFC |> 1 y se ajustaron p <0.05. El análisis de enriquecimiento del conjunto de genes (GSEA) (BP: el subconjunto de GO (7608)) se realizó utilizando https://www.bioinformatics.com.cn/consultado el 20 de mayo de 2023, 1 de febrero de 2024. Los genes de intersección entre la ruta y los degs reactome_interleukin_4_and_interleukin_13_signaling se obtuvieron de http://www.ehbio.com/test/venn/#/. El mapa de calor de los genes de intersección también se generó utilizando https://www.bioinformatics.com.cn/. El paquete RandomForest R se utilizó para obtener todos los DEG con puntajes de gran importancia. Los datos de expresión de GSE179265, GSE72713, GSE36830 y GSE23552 se utilizaron para validar la expresión diferencial de HMOX1 entre los grupos de control y CRSWNP.
Diseño de estudio de análisis de RM
Realizamos un análisis de RM de dos muestras bidireccionales para investigar el efecto de la exposición a HMOX1 en CRSWNP o AR o AS, mientras que se adhieren a los tres supuestos fundamentales de MR: (1) las variables instrumentales genéticas (IV) están fuertemente asociadas con la exposición a HMOX1; (2) Los IV son independientes de los factores de confusión (factores de confusión de CRSWNP: Smoking, BMI, AS, AR (26,27,28); Acumuladores de AR: fumar, ingresos familiares, IMC, AS, alergia alimentaria, aspectos cognitivos del logro educativo (29,30,31); factores de confusión de: fumar, IMC, recuento eosinofílico, dislipidemia, microbioma intestinal (32,33,34)); (3) El resultado (CRSWNP o AR o AS) está influenciado únicamente por la exposición a través del IVS. Nuestro análisis utilizó estadísticas resumidas de Estudios de Asociación de Genoma (GWAS) disponibles públicamente de la aplicación Base MR (http://app.mrbase.org/consultado el 20 de abril de 2024, versión de la aplicación: 1.4.3 8A77EB). No se recopilaron nuevos datos, y no se requirió una aprobación ética adicional. Finalmente, se realizó un análisis de MR inverso para mitigar el impacto potencial de CRSWNP o AR o AS en los niveles de expresión de HMOX1.
Fuentes de datos y selección de variantes instrumentales
Los datos genéticos para HMOX1 utilizados en este estudio se obtuvieron de la base de datos de la base de MR (http://app.mrbase.org/consultado el 20 de abril de 2024, versión de la aplicación: 1.4.3 8A77EB) y el sitio web del proyecto IEU Open GWAS (https://gwas.mrcieu.ac.uk/datasets/consultado el 21 de abril de 2024), que contiene una colección de estadísticas resumidas de numerosos GWA. Este recurso permite la identificación manual de instrumentos, lo que permite el uso de estos rasgos como exposiciones identificando GWAS independientes éxitos de estas asociaciones sumarias. Limitamos los análisis a individuos no relacionados que no estaban más estrechamente relacionados que el tercer grado e identificados como blanco de la ascendencia europea basada en el autoinforme y el perfil genético. Los datos de exposición y resultado se obtuvieron del Instituto Europeo de Bioinformática (EBI), BioBank del Reino Unido (UKB) y Finngen (Ronda 10) (FINN) (archivo adicional 1: Tabla S2).
La selección de variables instrumentales para la aleatorización mendeliana bidireccional siguió criterios específicos. Con el nivel de expresión de HMOX1 como factor de exposición y pólipo nasal o AR o como el resultado. Considere el número insuficiente de IV, establecimos un umbral de p <5 × 10^−6 para poli nasal, p <5 × 10^−5 para AR, y p <5 × 10^−5 para AS, luego se realizó el desequilibrio de enlace (LD) (r2 = 0.001 y kb = 10,000) para obtener un solo nucleoticio independiente ...
(Tagstotranslate) HMOX1 (T) Rhinosinusitis crónica con pólipos nasales (T) Rinitis alérgica (T) Astma (T) Enfermedades de las vías respiratorias superior e inferior (T) Sistema de neumología/respiratorio respiratorio
