Email this article Markers of eosinophilic inflammation of airways in patients with fungal sensitilization
- Authors: Vasiliev N.Y.1, Kozlova Y.I.1, Frolova E.V.1, Uchevatkina A.E.1, Filippova L.V.1, Aak O.V.1, Sobolev A.V.1, Vasilieva N.V.1
-
Affiliations:
- North-Western State I. Mechnikov Medical University
- Issue: Vol 26, No 4 (2023)
- Pages: 547-552
- Section: Forum Sochi 2023
- Submitted: 09.07.2023
- Accepted: 12.07.2023
- Published: 22.09.2023
- URL: https://rusimmun.ru/jour/article/view/13616
- DOI: https://doi.org/10.46235/1028-7221-13616-MOE
- ID: 13616
Cite item
Full Text
Abstract
Immunological characteristics of airway inflammation in asthma patients with sensitization to various fungal allergens are not well understood, and the search for new markers is necessary to establish future targets for targeted therapy. The purpose of our study was to assess the levels of eosinophilic inflammation markers of the respiratory tract in patients with severe asthma and allergic bronchopulmonary aspergillosis, depending on the spectrum of fungal sensitization.
The study included 31 patients with severe asthma with fungal sensitization and 29 patients with allergic bronchopulmonary aspergillosis (ABPA). The levels of total, specific IgE to fungal allergens and periostin in blood serum were determined by enzyme immunoassay. The study of basophil activation was performed by flow cytometry.
The patients with severe asthma and sensitization to Aspergillus spp. and Alternaria spp. had significantly higher levels of eosinophils, periostin, and stimulation index to Alternaria spp. in the basophil activation test when compared with the group of asthma patients with sensitization to Aspergillus spp. only. In patients with ABPA with combined sensitization, we have found significantly higher levels of eosinophils, periostin, and stimulation index to Alternaria spp.
The finding of pronounced eosinophilic type of inflammation in patients with asthma and combined sensitization to thermotolerant and thermolabile fungi may result from aggressive effect of fungal allergens on the barrier functions of bronchial epithelium, which should be taken into account when choosing therapeutic strategy and administration of immunobiological therapy.
Full Text
Введение
На современном этапе отмечено увеличение доли пациентов с тяжелым течением бронхиальной астмы (БА), для которых характерны высокая частота жизнеугрожающих обострений, значительное снижение функции легких и резистентность к стандартной терапии [4, 6]. Несмотря на достигнутый прогресс в лечении БА, изучение факторов способных влиять на контроль и развитие тяжелого течения заболевания, остается одной из самых обсуждаемых проблем современной медицины [9]. В последние годы растет внимание к этиопатогенетической роли различных микроскопических грибов, особое место среди которых, занимают Aspergillus spp. и Alternaria spp. [1].
Термотолерантные нитевидные грибы Aspergillus spp. способны размножаться при температуре человеческого тела. Благодаря этому Aspergillus spp. не только сенсибилизируют пациентов с атопией, но и колонизируют дыхательные пути, что может приводить к развитию аллергического бронхолегочного аспергиллеза (АБЛА) [1]. Термолабильные грибы Alternaria spp. выступают только в роли аэроаллергенов. Иммунологические характеристики воспаления дыхательных путей у больных БА с сенсибилизацией к различным грибковым аллергенам изучены недостаточно, поиск новых маркеров необходим для установления будущих мишеней таргетной терапии [8].
Цель – оценить уровень маркеров эозинофильного воспаления дыхательных путей у больных тяжелой бронхиальной астмой и аллергическим бронхолегочным аспергиллезом в зависимости от спектра микогенной сенсибилизации.
Материалы и методы
В исследование включили 31 больного тяжелой БА с микогенной сенсибилизацией (средний возраст – 50,8±2,6 года, 77,4% женщин) и 29 больных АБЛА (средний возраст – 45,9±3,0 года, 64,0% женщин), которые проходили стационарное или амбулаторное лечение в ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Минздрава России.
Уровни общего и специфических IgE к аэроаллергенам («Алкор Био», Россия), содержание периостина (R&D Systems, США) определяли в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа. Изучение активации базофилов проводили методом проточной цитометрии с использованием набора Allerginicity kit (Cellular Analysis of Allergy, Beckman Coulter). Идентификацию базофилов осуществляли с помощью маркеров CD3-CRTH2+ (CRTH2-хемоаттрактантный рецептор, который присутствует как на Тh2, так и на базофилах), а выявление активации базофилов – по увеличению содержания клеток с высокой экспрессией CD203c. Индекс стимуляции (ИС) рассчитывали как отношение процента активированных базофилов в пробе с аллергеном к проценту их спонтанной активации в отрицательном контроле.
Микогенную сенсибилизацию и аллергический бронхолегочный аспергиллез (АБЛА) устанавливали согласно рекомендациям рабочей группы ISHAM (International Society for Human and Animal Mycology, 2013). Критериями микогенной сенсибилизации было выявление в сыворотке крови уровня специфического IgE к Aspergillus spp. или Alternaria spp., соответствующего классу 1 и выше (≥ 0,35 МЕ/мл) [2].
Полученные в процессе исследования данные обрабатывали с помощью программной системы STATISTICA 10 (StatSoft, США).
Результаты и обсуждение
Больные тяжелой БА были разделены на группы: первую группу составили 15 больных с сочетанной сенсибилизацией к Aspergillus spp. и Alternaria spp., во вторую группу включили 16 больных с сенсибилизацией только к Aspergillus spp. (табл. 1). По возрасту и полу группы были сопоставимы. У больных БА в группе 1 по сравнению с группой 2 установили значимо более высокие уровни эозинофилов (0,47 (0,39-0,72) 109/л vs 0,23 (0,17-0,41) 109/л, p = 0,003) и периостина (37,7 (25,5-51,9) нг/мл vs 20,0 (11,0-27,5) нг/ мл, p = 0,016). Анализ показателей теста активации базофилов выявил значимое увеличение ИС Alternaria spp. в группе с сочетанной сенсибилизацией (1,72 (1,60-1,86) vs 1,10 (0,88-1,62), p = 0,031). Уровень общего IgE и показатель ИС Aspergillus spp. в группах значимо не различались (p = 0,385 и р = 0,62 соответственно).
ТАБЛИЦА 1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАРКЕРОВ ВОСПАЛЕНИЯ У ПАЦИЕНТОВ С ТЯЖЕЛОЙ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАЛИЧИЯ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ К ASPERGILLUS SPP. И ALTERNARIA SPP., n = 31
TABLE 1. COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF INFLAMMATION MARKERS IN PATIENTS WITH SEVERE ASTHMA, DEPENDING ON THE PRESENCE OF SENSITIZATION TO ASPERGILLUS SPP. AND ALTERNARIA SPP., n = 31
Показатель Parameter | Группа 1 Aspergillus spp. (+) Alternaria spp. (+) Group 1 Alternaria spp. (+) Aspergillus spp. (+) (n = 15) | Группа 2 Aspergillus spp. (+) Group 2 Aspergillus spp. (+) (n = 16) | p* |
sIgE к Aspergillus spp., МЕ/мл sIgE to Aspergillus spp., IU/mL | 0,98 (0,75-1,25) | 0,89 (0,60-1,52) | 0,721 |
sIgE к Alternaria spp., МЕ/мл sIgE to Alternaria spp., IU/mL | 0,37 (0,36-0,65) | 0,03 (0,01-0,08) | 0,000 |
IgE общий, МЕ/мл IgE total, IU/mL | 369,0 (61,0-866,0) | 192,0 (52,0-788,0) | 0,385 |
Эозинофилы, × 109/л Eosinophils, × 109/L | 0,47 (0,39-0,72) | 0,23 (0,17-0,41) | 0,003 |
Периостин, нг/мл Periostin, ng/mL | 37,7 (25,5-51,9) | 20,0 (11,0-27,5) | 0,016 |
ИС Aspergillus spp. IS Aspergillus spp. | 2,06 (1,29-4,40) | 2,37 (1,58-10,45) | 0,620 |
ИС Alternaria spp. IS Alternaria spp. | 1,72 (1,60-1,86) | 1,10 (0,88-1,62) | 0,031 |
Примечание. * – значимость критерия Манна–Уитни при попарных сравнениях.
Note. *, significance of the Mann–Whitney test in pairwise comparisons.
Больные АБЛА также были разделены на группы в зависимости от спектра микогенной сенсибилизации: первую группу составили 15 больных с сенсибилизацией к Aspergillus spp. и Alternaria spp., во вторую группу включили 14 больных с сенсибилизацией только к Aspergillus spp. (табл. 2). По демографическим показателям группы не различались. У больных АБЛА в группе 1 по сравнению с группой 2 зарегистрировали значимо более высокие уровни эозинофилов (0,73 (0,51-1,39) 109/л vs 0,35 (0,32-0,47) 109/л, p = 0,002) и периостина (39,1 (33,3-64,6) нг/мл vs 30,1 (23,2-32,4) нг/мл, p = 0,003). В группе АБЛА с сочетанной сенсибилизацией ИС Alternaria spp. был значимо выше, медианный показатель составил (16,50 (4,81-17,70) vs 1,03 (0,90-1,75), p = 0,011). Уровень общего IgE, а также ИС Aspergillus spp. в группах значимо не различались (p = 0,064 и р = 0,433 соответственно).
ТАБЛИЦА 2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАРКЕРОВ ВОСПАЛЕНИЯ У ПАЦИЕНТОВ C АБЛА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАЛИЧИЯ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ К ASPERGILLUS SPP. И ALTERNARIA SPP., n = 29
TABLE 2. COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF INFLAMMATION MARKERS IN ABPA PATIENTS DEPENDING ON THE PRESENCE OF SENSITIZATION TO ASPERGILLUS SPP. AND ALTERNARIA SPP., n = 29
Показатель Parameter | Группа 1 Aspergillus spp. (+) Alternaria spp. (+) Group 1 Alternaria spp. (+) Aspergillus spp. (+) (n = 15) | Группа 2 Aspergillus spp. (+) Group 2 Aspergillus spp. (+) ( n = 14) | p* |
sIgE к Aspergillus spp., МЕ/мл sIgE to Aspergillus spp., IU/mL | 13,68 (3,58-20,90) | 1,63 (0,69-7,61) | 0,013 |
sIgE к Alternaria spp., МЕ/мл sIgE to Alternaria spp., IU/mL | 0,40 (0,38-4,75) | 0,01 (0,01-0,04) | 0,000 |
IgE общий, МЕ/мл IgE total, IU/mL | 2090,0 (1150,0-3000,0) | 1123,5 (518,0-1870,0) | 0,064 |
Эозинофилы, × 109/л Eosinophils, × 109/L | 0,73 (0,51-1,39) | 0,35 (0,32-0,47) | 0,002 |
Периостин, нг/мл Periostin, ng/mL | 39,1 (33,3-64,6) | 30,1 (23,2-32,4) | 0,003 |
ИС Aspergillus spp. IS Aspergillus spp. | 19,80 (17,14-54,22) | 21,11 (14,95-29,14) | 0,433 |
ИС Alternaria spp. IS Alternaria spp. | 16,50 (4,81-17,70) | 1,03 (0,90-1,75) | 0,011 |
Примечание. * – значимость критерия Манна–Уитни при попарных сравнениях.
Note. *, significance of the Mann–Whitney test in pairwise comparisons.
Признанными и наиболее доступными в рутинной практике маркерами воспаления дыхательных путей при БА являются эозинофилы периферической крови [5]. Эозинофилы могут вносить свой вклад в патофизиологию грибковой астмы, увеличивая гиперреактивность дыхательных путей, активируя Th2-клетки и вызывая ремоделирование дыхательных путей [9]. В группах БА и АБЛА с сочетанной сенсибилизацией к термотолерантным и термолабильным микромицетам продемонстрирована гиперпродукция IgE, рекрутирование эозинофилов и выработка аномального воспалительного ответа в дыхательных путях, вызванная стимуляцией Aspergillus spp. и Alternaria spp. Известно, что у данной категории пациентов это может сопровождаться избыточной продукцией муцина, инфильтрацией муцина бронхов эозинофилами и приводить к более тяжелому течению заболевания. Таким образом, полученные нами данные соответствуют сформированным ранее представлениям о доминировании эозинофильного воспаления, развивающегося в дыхательных путях больных БА с микогенной сенсибилизацией [10]. Значимые повышения показателя ИС в исследуемых группах свидетельствуют о возможности использования теста активации базофилов в диагностике микогенной аллергии.
В настоящее время периостин рассматривают не только как универсальный маркер эозинофильного воспаления и уровня контроля БА, но и предиктор нестабильного течения заболевания [3]. Динамические изменения уровня периостина позволяют оценить эффективность объема стероидной терапии, а также периостин применяют как предиктор эффективности моноклональных антител к IL-13 [7]. Китайские ученые выявили взаимосвязь уровней периостина, общего IgE и sIgE к Aspergillus fumigatus с уровнями IL-5 и количеством эозинофилов периферической крови [11]. Полученные в ходе нашей работы данные также свидетельствуют о перспективности дальнейшего исследования периостина в качестве дополнительного маркера у больных с микогенной сенсибилизацией.
Заключение
Установленный выраженный эозинофильный тип воспаления у больных БА с сочетанной сенсибилизацией к термотолерантным и термолабильным грибам может быть следствием агрессивного воздействия грибковых аллергенов на барьерные функции эпителия бронхиального дерева, что необходимо учитывать при выборе терапевтической тактики и назначении иммунобиологической терапии.
About the authors
Nikolay Y. Vasiliev
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Author for correspondence.
Email: wwjd2000@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0793-2831
SPIN-code: 2150-3380
ResearcherId: ABX-3797-2022
Postgraduate Student, Department of Clinical Mycology, Allergology and Immunology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgYa. I. Kozlova
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: kozlova510@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4602-2438
SPIN-code: 5842-6039
PhD (Medicine), Associate Professor, Research Laboratory of Immunology and Allergology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgE. V. Frolova
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: ekaterina.frolova@szgmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7696-2236
SPIN-code: 9904-8776
PhD (Medicine), Head, Research Laboratory of Immunology and Allergology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgA. E. Uchevatkina
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: a.uchevatkina@szgmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6688-7781
SPIN-code: 3001-4022
PhD (Medicine), Senior Research Associate, Research Laboratory of Immunology and Allergology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgL. V. Filippova
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: larisa.filippova@szgmu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4167-7440
SPIN-code: 6810-0871
PhD (Medicine), Senior Research Associate, Research Laboratory of Immunology and Allergology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgO. V. Aak
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: wwjd2000@mail.ru
PhD (Chemistry), Leading Research Associate, Research Laboratory of Immunology and Allergology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgA. V. Sobolev
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: sobolev757@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-7866-1878
SPIN-code: 5448-4106
PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Clinical Mycology, Allergology and Immunology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgN. V. Vasilieva
North-Western State I. Mechnikov Medical University
Email: mycobiota@szgmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6095-7531
SPIN-code: 9215-4069
PhD, MD (Biology), Professor, Director, P. Kashkin Research Institute of Medical Mycology, North-Western State I. Mechnikov Medical University
Russian Federation, St. PetersburgReferences
- Agarwal R. Severe asthma with fungal sensitization. Curr. Allergy Asthma Rep., 2011, Vol. 11, no. 5, pp. 403-413.
- Agarwal R., Chakrabarti A., Shah A., Gupta D., Meis J.F., Guleria R., Moss R., Denning D.W. Allergic bronchopulmonary aspergillosis: review of literature and proposal of new diagnostic and classification criteria. Clin. Exp. Allergy, 2013, Vol. 43, no. 8, pp. 850-873.
- Corren J., Pham T.H., Garcia Gil E., Sałapa K., Ren P., Parnes J.R., Colice G., Griffiths J.M. Baseline type 2 biomarker levels and response to tezepelumab in severe asthma. Allergy, 2022, Vol. 77, no. 6, pp. 1786-1796.
- Goh K.J., Yii A.C.A., Lapperre T.S., Chan A.K., Chew F.T., Chotirmall S.H., Koh M.S. Sensitization to Aspergillus species is associated with frequent exacerbations in severe asthma. J. Asthma Allergy, 2017, Vol. 10, pp. 131-140.
- Johansson M.W. Activation states of blood eosinophils in asthma. Clin. Exp. Allergy, 2014, Vol. 44, no. 4, pp. 482-498.
- Kao C.C., Hanania N.A., Parulekar A.D. The impact of fungal allergic sensitization on asthma. Curr. Opin. Pulm. Med., 2021, Vol. 27, no. 1, pp. 3-8.
- Liu Y., Zhang S., Chen R., Wei J., Guan G., Zhou M., Dong N., Cao Y. Meta-analysis of randomized controlled trials for the efficacy and safety of anti-interleukin-13 therapy with lebrikizumab in patients with uncontrolled asthma. Allergy Asthma Proc., 2018, Vol. 39, no. 5, pp. 332-337.
- Rapeport W.G., Ito K., Denning D.W. The role of antifungals in the management of patients with severe asthma. Clin. Transl. Allergy, 2020, Vol. 10, 46. doi: 10.1186/s13601-020-00353-8.
- Tiwary M., Samarasinghe A.E. Initiation and pathogenesis of severe asthma with fungal sensitization. Cells, 2021, Vol. 10, no. 4, 913. doi: 10.3390/cells10040913.
- Wardlaw A.J., Rick E.-M., Ozyigit L. Pur., Scadding A., Gaillard E.A., Pashley C.H. New perspectives in the diagnosis and management of allergic fungal airway disease. J. Asthma Allergy, 2021, Vol. 14, pp. 557-573.
- Wu G., Meng X., Zheng P., Zhang X.D., Li L., Hu H., Sun B. Elevated serum levels of periostin in patients with allergic bronchopulmonary aspergillosis. Mycoses, 2019, Vol. 62, no. 9, pp. 780-789.
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).