Abstract
Background: Myeloperoxidase (MPO) and human neutrophil lipocalin or neutrophil gelatinase-associated lipocalin (HNL/NGAL) are stored in neutrophil granulocytes and secreted upon activation of the cells. They have been proposed to reflect the degree of inflammation in the airways. However, their role as potential markers of disease severity in childhood asthma remains unknown. This study investigated the relationship between the expression of MPO and HNL/NGAL and childhood asthma. Methods: A total of 83 pediatric patients with asthma and 59 controls were enrolled. Using enzyme-linked immunosorbent assays, the human MPO and HNL/NGAL levels were measured in sputum supernatants. Assessments including spirometry, methacholine challenge test, and atopy test were conducted. Results: No difference in sputum neutrophil counts was observed between pediatric patients with asthma and controls. However, sputum MPO and HNL/NGAL levels were significantly higher in patients with asthma than in controls (p = 0.021 and p < 0.001, respectively), especially in patients with moderate-to-severe persistent asthma. In patients with asthma, sputum MPO and HNL/NGAL levels showed a positive correlation with sputum neutrophil counts (MPO, r = 0.433, p < 0.001; HNL/NGAL, r = 0.584, p < 0.001) and with each other (r = 0.628, p < 0.001). Moreover, sputum HNL/NGAL level demonstrated better ability to accurately reflect current pulmonary function, airway inflammation, and limitations than MPO level in this study.
Abstract aus Kim MJ, Kim SY, Kim JD, et al. Release of sputum neutrophil granules is associated with pulmonary function and disease severity in childhood asthma. BMC Pulm Med. 2024;24(1):532.
Transfer in die Praxis von Maximilian Jorczyk (Dresden)
Hintergrund
Neben dem Erreichen von Krankheitskontrolle und Remission spielt bei der Diagnostik und Therapie von Asthma bronchiale (AB) im Kindesalter zunehmend die Phänotypisierung der Entzündungsreaktion in den Atemwegen eine wichtige Rolle. Mit der Messung des fraktionierten exhalierten Stickstoffmonoxid (FeNO) steht schon einige Zeit ein Biomarker für eine überwiegend Th2-induzierte eosinophile Inflammation zur Verfügung. Da aber z.B. auch eine allergische Rhinitis ohne ein gleichzeitig vorhandenes AB zu deutlich erhöhten FeNO-Werten führen kann, ist die alleinige Aussagekraft von FeNO limitiert.
Auf der Suche nach neuen spezifischeren Biomarkern bei AB rücken nun auch die nicht eosinophilen Entzündungsmarker der Neutrophilen in den Fokus. Obwohl die genaue pathomechanistische Rolle der Neutrophilen bei AB noch nicht vollständig verstanden ist, haben aktuelle Untersuchungen gezeigt, dass sie unter anderem bei einem Großteil der Exazerbationen im Sputum der Kinder zu finden sind [1].
Die Autoren um Min Jung Kim et al. haben in ihrer Untersuchung induziertes Sputum von Kindern und Jugendlichen mit und ohne AB untersucht. Dabei betrachteten sie nicht nur die Neutrophilenzahl selbst, sondern auch die von den Neutrophilen exprimierten Enzyme Myeloperoxidase (MPO) und Neutrophilen-Gelatinase-assoziiertes Lipocalin (NGAL). Diese Enzyme eigneten sich eher als Target, da sie stärker als die Anzahl selbst mit der Aktivität der neutrophilen Entzündung in den Atemwegen korrelieren.
Ergebnisse der Studie
Es wurden monozentrisch 142 Kinder mit und ohne AB zwischen 5 und 18 Jahren über einen Zeitraum von knapp 5 Jahren untersucht. Dabei wurde die Diagnose AB klinisch und mithilfe von Lungenfunktionstests, einer Methacholin-Provokation und Bronchospasmolyse nach aktuellen GINA (Global Initiative for Asthma)-Standards gesichert.
Patienten mit einer Exazerbation oder akuten Atemwegsinfektionen in den letzten 4 Wochen wurden exkludiert. Die AB-Patienten wurden weiter in «intermittierendes AB», «mild persistierendes AB» und «moderat bis schweres persistierendes AB» unterteilt.
Die Autoren untersuchten im induzierten Sputum sowohl die Zellarten als auch die MPO- und NGAL-Konzentration. Dabei zeigte sich kein relevanter Unterschied in der Neutrophilenzahl im Sputum zwischen der AB- und der Kontrollgruppe. Betrachtete man jedoch MPO und NGAL als Ausdruck der Neutrophilenaktivität waren diese bei Probanden mit AB signifikant erhöht. In der Subgruppenanalyse waren mit steigender Schwere des AB bzw. schlechteren Ergebnissen in der Lungenfunktionsprüfung ebenfalls signifikant höhere MPO- und NGAL-Werte vorhanden.
Dieser Zusammenhang zeigte sich bei der Einsekundenkapazität (forced expiratory volume in 1 second, FEV1), beim forcierten exspiratorischen Fluss während der Ausatmung von 25–75% der forcierten Vitalkapazität (forced expiratory flow at 25–75% of the vital capacity, FEF25–75) und für NGAL auch bei der FEV1 bei der Bronchospasmolyse. Beide Marker korrelierten ebenfalls signifikant mit der Obstruktion der kleinen Atemwege in der Impulsoszillometrie.
Es zeigte sich keine Korrelation zwischen MPO bzw. NGAL und FeNO. Ein Zusammenhang zwischen den Neutrophilen im Sputum und im Serum war ebenfalls nicht vorhanden.
Fazit für die Praxis
Die Autoren um Kim el al. haben mit ihrer Arbeit gezeigt, dass auch Nicht-Th2-Entzündungsmarker für AB im Kindes- und Jugendalter eine relevante Rolle spielen könnten. Die untersuchten Targets korrelierten in der untersuchten Kohorte nicht mit bisher im Fokus stehenden Markern wie FeNO oder der Blut-Eosinophilie, aber robust mit dem Schweregrad des AB und einer ganzen Reihe von relevanten Lungenfunktionsparametern.
Besonders interessant ist, dass die reine Anzahl von Neutrophilen im Sputum keine Rolle zu spielen scheint. Die Zusammenhänge, die Kim et al. zeigen konnten, waren alle nur mit der Neutrophilenaktivität verbunden. MPO und NGAL im induzierten Sputum könnten so zukünftig als zusätzliche diagnostische Marker für Asthma bronchiale im Kindes- und Jugendalter dienen.
Die Limitationen der Untersuchung sind vor allem das monozentrische Design und das verhältnismäßig kleine Kollektiv der Subgruppen. Wie immer bei Grundlagenforschung bleibt abzuwarten, ob die Zusammenhänge auch in größeren und multizentrischen Studien bestehen. Sie könnten, wenn erfolgreich bestätigt, aber zu einem weiteren wichtigen Baustein zur Phänotypisierung, Risikostratifizierung und Therapieoptimierung für diese Patientengruppe werden.
Disclosure Statement
Hiermit erkläre ich, dass keine Interessenskonflikte in Bezug auf den vorliegenden Text bestehen.
