Prospective Cohort Study on Infant Bronchiolitis : The role of Toll-like receptors and allergy in the long-term outcome

Abstract

TAUSTA: Bronkioliitti on viruksen aiheuttama alahengitystieinfektio, joka usein johtaa sairaalahoitoon, erityisesti nuorimmilla imeväisillä. Toistuvat hengenahdistukset ovat yleisiä bronkioliitin jälkeisinä vuosina ja pitkäaikaiset seurantatutkimukset ovat osoittaneet, että näillä lapsilla on korkea riski astman kehittymiseen, joka voi olla pysyvä ainakin varhaiseen aikuisikään saakka. Tunnettuja riskitekijöitä bronkioliitin jälkeisen astman kehittymiselle ovat atooppinen alttius, varhainen tupakansavulle altistuminen, veren eosinofilia bronkioliitin aikana ja rinovirus bronkioliitin aiheuttajana. Nämä riskitekijät eivät kuitenkaan täysin selitä yksilöllisiä eroja bronkioliitin jälkeisessä sairastavuudessa. Variaatio synnynnäisen immuniteetin geeneissä, kuten Tollin kaltaisia reseptoreita (TLR) koodaavissa geeneissä, voi muuttaa alttiutta infektiotaudeille sekä allergisille sairauksille ja siten osaltaan vaikuttaa bronkioliitin ennusteeseen. TLR:ien toiminta on geneettisesti määräytynyttä ja niitä koodavissa geeneissä esiintyy runsaasti polymorfiaa.

TUTKIMUKSEN TAVOITTEET: Tämän väitöskirjatutkimuksen tarkoitus oli tutkia astman ja siihen liittyvien allergisten sairauksien esiintyvyyttä imeväisiän bronkioliitin jälkeen ja verrata astman, allergisen nuhan ja atooppisen ihottuman esiintyvyyttä bronkioliittiryhmän sekä iän ja sukupuolen vakioidun verrokkiryhmän välillä. Tarkoitus oli myös arvioida niitä varhaislapsuuden ja esikouluiän riskitekijöitä, joilla voisi olla merkitystä taudin pitkäaikaisennusteessa. Tutkimuksen tavoitteena oli myös tutkia TLR3, 4, 5, 7, 8, 9 ja 10 geenien yksittäisten nukleotidien polymorfismien merkitystä 5–7-vuoden ennusteen kannalta bronkioliitin jälkeen ja lisäksi vahvistaa havaittu TLR1 ja 10 geenien polymorfismien yhteys bronkioliitin jälkeiseen astmaan 11–13-vuotiaana.

AINEISTO JA MENETELMÄT: Kaiken kaikkiaan 166 lasta, jotka olivat joutuneet sairaalahoitoon bronkioliitin vuoksi alle 6kk iässä, kutsuttiin seurantakäynnille 11–13 vuoden iässä ja 138 heistä osallistui. Aiemmat seurantakäynnit on järjestetty 1,5 ja 5–7 vuoden iässä. Lisäksi tutkimukseen rekrytointiin 112 iän ja sukupuolen suhteen vakioitua kontrollia, jotka eivät olleet sairastaneet bronkioliittia imeväisiässä. Tiedot nykyisistä ja aiemmista lääkärin toteamista astmasta ja allergioista sekä astmaan viittaavista oireista, astmalääkityksistä ja varhaisvaiheen tupakan savulle altistumisesta kerättiin strukturoiduilla kyselykaavakkeilla, jotka olivat identtiset molemmille ryhmille. Keuhkojen toimintaa testattiin virtausspirometrialla ja bronkodilataatiokokeella. Verinäytteet geneettisiä tutkimuksia varten oli saatavilla ainoastaan bronkioliittiryhmän osalta, koska ne oli kerätty tämän kohortin aiemmassa vaiheessa.

TULOKSET: Bronkioliitin jälkeisen astman ilmaantuvuus oli 13,0% bronkioliittiryhmässä ja 10,7% kontrolliryhmässä 11–13 vuoden iässä. Astman ilmaantuvuus oli siis varsin samankaltainen molemmissa ryhmissä, kuten oli myös allergisen ja nuhan ja atooppisen ihottuman ilmaantuvuus. Varhaisvaiheen tupakan savulle altistuminen oli merkittävästi yleisempää bronkioliittiryhmässä kuin kontrolliryhmässä, mutta se ei ollut yhteydessä myöhempään astmariskiin. Respiratory syncytial virus (RSV) oli bronkioliitin yleisin aiheuttaja, mutta virusetiologialla ei ollut merkittävää yhteyttä pitkän aikavälin ennusteeseen. Äidin astma oli merkittävä varhaisvaiheen riskitekijä bronkioliitin jälkeiselle astmalle (vakioitu vetosuhde, englanniksi odds ratio, OR 3.45, 95% luottamusväli, englanniksi confidence interval CI 1.07–11.74). Allerginen nuha sekä ihotestipositiivisuus, joka viittaa allergiseen herkistymiseen, olivat merkittäviä esikouluiän riskitekijöitä (vakioidut ORt 4.06, 95% CI 1.35–12.25 ja 5.01, 95% CI 1.47–17.10). TLR10 rs4129009 variantti genotyyppi oli yhteydessä astmaan 5-7 vuoden iässä (vakioitu OR 4.30, 95% CI 1.30–14.29) ja löydöstä tukien, sekä hengitettävän kortisonilääkityksen käyttöön että pysyvään astmaan 11-13 vuoden iässä (vakioidut ORt 7.02, 95% CI 1.56–31.53 ja 7.69, 95% CI 1.35–43.95). TLR1 rs5743168 variantti genotyyppi oli marginaalisesti yhteydessä hengitettävän kortisonilääkityksen käyttöön 11–13 vuoden iässä (vakioitu OR 4.04, 95% CI 0.99–16.54).

JOHTOPÄÄTÖKSET: 13,0%:lla bronkioliitin vuoksi sairaalahoitoon alle 6 kuukauden iässä joutuneista lapsista oli astma 11–13 vuoden iässä, mikä tarkoittaa kaksinkertaista riskiä tavalliseen kouluikäiseen lapsiväestöön verrattuna. Luku on pienempi kuin aiemmissa bronkioliittitutkimuksissa, jotka on tehty saman ikäisillä lapsilla. Äidin astma ja allerginen nuha sekä ihotestipositiivisuus esikouluiässä olivat riskitekijöitä bronkioliitin jälkeiselle astmalle varhaisessa teini-iässä. Variaatio TLR1 ja TLR10 geeneissä oli yhteydessä bronkioliitin jälkeiseen astmaan, arvioituna astmaan viittaavan hengitettävän kortisonilääkityksen käytöllä 11–13 vuoden iässä. Tämä tulos vahvistaa aiemmat kokeelliset havainnot, jotka tehtiin lasten ollessa 5–7-vuotiaita.

BACKGROUND: Bronchiolitis is a lower respiratory tract infection caused by a virus and often leading to hospitalisation, especially in the youngest infants. Recurrent wheezing episodes are common in the years following the contraction of bronchiolitis, and long-term follow-up studies have shown that children infected as infants are at high risk of developing asthma, which may be persistent at least until early adulthood. Established risk factors for post-bronchiolitis asthma include atopic predisposition, exposure to tobacco smoke in infancy, blood eosinophilia during bronchiolitis and rhinovirus as a causative agent of bronchiolitis. However, these risk factors do not fully explain the differences in individual outcomes. Variations in innate immunity, such as Toll-like receptors (TLRs), may alter the susceptibility to infectious and allergic diseases and, thus, contribute to a person’s outcome. The function of TLRs is genetically determined, and the encoding genes are highly polymorphic.

AIMS: This study had five aims. The first was to investigate the incidence of asthma and related allergic diseases at 11–13 years of age after bronchiolitis in infancy. The second was to compare the prevalence of asthma, allergic rhinitis and atopic eczema in the original bronchiolitis group and age- and sex-matched control group. The third was to evaluate the clinical factors in early childhood and at preschool age that could have value in predicting the long-term prognosis. The fourth objective was to evaluate the role of single nucleotide polymorphisms (SNPs) of TLR 3, 4, 5, 7, 8, 9 and 10 genes in the post-bronchiolitis outcome at 5–7 years of age. The fifth and final aim was to confirm the associations between the SNPs of TLR1 and TLR10 genes and post-bronchiolitis asthma at 11–13 years of age. MATERIAL AND METHODS: In all, 166 children hospitalised for bronchiolitis under 6 months of age were invited to a follow-up visit at 11–13 years of age, and 138 of them attended. Earlier follow-up visits were arranged at 1.5 and 5–7 years of age. In addition, a control group of 112 children, matched with age and gender and with no history of bronchiolitis in infancy, were recruited for the follow-up study of 11–13-year-olds. Data on current and past doctor-diagnosed asthma and allergies were collected by structured questionnaires identical for both groups. Also, the questionnaire collected data on asthma medications, asthma presumptive symptoms and early-life exposures to tobacco smoke. Lung function was tested with flow-volume spirometry and a bronchodilation test. Blood samples for genetic studies were available only for the bronchiolitis group as the samples were obtained during earlier phases of this cohort study. RESULTS: The prevalence of asthma was 13.0% in the bronchiolitis group and 10.7% in the control group at 11–13 years of age. Thus, the prevalence of asthma was rather similar in both groups, as was the prevalence of allergic rhinitis and atopic eczema. Early-life tobacco smoke exposure was significantly more common among the former bronchiolitis patients than in the control group, but it was not associated with the later asthma risk. Respiratory syncytial virus (RSV) was the major causative agent of bronchiolitis, but viral aetiology was not significantly associated with the long-term outcome. Maternal asthma was a significant early-life risk factor for post-bronchiolitis asthma (adjusted odds ratio (OR) 3.45, 95% confidence interval (95% CI) 1.07–11.74). Allergic rhinitis and skin prick test (SPT) positivity, which is an indicator of allergic sensitisation, were risk factors at preschool age (adjusted ORs 4.06, 95% CI 1.35–12.25, and 5.01, 95% CI 1.47–17.10, respectively). The TLR10 rs4129009 variant genotype was significantly associated with current asthma at 5–7 years of age (adjusted OR 4.30, 95% CI 1.30–14.29) and, supporting this finding, with both current inhaled corticosteroid (ICS) use and persistent asthma at 11–13 years of age (adjusted ORs 7.02, 95% CI 1.56–31.53, and 7.69, 95% CI 1.35–43.95, respectively). In addition, the TLR1 rs5743168 variant genotype was marginally associated with current ICS use at 11–13 years of age (adjusted OR 4.04, 95% CI 0.99–16.54).

CONCLUSIONS: In those children 11–13 years of age who were hospitalised for bronchiolitis before 6 months of age, the 13.0% prevalence of asthma means a two-fold asthma risk compared to the general school-aged child population. The percentage is lower than in previous post-bronchiolitis studies performed at the same age. Maternal asthma, as well as allergic rhinitis and SPT positivity at preschool age were predictors of post-bronchiolitis asthma at early teenage years. Variations in the TLR1 and TLR10 genes were significantly associated with post-bronchiolitis asthma, assessed with an asthma surrogate—specifically, ICS use for asthma at 11–13 years of age. This result confirms the earlier exploratory observations made when the children were 5–7 years of age.