Prospective Bronchiolitis Cohort Study : Interleukin 17 gene polymorphisms in bronchiolitis, post-bronchiolitis asthma and lung function

Abstract

<b>Tausta</b>: Viruksen aiheuttama bronkioliitti eli ilmatiehyttulehdus on imeväisikäisen alempien hengitysteiden tulehdus, ja se on myös yleisin syy imeväisikäisen sairaalahoitoon. Toistuvat hengenahdistukset ovat yleisiä bronkioliitin jälkeisinä vuosina. Sairaalahoitoisen bronkioliitin jälkeen on kuvattu keuhkojen toimintahäiriöitä, ja pitkäaikaisseurantatutkimusten perusteella bronkioliitin sairastaneilla lapsilla on suurentunut riski sairastua myöhemmin astmaan. Yksilön perimällä on suuri vaikutus sekä bronkioliitin vaikeusasteeseen, että bronkioliitin jälkeiseen astmasairastavuuteen. Interleukiini (IL)-17A ja -17F ovat tulehdusta pääsääntöisesti voimistavia sytokiineja, jotka on aiempien tutkimusten perusteella yhdistetty tulehduksiin ja astmaan. Variaatiot geeneissä, jotka koodittavat IL-17A (IL17A) ja IL-17F (IL17F) tuotantoa, saattavat olla yhteyksissä bronkioliitin vaikeusasteeseen ja bronkioliitin jälkeiseen astmasairastavuuteen.

<b>Tavoitteet</b>: Tämän väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli tutkia IL17 geenien (IL17A rs2275913, IL17A rs4711998, IL17A rs8193036, IL17F rs763780, IL17F rs11465553 ja IL17F rs7741835) yksittäisten nukleotidien polymorfismien yhteyttä alle puolivuotiaana sairastetun bronkioliitin vaikeusasteeseen tai bronkioliitin aiheuttajavirukseen, sekä yhteyttä sairastetun bronkioliitin jälkeiseen astman esiintyvyyteen esikoulu- ja kouluiässä. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin IL17A ja IL17F geenipolymorfismien vaikutusta keuhkofunktioon sairastetun bronkioliitin jälkeen. Tavoitteena oli myös selvittää IL17A ja IL17F geenipolymorfismin esiintymistä bronkioliittiin sairastuneilla lapsilla verrattuna yleisesti suomalaiseen väestöön käyttäen verrokkeina saatavilla olevia geenitietokantoja.

<b>Menetelmät</b>: Tutkimukseen otettiin mukaan 166 aiemmin tervettä, täysiaikaisena syntynyttä alle kuuden kuukauden ikäistä imeväistä, jotka joutuivat bronkioliitin vuoksi sairaalahoitoon. Bronkioliitin vaikeusastetta kuvaavat tekijät, kuten sairaalahoidon tarve tai sen kesto, tai mahdollinen lisähapen tai -ravitsemuksen tarve tai sen kesto, kirjattiin ylös sairaalahoidon aikana. Bronkioliitin virusetiologia määritettiin nenänielun imulimanäytteistä. Bronkioliitin jatkoseurantakäynnit järjestettiin 5-7- ja 11-13 vuoden ikäisenä, jolloin selvitettiin mahdolliset astma- ja/tai allergiadiagnoosit, inhaloitavien hengitysteitä avaavien lääkkeiden tai inhaloitavien kortisonilääkkeiden tarve tai mahdollisten astmaan viittaavien oireiden esiintyminen. Keuhkojen toimintaa testattiin impulssioskillometrialla 5-7 vuoden käynnillä ja spirometrialla 11-13 vuoden käynnillä. Verinäytteet geneettisiä tutkimuksia varten kerättiin sekä sairaalahoidon aikana että myöhemmillä kontrollikäynneillä.

<b>Tulokset</b>: Bronkioliittikohortin lapsilla ei esiintynyt tutkittujen IL17 geenien polymorfismeja enempää kuin suomalaisella kontrolliväestöllä. Tutkittujen IL17A tai IL17F geenien polymorfismeilla ei ollut yhteyttä bronkioliitin vaikeusasteeseen, bronkioliitin aiheuttajavirukseen, eikä myöskään astman esiintyvyyteen 5-7 vuoden iässä. Sen sijaan myöhemmi 11-13-vuotiaana bronkioliittikohortin IL17A rs2275913 valtagenotyyppillä havaittiin tilastollisesti merkitsevä, hieman yli 3- kertainen riski sairastua astmaan verrattuna saman IL17A geenipolymorfismin varianttigenotyyppiin. Tämän lisäksi sama IL17A rs2275913 valtagenotyyppi assosioitui rasituksen provoimaan hengitysteiden vastuksen lisääntymiseen 5-7 vuoden iässä. Muita poikkeavia keuhkofunktiolöydöksiä ei havaittu esikouluiässä tai kouluiässä millään IL17A tai IL17F geenipolymorfismilla. 11-13 vuoden iässä IL17F rs763780 varianttigenotyyppiin yhdistyi inhaloitavien kortikosteroidien lisääntynyt käyttö kontrollikäyntien välissä 5-13-vuotiaana.

<b>Yhteenveto</b>: Tutkimus antoi alustavia havaintoja siitä, että IL17A rs2275913 ja IL17F rs763780 geenipolymorfismit voivat assosioitua bronkioliitin jälkeiseen astmaan kouluiässä, mutta ei aikaisemmin. Tämän lisäksi IL17A rs2275913 geenipolymorfismi näytti liittyvän bronkioliitin jälkeisen keuhkofunktion alenemaan esikouluiässä, mutta ei enää myöhäisemmällä iällä.

<b>Background</b>: Bronchiolitis, a lower respiratory tract infection that occurs during infancy, is mainly caused by respiratory syncytial virus (RSV) and is the leading cause of infant hospitalisation. Susceptibility to severe bronchiolitis and post-bronchiolitis asthma has been established as a multifactorial entity, with genetic and viral factors being particularly prominent. Interleukin (IL)-17A and IL-17F, encoded by the IL17A and IL17F genes, respectively, are mainly proinflammatory cytokines involved in inflammation and asthma.

<b>Aims</b>: The aims of this long-term prospective cohort study were (1) to evaluate the clinical course and the viral aetiology of bronchiolitis in infancy at less than 6 months of age in relation to the IL17A rs2275913, rs4711998 and rs8193036 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and the IL17F rs763780, rs11465553 and rs7741835 SNPs, and (2) to evaluate the associations between these IL17A and IL17F SNPs and post-bronchiolitis asthma and lung function in children aged 5–7 years and 11–13 years. Minor allele frequencies (MAFs) of the IL17A rs2275913, rs4711998 and rs8193036 SNPs and the IL17F rs763780, rs11465553 and rs7741835 SNPs in bronchiolitis patients were compared to the MAFs in the Finnish population obtained from two publicly available databases.

<b>Materials and methods</b>: Originally, 166 previously healthy, full-term infants aged less than 6 months who were hospitalised for bronchiolitis were enrolled in the study. The viral aetiology of the bronchiolitis cases was determined by virus antigen and genome detection in nasopharyngeal aspirates, and RSV was the predominant causative agent. During hospitalisation, each patient’s disease severity markers, such as the length of hospital stay and the need for and duration of oxygen administration and/or feeding support, were registered, and blood samples were collected for later genetic studies. Follow-up visits took place when the patients were 5–7 and 11–13 years of age. Asthma and allergy diagnoses, asthma-presumptive symptoms and use of inhaled bronchodilators or inhaled corticosteroids (ICSs) were registered. Lung function was measured with impulse oscillometry (IOS) at 5–7 years of age and with flow-volume spirometry (FVS) at 11–13 years of age.

<b>Results</b>: The MAFs of the IL17A rs2275913 (A), rs4711998 (A) or rs8193036 (C) and the IL17F rs763780 (C), rs11465553 (T) or rs7741835 (T) SNPs did not differ between the cases and the controls, which consisted of 99 Finnish samples from the 1000 Genomes Project and the Finnish data (from 1734 to 12558, depending on the SNP) of the Genome Aggregation Database. There were no significant differences in the severity or RSV aetiology of bronchiolitis during hospitalisation or in the asthma outcomes between children with the wild or variant genotypes of the analysed IL17A or IL17F SNPs until the age of 5–7 years. At 11–13 years of age, children with the variant GA or AA genotype of IL17A rs2275913 had a significantly lower prevalence of asthma, use of ICSs during the last 12 months or prevalence of allergic rhinitis than those with the wild genotype GG. In adjusted analyses, the difference in the use of ICSs during the last 12 months remained statistically significant (aOR 0.25). In the IOS results obtained at 5–7 years of age, the IL17A rs2275913 wild genotype GG was associated with exercise-induced airway resistance; however, in the FVS results obtained at 11–13 years of age, no abnormalities were apparent. Children with the variant genotype TC or CC of IL17F rs763780 had used ICSs more often between the follow-up visits from 5– 7 to 11–13 years (aOR 3.58) than those with the wild genotype TT. The results also showed that the IL17A rs4711998 and rs8193036 SNPs, or the IL17F rs11465553 and rs7741835 SNPs had no obvious impact on post-bronchiolitis asthma.

<b>Conclusions</b>: In this post-bronchiolitis cohort study, some evidence was found that suggests that the variant genotype of IL17A rs2275913 may be protective against post-bronchiolitis asthma at school age; moreover, the same variant genotype was found to already present with less bronchial hyperresponsiveness at preschool age. In addition, the variant genotype of IL17F rs763780 may increase the risk for post-bronchiolitis asthma persisting from 5 to 13 years of age.