Polymorphisms in the Hypothalamic - Pituitary - Adrenal (HPA) axis and adrenal suppression in asthmatic children on long term treatment with inhaled corticosteroids (ICS)

Introduction – Objective: Long term treatment of asthmatic children with mild to moderate doses of ICS may result in mild adrenal suppression. The biochemical finding of HPA axis dysfunction, only in some children treated with low to moderate doses of ICS and independently of the dose, may be the result of some kind of ‘’idiosyncratic sensitivity’’ to ICS. This ‘’idiosyncratic sensitivity’’ may be due to genetic variants in different levels of the HPA axis that influence adrenal response under certain conditions. The primary objective of our study was the detection of five polymorphisms in different levels of the HPA axis in a group of asthmatic children on long term treatment with ICS and their probable effect to the response to LDST before and after three months treatment with ICS. Secondary objective of the study was the comparison of LDST salivary test with the classical blood test and the diurnal variation in salivary cortisol concentration for the assessment of HPA axis activity of asthmatic children on ICS. Methods: LDST was performed in 62 children (43 boys, median age 7.9 years) with mild to moderate asthma before and after three months treatment with inhaled fluticasone (200mcg/day) or equivalent dose of inhaled boudesonide. During the test, samples for salivary cortisol were obtained simultaneously with serum samples (at 0-30-60 min). Patients sampled their own saliva between 09:00 and 21:00 hours (every three hours) for a whole day before and after treatment.The following polymorphisms were detected: 1) rs1876828 and rs242941 in the CRHR1 gene (17q12-q22), 2) T(-2C) in the promoter region of the MC2R gene (18 11.2), 3) BclI, rs6189 and rs6190 in the GR gene (5q31-32). Results: Homozygotes for the variant rs242941 (TT) demonstrated delayed cortisol response (lower serum cortisol levels 30’ after LDST) after treatment with ICS compared to heterozygotes (GT) (p=0.033) and those with the wild type (GG) genotype (p=0.018). Homozygotes for the variant rs1876828 (AA) manifested lower baseline cortisol levels before treatment (p=0.009) compared to the GG genotype and delayed cortisol response after treatment compared to the GA genotype (p=0.05). BClI heterozygotes for the G allele (GC) demonstrated higher basal cortisol levels before and after treatment with ICS compared to homozygotes (CC) (p=0.024, p=0.018). Three SNPs interactions (BClI&rs1876828, BClI&rs242941&rs1876828, BClI&MC2R&rs1876828) were associated with serum cortisol levels before and after treatment with ICS.A significant positive correlation was found between salivary and serum cortisol levels at 0’, 30’, and 60’ after ACTH administration (R:0.818, p<0.001). Circadian rhythm cortisol parameters: cortisol awakening response, mean level and range of diurnal changes, correlated with serum cortisol levels at 60’(R:0.308, p<0.025; R:0.316 p=0.022; R:0.318, p=0.026) and salivary cortisol levels at 0’ (R:0.398, p=0.003; R:0.401, p=0.002; R:0.356, p=0.01), 30’ (R:0.402, p=0.002; R:0.385, p=0.003; R:0.404, p=0.003) and 60’ (R:0.303, p=0.041; R:0.368, p=0.009). Discussion – Conclusions: We have demonstrated that two SNPs in the CRHR1 gene ((rs242941, rs1876828) are associated with delayed adrenal response to stress after treatment with ICS. Furthermore, asthmatics with the rs1876828 variant have lower baseline adrenal reserve compared to ‘’normals’’.Regarding the second level of the HPA axis that we studied (T(-2C) SNP in the MC2R gene) , even though we failed to show any association of this SNP with our asthmatics’ adrenal response, when it was studied individually, we demonstrated a statistically significant interaction of this SNP with one SNP in the CRHR1 gene and one SNP in the GR gene. In the last level of the HPA axis we have shown that carriers (GC) for the BClI SNP in the GR gene, when studied individually, have higher basal cortisol levels before and after treatment with ICS compared to “normals” (CC). In the SNPs interaction model the GG genotype was associated with lower cortisol levels compared to the GC and CC genotypes. Conclusively, our study provides evidence for a genetic contribution of two CRHR1, one MC2R and one GR genotypes to the asthmatics’ adrenal response after treatment with ICS. These findings clearly document a significant impact of genetic factors on HPA axis activity in asthmatics and may have important therapeutic implications. However, to confirm this hypothesis additional studies need to be conducted, which they should include polymorphisms in multiple HPA-related genes. It is important that these studies are carried out in large representative populations of normal subjects and in asthmatic populations as well. Regarding the evaluation of adrenal function, we have shown that the salivary low dose ACTH test yields results that parallel the response of serum cortisol to ACTH and may provide an alternative to the blood test for HPA axis function evaluation of asthmatic children on ICS. Diurnal cortisol variation offers a dynamic evaluation over a day with none intervention.Εισαγωγή – Σκοπός: Η μακροχρόνια θεραπεία ασθματικών παιδιών με χαμηλές έως μέτριες δόσεις εισπνεόμενων κορτικοστεροειδών (ICS) μπορεί να οδηγήσει σε ήπια καταστολή της επινεφριδιακής λειτουργίας. Το βιοχημικό εύρημα της δυσλειτουργίας του ΥΥΕ άξονα σε ορισμένα μόνο παιδιά που λαμβάνουν ICS σε χαμηλές ή μέτριες δόσεις και ανεξαρτήτως της δόσης είναι πιθανόν να είναι το αποτέλεσμα ενός είδους «ιδιοσυγκρασιακής ευαισθησίας» ορισμένων παιδιών στα ICS. Αυτή η ιδιοσυγκρασιακή ευαισθησία μπορεί να αποδοθεί στην ύπαρξη γενετικών παραλλαγών στα διάφορα επίπεδα του ΥΥΕ άξονα που επηρεάζουν την επινεφριδιακή απάντηση κάτω από ορισμένες συνθήκες. Πρωτεύων σκοπός της μελέτης ήταν η αναζήτηση πέντε πολυμορφισμών σε διαφορετικά επίπεδα του ΥΥΕ άξονα σε μία ομάδα ασθματικών παιδιών που λάμβαναν μακροχρόνια θεραπεία με ICS και η διερεύνηση πιθανής συσχέτισης αυτών των πολυμορφισμών με την ανταπόκριση στο LDST πριν την έναρξη αγωγής και μετά από τρεις μήνες θεραπείας με ICS.Δευτερεύων σκοπός της μελέτης ήταν η εκτίμηση της αξίας προσδιορισμού κορτιζόλης σιέλου ως μεθόδου αξιολόγησης της επινεφριδιακής λειτουργίας. Μέθοδοι: 62 παιδιά (43 αγόρια, διάμεση ηλικία 7.8 έτη) με ήπιο έως μέτριο επίμονο άσθμα υποβλήθηκαν σε δοκιμασία διέγερσης με χαμηλή δόση κορτικοτροπίνης (LDST) πριν και μετά από τρεις μήνες θεραπεία με εισπνεόμενη φλουτικαζόνη (200 mcg /ημέρα) ή ισοδύναμη δόση εισπνεόμενης βουδεσονίδης. Αναζητήθηκαν οι ακόλουθοι πολυμορφισμοί: 1) rs1876828 και rs242941 στο γονίδιο του υποδοχέα του παράγοντα απελευθέρωσης κορτικοτροπίνης (CRHR1) (17q12-q22), 2)T(-2C) στην περιοχή του προαγωγέα του υποδοχέα MC2R της κορτικοτροπίνης (18 11.2), 3) BclI, rs6189 και rs6190 στο γονίδιο του υποδοχέα των γλυκοκορτικοστεροειδών (GR) (5q31-32). H εκτίμηση της επινεφριδιακής λειτουργίας των ασθενών της μελέτης έγινε με ταυτόχρονο προσδιορισμό της κορτιζόλης πλάσματος και σιέλου κατά τη δοκιμασία LDST, πριν και μετά τη θεραπεία, καθώς και με τον προσδιορισμό του κιρκαδικού ρυθμού κορτιζόλης σιέλου στους ίδιους χρόνους.Αποτελέσματα: Οι ομοζυγώτες για τον πολυμορφισμό rs242941 (TT) παρουσίασαν καθυστερημένη απάντηση στη δοκιμασία διέγερσης (χαμηλότερα επίπεδα κορτιζόλης πλάσματος στο χρόνο 30’) μετά τη θεραπεία με εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή συγκριτικά με τους ετεροζυγώτες (GT) (p=0.033) και εκείνους με το φυσιολογικό γονότυπο (GG) (p=0.018). Οι ομοζυγώτες για τον πολυμορφισμό rs1876828 (AA) παρουσίασαν χαμηλότερα επίπεδα βασικής κορτιζόλης πλάσματος πριν τη θεραπεία (p=0.009) συγκριτικά με τους ομοζυγώτες GG και καθυστερημένη απάντηση στη δοκιμασία διέγερσης μετά τη θεραπεία συγκριτικά με τους ετεροζυγώτες GΑ (p=0.05). Οι BClI ετεροζυγώτες (GC) παρουσίασαν υψηλότερα επίπεδα βασικής κορτιζόλης πλάσματος πριν και μετά τη θεραπεία συγκριτικά με τους ομοζυγώτες (CC) (p=0.024, p=0.018). Τρεις συνδυασμοί των SNPs που μελετήθηκαν (BClI&rs1876828, BClI&rs242941&rs1876828, BClI&MC2R&rs1876828) συσχετίστηκαν με τα επίπεδα της κορτιζόλης πλάσματος πριν και μετά τη θεραπεία με εισπνεόμενα κορτικοστεροειδή.Η κορτιζόλη σιέλου παρουσίασε ισχυρή συσχέτιση με την κορτιζόλη πλάσματος στους χρόνους 0’, 30’ και 60’ μετά το LDST στο σύνολο των δειγμάτων πριν και μετά τη χορήγηση εισπνεόμενων κορτικοστεροειδών (r=0.818, p<0.001).Οι παράμετροι του κιρκαδικού ρυθμού: πρωϊνή κορτιζόλη σιέλου, μέση τιμή 5 μετρήσεων κατά τη διάρκεια της ημέρας και διαφορά μεταξύ πρωϊνής και βραδινής κορτιζόλης σιέλου συσχετίστηκαν θετικά με την κορτιζόλη πλάσματος στο χρόνο 60’ (r:0.308, p<0.025; r:0.316 p=0.022; r:0.318, p=0.026) και την κορτιζόλη σιέλου στους χρόνους 0’ (r:0.398, p=0.003; r:0.401, p=0.002; r:0.356, p=0.01), 30’ (r:0.402, p=0.002; r:0.385, p=0.003; r:0.404, p=0.003) και 60’ (r:0.303, p=0.041; r:0.368, p=0.009).Συζήτηση - Συμπεράσματα: Από τη μελέτη μας προέκυψε ότι οι δύο πολυμορφισμοί στο γονίδιο του υποδοχέα CRHR1 (rs242941, rs1876828) που μελετήθηκαν, σχετίζονται με καθυστερημένη απάντηση των επινεφριδίων σε συνθήκες στρες μετά από τη θεραπεία με ICS. Επιπρόσθετα, τα ασθματικά παιδιά με τον πολυμορφισμό rs1876828 παρουσιάζουν χαμηλότερα επίπεδα βασικής κορτιζόλης πλάσματος συγκριτικά με τα «φυσιολογικά». Σχετικά με το δεύτερο επίπεδο του ΥΥΕ άξονα που μελετήσαμε (Τ(-2C) στην περιοχή του προαγωγέα του υποδοχέα MC2R), παρόλο που δε βρήκαμε κάποια συσχέτιση μεταξύ αυτού του πολυμορφισμού και της επινεφριδιακής λειτουργίας των ασθματικών ασθενών της μελέτης, όταν αυτός μελετήθηκε μεμονωμένα, βρήκαμε μία στατιστικά σημαντική αλληλεπίδραση αυτού του πολυμορφισμού με έναν πολυμορφισμό στο γονίδιο του υποδοχέα CRHR1 (rs1876828) και έναν άλλο στο γονίδιο του υποδοχέα GR (BClI). Στο τελευταίο επίπεδο του ΥΥΕ άξονα βρήκαμε ότι οι φορείς (GC) για τον πολυμορφισμό BClI στο γονίδιο του υποδοχέα GR, όταν μελετήθηκαν μεμονωμένα, έχουν υψηλότερα επίπεδα βασικής τιμής κορτιζόλης πλάσματος πριν και μετά τη θεραπεία με ICS συγκριτικά με τους φυσιολογικούς (CC). Στο μοντέλο αλληλεπίδρασης των πολυμορφισμών που μελετήσαμε ο γονότυπος GG συσχετίστηκε με χαμηλότερα επίπεδα κορτιζόλης πλάσματος συγκριτικά με τους γονότυπους GC και CC. Συμπερασματικά, η μελέτη μας παρέχει ενδείξεις για το ρόλο δύο πολυμορφισμών στο γονίδιο CRHR1, ενός πολυμορφισμού στο γονίδιο MC2R και ενός πολυμορφισμού στο γονίδιο GR, στην επινεφριδιακή λειτουργία ασθματικών παιδιών που λαμβάνουν θεραπεία με ICS. Τα ευρήματα μας επιβεβαιώνουν καθαρά το σημαντικό ρόλο των γενετικών παραγόντων στη δραστηριότητα του ΥΥΕ άξονα ασθματικών παιδιών και μπορεί να έχουν σημαντικές θεραπευτικές προεκτάσεις. Ωστόσο, προκειμένου να επιβεβαιωθεί αυτή η υπόθεση χρειάζονται επιπλέον μελέτες, οι οποίες να περιλαμβάνουν πολυμορφισμούς σε πολλαπλά γονίδια που σχετίζονται με τον ΥΥΕ άξονα. Είναι επίσης σημαντικό αυτές οι μελέτες να πραγματοποιηθούν σε μεγάλους αντιπροσωπευτικούς πληθυσμούς φυσιολογικών ατόμων και ασθματικών ασθενών. Σχετικά με την εκτίμηση της λειτουργίας των επινεφριδίων, τα αποτελέσματα μας ενισχύουν την αξία του προσδιορισμού της κορτιζόλης σιέλου που φαίνεται ότι μπορεί να αποτελέσει μία εναλλακτική μέθοδου του κλασικού τεστ για την εκτίμηση της επινεφριδιακής λειτουργίας ασθματικών παιδιών που λαμβάνουν θεραπεία με ICS. Επιπλέον, η ημερήσια διακύμανση της κορτιζόλης σιέλου προσφέρει μία δυναμική εκτίμηση του άξονα κατά τη διάρκεια της ημέρας με το πλεονέκτημα της απουσίας οποιασδήποτε παρέμβασης

Sputum inflammatory phenotypes are not stable in children with asthma

Two distinct, stable inflammatory phenotypes have been described in adults with asthma: eosinophilic and non-eosinophilic. Treatment strategies based on these phenotypes have been successful. This study evaluated sputum cytology in children with asthma to classify sputum inflammatory phenotypes and to assess their stability over time

Pediatric severe asthma is characterized by eosinophilia and remodeling without T(H)2 cytokines

BACKGROUND: The pathology of pediatric severe therapy-resistant asthma (STRA) is little understood. OBJECTIVES: We hypothesized that STRA in children is characterized by airway eosinophilia and mast cell inflammation and is driven by the T(H)2 cytokines IL-4, IL-5, and IL-13. METHODS: Sixty-nine children (mean age, 11.8 years; interquartile range, 5.6-17.3 years; patients with STRA, n = 53; control subjects, n = 16) underwent fiberoptic bronchoscopy, bronchoalveolar lavage (BAL), and endobronchial biopsy. Airway inflammation, remodeling, and BAL fluid and biopsy specimen T(H)2 cytokines were quantified. Children with STRA also underwent symptom assessment (Asthma Control Test), spirometry, exhaled nitric oxide and induced sputum evaluation. RESULTS: Children with STRA had significantly increased BAL fluid and biopsy specimen eosinophil counts compared with those found in control subjects (BAL fluid, P < .001; biopsy specimen, P < .01); within the STRA group, there was marked between-patient variability in eosinophilia. Submucosal mast cell, neutrophil, and lymphocyte counts were similar in both groups. Reticular basement membrane thickness and airway smooth muscle were increased in patients with STRA compared with those found in control subjects (P < .0001 and P < .001, respectively). There was no increase in BAL fluid IL-4, IL-5, or IL-13 levels in patients with STRA compared with control subjects, and these cytokines were rarely detected in induced sputum. Biopsy IL-5(+) and IL-13(+) cell counts were also not higher in patients with STRA compared with those seen in control subjects. The subgroup (n = 15) of children with STRA with detectable BAL fluid T(H)2 cytokines had significantly lower lung function than those with undetectable BAL fluid T(H)2 cytokines. CONCLUSIONS: STRA in children was characterized by remodeling and variable airway eosinophil counts. However, unlike in adults, there was no neutrophilia, and despite the wide range in eosinophil counts, the T(H)2 mediators that are thought to drive allergic asthma were mostly absent

Distinct patterns of inflammation in the airway lumen and bronchial mucosa of children with cystic fibrosis

Studies in cystic fibrosis (CF) generally focus on inflammation present in the airway lumen. Little is known about inflammation occurring in the airway wall, the site ultimately destroyed in end-stage disease