Идиопатический легочный фиброз и гиперсенситивный пневмонит: новый взгляд на роль генетических и эпигенетических факторов в развитии и течении заболеваний
https://doi.org/10.20514/2226-6704-2024-14-6-405-418
EDN: LYHBFO
Аннотация
Учитывая повсеместно прогрессирующий характер и неблагоприятный прогноз, интерстициальные заболевания легких (ИЗЛ), особенно такие часто встречающиеся варианты, как идиопатический легочный фиброз (ИЛФ) и гиперсенситивный пневмонит (ГП), оправданно привлекают значительное внимание клиницистов и ученых по всему миру. В последние годы все большую актуальность приобретает необходимость углубленного изучения клинических и патогенетических особенностей ИЗЛ, совершенствование существующих и разработка новых эффективных персонализированных подходов тактики ведения этой категории пациентов, на основе наиболее перспективных мишеней воздействия, среди которых все более активно рассматриваются генетические и эпигенетические варианты. Авторами проведен нарративный, описательный обзор литературы, направленный на систематизацию данных об основных известных генетических и эпигенетических механизмах, вовлеченных в патогенез и формирование специфических клинических проявлений ИЛФ и ГП. Отдельно выделены мутации в генах, кодирующих теломеразы, синтез факторов фиброгенеза, полиморфизмы генов муцина, сурфактанта легких, основные эпигенетические изменения, вовлеченные в процессы фиброгенеза. Проанализированы перспективы генетических и эпигенетических исследований для новых фармакологических подходов и мониторинга эффекта уже доступных методов лечения. Поиск литературных источников проводился по базам данных Scopus, Web of Science, MedLine, The Cochrane Library, EMBASE, Global Health, CyberLeninka и РИНЦ, по ключевым словам, «интерстициальные заболевания легких», «идиопатический легочный фиброз», «гиперсенситивный пневмонит», «семейный легочный фиброз», «генетический», «эпигенетический», «прецизионная диагностика», «терапия» с глубиной поиска 20 лет.
Ключевые слова
Об авторах
Е. Е. АрхангельскаяРоссия
Елена Евгеньевна Архангельская, к. м. н., заведующий отделением, доцент
ГУЗ «СГКб № 8»; отделение пульмонологии; кафедра терапии, гастроэнтерологии и пульмонологии
Саратов
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов
С. В. Лямина
Россия
Светлана Владимировна Лямина, д. м. н., заведующий лабораторией, профессор
научно-исследовательский центр биомедицинских исследований; лаборатория молекулярной патологии пищеварения; кафедра пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии
Саратов
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов
Е. О. Кожевникова
Россия
Екатерина Олеговна Кожевникова, к. б. н., научный сотрудник
научно-исследовательский центр биомедицинских исследований; лаборатория молекулярной патологии пищеварения
Саратов
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов
И. В. Козлова
Россия
Ирина Вадимовна Козлова, д. м. н., заведующий кафедрой, профессор
кафедра терапии, гастроэнтерологии, пульмонологии
Саратов
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов
Т. Г. Шаповалова
Россия
Татьяна Германовна Шаповалова, д. м. н., профессор
кафедра терапии, гастроэнтерологии, пульмонологии
Саратов
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов
Г. Л. Юренев
Россия
Георгий Леонидович Юренев, д. м. н., профессор
кафедра пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии
Саратов
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов
Список литературы
1. Данные генетического регистра. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gtr/tests/552741/. (дата обращения 11. 09. 2024).
2. Интерстициальные болезни легких: практическое руководство под ред. Н.А. Мухина. М.: Литера. 2007; 432 с.
3. Визель А.А., Горблянский Ю.Ю., Илькович М.М. и др. Фиброзирующий саркоидоз: от понимания к перспективе лечения. Практическая пульмонология. 2021; 1: 61-73.
4. Бирюкова С.С., Вишневский А.Г., Гимпельсон В.Е. и др. Как увеличить человеческий капитал и его вклад в экономическое и социальное развитие. Тезисы докладов к ХIX Апрельской международной научной конференции по проблемам развития экономики и общества, под ред. Кузьминова Я.И., Овчаровой Л.Н., Якобсона Л.И. Москва, Изд. дом Высшей школы экономики. 2018; 38-46.
5. Adegunsoye A., Oldham J.M., Fernandez Perez E.R., et al. Outcomes of immunosuppressive therapy in chronic hypersensitivity pneumonitis. ERJ Open Res. 2017; 3: 00016–2017. doi: 10.1183/23120541.00016-2017.
6. Alder J.K., Stanley S.E., Wagner C.L., et al. Exome sequencing identifies mutant TINF2 in a family with pulmonary fibrosis. Chest. 2015; 147: 1361–8. doi: 10.1378/chest.14-1947.
7. Allen R.J., Porte J., Braybrooke R., et al. Genetic variants associated with susceptibility to idiopathic pulmonary fibrosis in people of European ancestry: a genome-wide association study. Lancet Respir Med. 2017; 5: 869–80. doi: 10.1016/S2213-2600(17)30387-9.
8. Antoine M.H., Mlika M. Interstitial Lung Disease.In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. 2024. [Electronic resource]. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK541084/ (date of the application: 02. 05. 2024).
9. Avci E., Sarvari P., Savai R., et al. Epigenetic Mechanisms in Parenchymal Lung Diseases: Bystanders or Therapeutic Targets? Int J Mol Sci. 2022; 23(1): 546. doi: 10.3390/ijms23010546.
10. Raghu G., Remy-Jardin M., Myers J.L., et al. Diagnosis of idiopathic pulmonary fibrosis. An Official ATS/ERS/JRS/ALAT Clinical Practice Guideline. Am J Respir Crit Care Med. 2018; 198(5): e44–e68. doi: 10.1164/rccm.201807-1255ST.
11. Bartczak K., Białas A.J.; Kotecki M.J., et al. More than a Genetic Code: Epigenetics of Lung Fibrosis. Mol. Diagn. Ther. 2020; 24: 665–681. doi: 10.1007/s40291-020-00490-7.
12. Chen Y., Huang Z., Bao Y., et al. Increased p300/CBP expression in acute respiratory distress syndrome is associated with interleukin-17 and prognosis. Clin. Respir. J. 2020; 14: 791–799. doi: 10.1111/crj.13197.
13. Cogan J.D., Kropski J.A., Zhao M., et al. Rare variants in RTEL1 are associated with familial interstitial pneumonia. Am J Respir Crit Care Med. 2015; 191: 646–55. doi: 10.1164/rccm.201408-1510OC.
14. Collaborators GBDCRD. Prevalence and attributable health burden of chronic respiratory diseases, 1990–2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet Respir Med. 2020; 8: 585–96. doi: 10.1016/S2213-2600(20)30105-3].
15. Dai J., Cai H., Li H., et al. Association between telomere length and survival in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Respirology. 2015; 20: 947–52. doi: 10.1111/resp.12566.
16. Dickson R.P., Erb-Downward J.R., Martinez F.J., et al. The microbiome and the respiratory tract. Annu Rev Physiol. 2016; 78: 481–504. doi: 10.1146/annurev-physiol-021115-105238.
17. Ding Q., Luckhardt T., Hecker L., et al. New Insights into the Pathogenesis and Treatment of Idiopathic Pulmonary Fibrosis. Drugs. 2011; 71: 981–1001. doi: 10.2165/11591490-000000000-00000.
18. Falfán-Valencia R., Camarena A., Pineda C.L., et al. Genetic susceptibility to multicase hypersensitivity pneumonitis is associated with the TNF-238 GG genotype of the promoter region and HLADRB1*04 bearing HLA haplotypes. Respir Med. 2014; 108: 211–217. doi: 10.1016/j.rmed.2013.11.004.
19. Fingerlin T.E., Murphy E., Zhang W., et al. Genome-wide association study identifies multiple susceptibility loci for pulmonary fibrosis. Nat Genet, 2013; 45: 613–20. doi: 10.1038/ng.2609.
20. Garbuzenko O.B., Ivanova V., Kholodovych V., et al. Combinatorial treatment of idiopathic pulmonary fibrosis using nanoparticles with prostaglandin E and siRNA(s). Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 2017; 13: 1983–1992. doi: 10.1016/j.nano.2017.04.005
21. Hannum G., Guinney J., Zhao L., et al. Genome-wide Methylation Profiles Reveal Quantitative Views of Human Aging Rates. Mol. Cell. 2013; 49: 359–367. doi: 10.1016/j.molcel.2012.10 .016.
22. Hao Y., Bates S., Mou H., et al. Genome-Wide Association Study: Functional Variant rs2076295 Regulates Desmoplakin Expression in Airway Epithelial Cells. Am J Respir Crit Care Med. 2020; 202(9): 1225-1236. doi: 10.1164/rccm.201910-1958OC.
23. Herazo-Maya J.D., Sun J., Molyneaux P.L., et al. Validation of a 52-gene risk profile for outcome prediction in patients with idiopathic pulmonary fibrosis: an international, multicentre, cohort study. Lancet Respir Med. 2017; 5: 857–68. doi: 10.1016/S2213-2600(17)30349-1.
24. Hewitt R.J., Molyneaux P.L. The respiratory microbiome in idiopathic pulmonary fibrosis. Ann Transl Med. 2017; 5: 250. doi: 10.21037/atm.2017.01.56.
25. Huang Y., Ma S.F., Espindola M.S., et al. Microbes are associated with host innate immune response in idiopathic pulmonary fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 196: 208–19. doi: 10.1164/rccm.201607-1525OC.
26. Killian H., Ozaki M., Philippot Q., et al. A roadmap to precision treatments for familial pulmonary fibrosis. eBioMedicine. EBioMedicine. 2024; 104: 105135. doi: 10.1016/j.ebiom.2024.105135.
27. Justet A., Klay D., Porcher R., et al. Safety and efficacy of pirfenidone and nintedanib in patients with idiopathic pulmonary fibrosis and carrying a telomere-related gene mutation. Eur. Respir. J. 2021; 57: 2003198. doi: 10.1183/13993003.03198-2020.
28. Kaminski N. Microarray analysis of idiopathic pulmonary fibrosis. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2003; 29(3): S32–S36.
29. Kannengiesser C., Borie R., Ménard C., et al. Heterozygous RTEL1 mutations are associated with familial pulmonary fibrosis. Eur Respir J. 2015; 46: 474–85. doi: 10.1183/09031936.00040115
30. King Jr T.E., Bradford W.Z., C astro-Bernardini S., et al. A phase 3 trial of pirfenidone in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 2014; 370: 2083–92. doi: 10.1056/NEJMoa1402582.
31. Koh H.B., Scruggs A.M., Huang S.K. Transforming growth factor-β1 increases DNA methyltransferase 1 and 3a ex-pression through distinct post-transcriptional mechanisms in lung fibroblasts. J. Biol. Chem. 2 016; 291: 19287–19298.
32. Krishna R. Genetic Testing in Interstitial Lung Disease: Potential Benefits and Unintended Risks. Curr Pulmonol Rep. 2023; 12: 228–238.
33. Kropski J.A., Mitchell D.B., Markin C., et al. A novel dyskerin (DKC1) mutation is associated with familial interstitial pneumon ia. Chest. 2014; 146: e1–7. doi: 10.1378/chest.13-2224.
34. Kwapiszewska G., Gungl A., Wilhelm J., et al. Transcriptome profiling reveals the complexity of pirfenidone effects in idiopathic pulmonary fibrosis. Eur. Respir. J. 2018; 52: 1800564. doi: 10.1183/13993003.00564-2018.
35. Ley B., Newton C.A., Arnould I., et al. The MUC5B promoter polymorphism and telomere length in patients with chronic hypersensitivity pneumonitis: an observational cohort-control study. Lancet Respir Med. 2017; 5: 639–47. doi: 10.1016/S2213-2600(17)30216-3.
36. Martinez F.J., Collard H.R., Pardo A., et al. Idiopathic pulmonary fibrosis. Nat. Rev. Dis. Prim. 2017; 3: 17074. doi: 10.1038/nrdp.2017.74.
37. Mathai S.K., Pedersen B.S., Smith K., et al. Desmoplakin Variants Are Associated with Idiopathic Pulmonary Fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 2016; 193(10): 1151-60. doi: 10.1164/rccm.201509-1863OC.
38. Michalski J.E., Schwartz D.A. Genetic Risk Factors for Idiopathic Pulmonary Fibrosis: Insights into Immunopathogenesis. J Inflamm Res. 2021; 13: 1305-1318. doi: 10.2147/JIR.S280958.
39. Molyneaux P.L., Maher T.M. Respiratory microbiome in IPF: cause, effect, or bio marker? Lancet Respir Med. 2014; 2: 511-513. doi: 10.1016/S2213-2600(14)70088-8.
40. Molyneaux P.L., Willis-Owen S.A.G, Cox M.J., et al. Host-microbial interactions in idiopathic pulmonary fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 195: 1640–50. doi: 10.1164/rccm.201607-1408OC.
41. Nakao A., Fujii M., Matsumura R., et al. Transient gene transfer and expression of Smad7 prevents bleomycin-induced lung fibrosis in mice. J. Clin. Investig. 1999; 104: 5–11. doi: 10.1172/JCI6094.
42. Newton C.A., Molyneaux P.L., Oldham J.M. Clinical Genetics in Interstitial Lung Disease.Front. Med. 2018; 5: 116. doi: 10.3389/fmed.2018.00116.
43. Oldham J.M., Ma S.F., Martinez F.J., et al. TOLLIP, MUC5B, and the response to N-acetylcysteine among individuals with idiopathic pulmonary fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 2015; 192: 1475–82. doi: 10.1164/rccm.201505-1010OC.
44. Olson A.L., Gifford A.H., Inase N., et al. The epidemiology of idiopathic pulmonary fibrosis and interstitial lung diseases at risk of a progressive-fibrosing phenotype. Eur. Respir. Rev. 2018; 27(150): 180077. doi: 10.1183/16000617.0077-2018.
45. Olson A.L., Brown K.K., Swi gris J.J. Understanding and optimizing health-related quality of life and physical functional capacity in idiopathic pulmonary fibrosis. Patient Relat Outcome Meas. 2016; 7: 29–35. doi: 10.2147/PROM.S74857.
46. Povedano J.M., Martinez P., Serrano R., et al. Therapeutic effects of telomerase in mice with pulmonary fibrosis induced by damage to the lungs and short telomeres. eLife. 2018; 7: e31299. doi: 10.7554/eLife.31299.
47. Raghu G., Chen S.-Y., Hou Q., et al. Incidence and prevalence of idiopathic pulmonary fibrosis in US adults 18-64 years old. Eur Respir J. 2016; 48: 179–86. doi: 10.1183/13993003.01653-2015.
48. Roy M.G., Livraghi-Butrico A., Fletcher A.A., et al. Muc5b is required for airway defence. Nature. 2014; 505: 412–6. doi: 10.1038/nature12807.
49. Rubio K., Singh I., Dobersch S., Sarvari P., Günther S., Cordero J., Mehta A., Wujak L., Cabrera-Fuentes H., Chao C.-M., et al. Inactivation of nuclear histone deacetylases by EP300 disrupts the MiCEE complex in idiopat hic pulmonary fibrosis. Nat. Commun. 2019; 10: 1–16. doi: 10.1038/s41467-019-10066-7.
50. Ryerson C.J., Vittinghoff E., Ley B., et al. Predicting survival across chronic interstitial lung disease: the ILD-GAP model. Chest.2014; 145: 723–8. doi: 10.1378/chest.13-1474.
51. Sakamoto S., Yazawa T., Baba Y., et al. Keratinocyte Growth Factor Gene Transduction Ameliorates Pulmonary Fibrosis Induced by Bleomycin in Mice. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2011; 45: 489–497. doi: 10.1165/rcmb.2010-0092OC.
52. Salisbury M.L., Han M.K., Dickson R.P., Molyneaux PL. Microbiome in interstitial lung disease: from pathogenesis to treatment target. Curr Opin Pulm Med. 2017; 23: 404–10. doi: 10.1097/MCP.0000000000000399.
53. Schwartz D.A. Idiopathic Pulmonary Fibrosis Is a Genetic Disease Involving Mucus and the Peripheral Airways. Ann. Am. Thorac. Soc. 2018; 15(S3): S192–S197. doi: 10.1513/AnnalsATS.201802-144AW.
54. Seibold M.A., Wise A.L., Speer M.C., et al. A common M UC5B promoter polymorphism and pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 2011; 364: 1503–12. doi: 10.1056/NEJMoa1013660.
55. Selman M., Pardo A., Barrera L., et al. Gene Expression Profiles Distinguish Idiopathic Pulmonary Fibrosis from Hypersensitivity Pneumonitis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2006; 173: 188–198. doi: 10.1164/rccm.200504-644OC.
56. Sheu C.-C., Chang W.-A., Tsai M.-J., et al. Gene Expression Changes Associated with Nintedanib Treatment in Idiopathic Pulmonary Fibrosis Fibroblasts: A Next-Generation Sequencing and Bioinformatics Study. J. Clin. Med. 2019; 8: 308. doi: 10.3390/jcm8030308.
57. Steele M.P., Speer M.C., Loyd J.E., et al. The Clinical and Pathologic Features of Familial Interstitial Pneumonia (FIP) Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2005; 172: 1146–1152. doi: 10.1164/rccm.200408-1104OC.
58. Stuart B.D., Choi J., Zaidi S., et al. Exome sequencing links mutations in PARN and RTEL1 with familial pulmonary fibrosis and telomere shortening. Nat Genet. 2015; 47: 512–7. doi: 10.1038/ng.3278.
59. Stuart B.D ., Lee J.S., Kozlitina J., et al. Effect of telomere length on survival in patients with idiopathic pulmonary fibrosis: an observational cohort study with independent validation. Lancet Respir Med. 2014; 2: 557–65. doi: 10.1016/S2213-2600(14)70124-9.
60. Taskar V.S., Coultas D.B. Is idiopathic pulmonary fibrosis an environmental disease? Proc. Am. Thorac. Soc. 2006; 3: 293–298. doi: 10.1513/pats.200512-131TK.
61. Thannickal V.J., Henke C.A., Horowitz J.C., et al. Matrix biology of idiopathic pulmonary fibrosis: A workshop report of the national heart, lung, and blood institute. Am. J. Pathol. 2014; 184: 1643–1651. doi: 10.1016/j.ajpath.2014.02.003.
62. Tirelli C., Morandi V., Valentini A., et al. Multidisciplinary Approach in the Early Detection of Undiagnosed Connective Tissue Diseases in Patients With Interstitial Lung Disease: A Retrospective Cohort Study. Front. Med. 2020; 7: 11. doi: 10.3389/fmed.2020.00011.
63. Tirelli C., Pesenti C., Miozzo M., et al. The Genetic and Epigenetic Footprint in Idiopathic Pulmonary Fibrosis and Familial Pulmonary Fibrosis: A State-of-the-Art Review. Diagnostics. 2022; 12: 3107.
64. Watanabe M., Ebina M., Orson F.M., et al. Hepatocyte Growth Factor Gene Transfer to Alveolar Septa for Effective Suppression of Lung Fibrosis. Mol. Ther. 2005; 12: 58–67. doi: 10.1016/j.ymthe.2005.02.019.
65. Yuan J., Li P., Pan H., et al. miR-542-5p Attenuates Fibroblast Activation by Targeting Integrin α6 in Silica-Induced Pulmonary Fibrosis. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19: 3717. doi: 10.3390/ijms19123717.
66. Zhang S., Liu H., Liu Y., et al. miR-30a as Potential Therapeutics by Targeting TET1 through Regulation of Drp-1 Promoter Hydroxymethylation in Idiopathic Pulmonary Fibrosis. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18: 633. doi: 10.3390/ijms18030633.
67. Zhang Y.S., Tu B., Song K. et al. Epigenetic hallmarks in pulmonary fibrosis: New advances and perspectives. Cell Signal. 2023; 110: 110842. doi: 10.1016/j.cellsig.2023.110842.
Рецензия
Для цитирования:
Архангельская Е.Е., Лямина С.В., Кожевникова Е.О., Козлова И.В., Шаповалова Т.Г., Юренев Г.Л. Идиопатический легочный фиброз и гиперсенситивный пневмонит: новый взгляд на роль генетических и эпигенетических факторов в развитии и течении заболеваний. Архивъ внутренней медицины. 2024;14(6):405-418. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2024-14-6-405-418. EDN: LYHBFO
For citation:
Arkhangelskaya E.E., Lyamina S.V., Kozhevnikova E.O., Kozlova I.V., Shapovalova T.G., Yurenev G.L. Idiopathic Pulmonary Fibrosis and Hypersensitive Pneumonitis: A Fresh View on The Role of Genetic and Epigenetic Factors in The Development and Course of Diseases. The Russian Archives of Internal Medicine. 2024;14(6):405-418. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2024-14-6-405-418. EDN: LYHBFO