这篇文章已经更新，反映了凯瑟琳·巴恩斯的澄清和补充信息。
虽然人们通常期望哮喘吸入器对所有年龄和种族背景的儿童和成人都有效，但最近的基因研究表明，普通的哮喘吸入器对少数民族儿童无效。
两个不同的研究小组——一个在加州大学旧金山分校，另一个在科罗拉多大学丹佛分校——正在独立地取得进展，他们正在寻找导致非洲血统人群使用支气管扩张剂无效的遗传因素。
哮喘是儿童最常见的慢性疾病之一，由于气道炎症导致儿童呼吸困难。吸入一种叫做支气管扩张剂的药物可以缓解这种情况，它可以舒缓气道内壁的肌肉，让它们重新开放。
研究人员在17号染色体上发现了与儿童哮喘相关的基因簇全基因组协会研究在美国，许多人发现，染色体上的连锁不平衡使得很难识别哮喘的因果变异。因此，研究人员认为，在17号染色体上看到的关联可能是簇外实际因果变异的诱饵或信号。
在一项研究中上个月发表的在美国呼吸和重症监护医学杂志为了确定导致沙丁胺醇反应降低的遗传因素，UCSF哮喘合作实验室主任Esteban Burchard和他的团队首次对非裔美国人和拉丁裔儿童的哮喘药物反应进行了大规模的全基因组测序研究。
根据伯查德的说法，他在加州大学旧金山分校的团队已经研究少数民族人群哮喘的基因超过十年。该小组此前已经确定了少数民族人群中哮喘发病率较高和支气管扩张反应(BDR)不良的遗传风险因素。伯查德解释说，他的团队想要找出种族和种族差异背后的药物遗传学基础。
为了测试沙丁胺醇的反应，研究人员测量了患者对呼吸机吹气的能力。研究人员给每位患者服用标准剂量的沙丁胺醇，等待15分钟，让气道放松并打开，然后重复呼吸测量，以确定药物的影响，然后收集患者的血液样本。
Burchard和他的团队总共收集了来自三个不同种族的1441个全血样本，这些样本代表了对沙丁胺醇反应非常高或非常低的哮喘患者。伯查德的小组绘制出他们的反应，对血液样本进行WGS，以检测潜在的基因变异。
伯查德解释说，研究人员最初分别分析了每组的数据，然后对所有三组进行了meta分析。虽然他们没有从人群特异性分析中发现任何显著的关联，但他们在10个不同的基因区域中发现了27个与沙丁胺醇反应降低有关的独特变异，涉及患者的肺活量、免疫反应和对阻滞剂和相关药物的反应的基因。
伯查德指出:“这27个SNPs分别解释了波多黎各人、墨西哥人和非裔美国儿童BDR状态变化的23%、16%和18%。”“许多基因座是种族或人群特异性的罕见变异。”
为了对相关变异进行进一步评估，他们进行了染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析，以确定与原代支气管平滑肌细胞(BSMC)调节区域重叠的变异。他们使用一种名为“多元收敛证据”(DiCE)的算法来估计支持每个突变的信息强度，然后专注于下游功能分析中得分最高的变体。
在整合了WGS分析、公开的生物信息学数据和chip -测序实验的信息后，该团队发现NFKB1位点具有最高的DiCE得分和与BDR变异功能相关性的最强证据。
伯查德解释说:“我们确定了NFKB1，这很有趣，因为除了是与低药物反应相关的变体，它还可以追踪非洲血统。”“加勒比人、非裔美国人和波多黎各人的死亡率更高。”
为了证明NFKB1变异的重要性，研究人员在BSMCs中使用荧光素酶增强剂测定了两个与bdr相关的NFKB1位点重叠的区域。他们发现，一种增强子NFKB1区域2比空载体对照的活性显著增加。
该团队还在患有哮喘的非裔美国儿童中进行了RNA-seq实验，以观察NFKB1 snp是否管理邻近基因的表达。Burchard和他的同事们发现，NFKB1的低bdr相关t等位基因与血液中SLC39AB表达减少有关，这表明该等位基因在非洲裔人群中频率更高。
Burchard认为NFKB1可以作为除SLC39AB外的其他基因的调控元件。此外，研究人员希望在基因组中添加新的风险生物标志物，可以用来预测哪些儿童对沙丁胺醇和其他抗哮喘药物反应不佳。
Burchard强调了该研究的某些局限性，包括不可能确定年龄匹配和人口匹配的队列来复制该研究的数据，主要是因为关于患有哮喘的少数民族儿童的研究数据缺乏。
未来，Burchard的团队计划进行进一步的功能研究，以确定NFKB1和其他潜在的基因变体在BDR中的作用，最终将重点放在更多的基因上，他的团队认为这些基因将成为覆盖更广泛人群的生物标志物的强大靶标。伯查德一直呼吁哮喘临床和生物医学研究的多样性。
伯查德说:“美国国立卫生研究院响应了号召，投入了大量资金在少数族裔人群中进行WGS研究，数据即将公布。”然而，他也指出，持续的资金可能是未来的一个问题。伯查德解释说:“尽管(美国国立卫生研究院)承诺改善多样性，但这并没有很好地转化为研究部门。”“尽管我们取得了巨大的成功，但要获得NIH的额外资助仍是一项挑战。”
Multi-omic分析
在落基山脉的另一边，科罗拉多-丹佛大学的研究人员旨在识别气道上皮细胞中的某些遗传生物标记物，他们认为这些标记物可能有助于非洲裔个体患哮喘的风险。他们最近完成了一项WGS研究对1100名非裔加勒比地区哮喘患者和非哮喘患者进行了研究，并对居住在巴巴多斯的参与者进行了20多年的表型研究。
现在，在美国国家卫生研究院一项更大的五年资助下，该团队正在招募巴巴多斯受试者的一个子集，以建立一个新的基因组目录，可以提供非洲裔患者的基因变异信息，这些基因变异导致对沙丁胺醇等治疗哮喘的一线药物产生耐药性。
丹佛大学医学教授凯瑟琳·巴恩斯(Kathleen Barnes)和她的团队将结合WGS和转录组数据进行表达数量性状位点(eQTL)研究。她解释说，自1991年以来，她的团队一直与西印度群岛大学和巴巴多斯大学合作，对该人群进行不同类型的临床研究。
研究小组试图找到可能表明哮喘风险增加的遗传决定因素，以及鼻上皮甲基组转录组的变异是否可能调解基因型、表型和环境之间的关系。
Barnes的研究小组将首次尝试识别特应性哮喘分离鼻上皮细胞的转录组变异的顺式和反式效应。他们将检查局部和远端信号，这些信号可能表明对沙丁胺醇等药物的遗传耐药性。
然后，研究小组将使用eQTL定位来识别特异于特应性哮喘的鼻腔上皮细胞的模式。虽然巴恩斯从之前的研究中获得了基因组数据，但她的团队现在将专注于过敏的哮喘患者，然后将他们与过敏但没有哮喘的对照组进行比较。
巴恩斯解释说，研究将包括400个样本在发现阶段，除了200个样本来复制在第一阶段识别的信号。研究小组将使用来自600个样本的数据来测试多态性是否通过调节鼻导气管上皮细胞的基因转录和甲基化模式来控制哮喘。
由于支气管肺泡组织收集可能是侵入性的，而且相对昂贵，巴恩斯的团队采用了一种名为“鼻刷”的方法，将软刷插入受试者的上鼻腔，以捕获上皮细胞。通过收集作为下气道环境代表的样本，研究小组可以减少样本的异质性，并专注于他们认为与特应性哮喘病例最相关的组织。
收集组织后，巴恩斯的团队将从样本中分离DNA，以确定与特应性哮喘相关的甲基化变化。此外，他们将从样本中分离RNA进行RNA-seq。
巴恩斯解释说:“通过使用多组学方法(并)结合由上气道上皮细胞产生的基因表达数据，我们正在观察表观遗传效应，我们乐观地认为它将帮助我们锁定真正的因果基因。”“在基因组革命之前，我们肯定会发现新的途径。”
巴恩斯指出，这项研究最初的主要限制将来自于在实地收集样本时的后勤和公共关系问题。她解释说，巴巴多斯的许多参与者可能厌倦了成为重复研究收集的对象。巴恩斯和她的团队对这种疲劳很敏感，经常向当地人提供他们在研究中合作的最新情况，并在他们访问巴巴多斯时提供先前基于基因的检测结果。
此外，巴恩斯承认将样本送回科罗拉多实验室的一些后勤问题。她说，一些简单的因素可能是后勤方面的挑战，比如有足够的干冰来保存足够长的时间，使组织样本到达实验室，人们在进行该领域的研究时往往没有想到这些。
巴恩斯解释说:“全球卫生研究的挑战之一是，你进行研究的地方并不总是拥有你可以依赖的相同基础设施，特别是当你必须将(样本)运到半个地球之外的时候。”
加州大学丹佛分校和加州大学旧金山分校领导的研究团队正在研究不同地理位置的少数民族人群，他们都旨在确定这些人群一线哮喘药物反应降低背后的遗传原因。此外，他们都认为，在非洲裔人群中，不止一种基因可能导致对哮喘药物的耐药性。
虽然加州大学丹佛分校的研究还处于早期阶段，但巴恩斯希望利用不同类型的组学数据集，为包括癌症和心血管疾病在内的多种疾病生成预测性遗传风险评分。
巴恩斯指出:“这正是我们想从这项研究中获得的，为这些孩子开发预测风险评分并挽救生命的数据点。”“我们的目标是进入一个没有人死于哮喘的领域，因为有了正确的治疗方法，哮喘是可以控制的。”
当被问及加州大学旧金山分校的研究时，巴恩斯表示，研究结果具有潜在的意义，因为该团队已经确定了与哮喘治疗反应相关的新位点，这可能是少数群体所特有的。
巴恩斯解释说:“这项研究是新颖的，因为它是第一个利用相对大的少数民族数据集的全基因组序列数据的研究，但它没有达到之前在哮喘药物基因学中根据祖先的差异所显示的效果。”
伯查德承认，随着她的团队开始重新招募，加州大学旧金山分校的研究结果可能对巴巴多斯的研究有潜在的帮助。她还指出，加州大学旧金山分校的研究可以通过比较欧洲人口的研究结果得到进一步利用。
巴恩斯解释说:“在一天结束的时候，我们希望识别哮喘患者的生物标志物。”“如果一个病人走进诊所，你怀疑或想要检测他们是否会患哮喘，并希望能当场收集到一些东西，那么你(可能最终)会使用这种测试作为预测器。”