摘要
无监督聚类分析已经被用于识别严重的儿童哮喘表型,但没有考虑炎症标志物。本研究的目的是在哮喘儿童队列中定义独立的同质严重哮喘表型聚类。
对法国巴黎参加Trousseau哮喘项目的315名儿童的19个变量进行了聚类分析。
确定了三个独立的哮喘群集。聚类1,严重恶化和多重过敏的哮喘:103名儿童对吸入变应原和食物变应原更敏感,血液嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞更多,尽管吸入高剂量皮质类固醇,但哮喘更难以控制,并且因恶化住院的人数更多。聚类2,严重哮喘合并支气管梗阻:72例患儿年龄明显偏大,体重指数最高,1 s内用力呼气量较低,中性粒细胞较明显,除IgE外各类型免疫球蛋白(Ig)水平均显著升高。第三类,轻度哮喘:140名儿童没有显示出统计学上的显著特征。
这些结果可以通过优化治疗策略来改善儿童严重哮喘的管理,即。抗过敏药物,如针对过敏性儿童的抗ige药物,以及针对阻塞性表型的抗中性粒细胞药物,如大环内酯类药物。
哮喘是一个日益严重的公共卫生问题,因为在过去几十年里,哮喘的流行率不断上升,特别是在幼儿和新兴国家。[1].此外,严重哮喘是学龄前儿童住院的主要原因,这在一定程度上解释了与这种疾病相关的成本在很大程度上与它所产生的最严重形式的间接成本相关[2].
哮喘不再仅仅被认为是一种疾病,而是表现不同表型的多种和各种相关综合征的综合体[3.].在儿童中,哮喘的特点是根据发病年龄的不同而有不同的预后[4].图森出生队列[5]发现了一种在儿童时期持续存在的早发性哮喘的表型。具有这种表型的儿童在学龄时肺功能受损,而他们在儿童早期的肺功能与从不喘息的儿童相当。这种表型具有很强的家族性成分,主要是过敏性[6]并常伴有更严重的疾病[7].对于学龄前儿童,已经描述了其他严重哮喘表型[8],如“间歇性严重喘息”,常伴过敏表现,“多诱因喘息”,长期预后较其他类型喘息差。聚类方法已用于严重哮喘病例,以确定新的表型。在这方面,迄今为止的大多数研究都是在成人中进行的,尽管最近的一项研究根据阻塞性气道疾病的严重程度通过聚类分析确定了学龄儿童哮喘的四种表型[9].
综上所述,尽管儿童哮喘的临床特点,但儿童哮喘的表型很少基于聚类分析,除了特应性状态和肺功能水平以外的特征。然而,哮喘的另一个特点是气道发炎,导致气道暂时狭窄。我们研究的目的是应用一种无监督的分析方法来区分复杂的哮喘表型先天的在学龄儿童中,哮喘根据严重程度分为不同的表型,不仅与特应性状态和气道阻塞有关,还与潜在的炎症机制有关。
方法
患者是法国巴黎Hôpital Trousseau“哮喘中心”9年(1998-2009)Trousseau哮喘项目的一部分,其中包括患有严重哮喘的6-12岁儿童。三分之二的儿童是来自巴黎及周边地区的门诊病人,其余儿童来自法国各地,由于持续哮喘,由一名初级保健医生转到该中心。儿童的数据通过问卷调查和临床检查收集到计算机化数据库中,并遵循所有儿童的标准化方案。
本研究分析的人群包括符合以下纳入标准的所有儿童:1)在探索时年龄为6-12岁;2) 1 s内用力呼气量(FEV)变化≥12%的病史1)支气管扩张剂后;3)符合持续性哮喘的标准[10];4)除哮喘外,已排除任何慢性阻塞性肺疾病(先天性或后天);5)在急性发作或急性呼吸道疾病发作之外进行临床检查。
聚类分析参数
聚类分析涉及的参数如下:1)就诊期间测量年龄和身体质量指数(BMI)。2)哮喘持续时间分为两类:<5岁或>岁。3)母亲或父亲哮喘。4)皮肤点刺试验阳性(SPT;在阴性对照无阳性反应时,风向过敏原≥3 mm),并由阳性特异性免疫球蛋白(Ig)E(≥0.35 kU·L)证实−1) (ImmunoCAP®;Phadia,乌普萨拉,瑞典)。研究人员使用了以下标准化的吸入过敏原和食物过敏原:室内尘螨、猫和狗的皮屑、草和桦树花粉,链格孢属牛奶,鸡蛋,花生,小麦和鱼。5)总IgE水平(kU·L−1).6)外周血中通过淋巴细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和单核细胞计数测量的炎症标志物,以绝对速率表达(细胞计数由自动Sysmex®;Roche Diagnostics, Roissy, France)和血清IgG、IgA和IgM水平(g·L−1)采用免疫比浊法(PLC Modular®;Roche Diagnostics, Meylan,法国)。7)肺功能测定(SpiroDyn'R®;Dyn 'R, Muret,法国)根据美国胸科学会/欧洲呼吸学会的建议[188bet官网地址11].基线FEV1表示为预测值相对于性别、大小和体重的百分比。8)根据全球哮喘倡议(GINA)指南评估严重程度(轻度持续、中度持续和严重持续)和对照(控制或部分和未控制)[12].所有入选的儿童都接受稳定剂量的吸入糖皮质激素(ICS)≥6个月,并符合规定的哮喘治疗。高剂量ICS的阈值定义为每天≥500 μg氟替卡松(或等效物)[10].哮喘控制分为四类:使用或不使用高剂量ICS控制,或使用或不使用高剂量ICS控制(包括部分控制)。最后,还记录了严重加重,定义为至少一次哮喘加重住院。
变量约简和数据转换
最初的数据集提供了从哮喘儿童常规评估的大范围中选择的近40个变量。以下先天的在进行聚类分析之前,使用策略来减少变量的数量。遗漏的变量被排除。通过选择反映主要生理参数的变量来减少临床冗余变量的数量,如。支气管扩张剂前后的FEV1,基础FEV1只纳入聚类分析。如果数据出现在文本中(如ICS的名称),或者如果信息与当前的分析无关(如住宅类型或父母种族),则问卷中的数据将被排除。一组响应变量被转换成“复合变量”,如。阳性变应原spt转化为对食物变应原或吸入变应原的致敏数。此外,相互相关的变量被相互排除在模型之外,以避免偏差,如。FEV1用力呼气流量达到肺活量的25-75%。
然后采用主成分分析,根据统计显著性选择最终纳入模型的变量;结果是19个变量。受试者被要求拥有所有19个变量。人口统计学数据(年龄和BMI)、先前报道的对疾病严重程度有影响的其他变量(哮喘持续时间)、当前分类方案的要素(药物使用)或风险(哮喘加重住院),以及重要生理测量参数(肺功能和特异反应)被纳入聚类分析。
尽管我们的聚类分析是无监督的,但我们使用数据重采样技术来测试聚类的稳定性,方法是从模型中随机抽取变量,并通过改变样本或子集[13].
统计分析
所有可用变量均纳入统计分析。在开始分析之前进行数据标准化。k-means方法(SAS版本9.2中的FASTCLUS过程;SAS研究所Inc., Cary, NC, USA)被用作初步分析,以产生大量不相交的观测聚类。然后进行分层聚类分析,使用Ward's最小方差方法(cluster程序,SAS 9.2)对这些初步聚类进行分层聚类。当不尊重所需条件时,不同哮喘严重程度和聚类组之间的分类变量分别用卡方检验或Fisher精确检验进行比较。在变量连续的情况下,当B正态性和方差相等假设得到确认时,采用t检验和单因素方差分析进行分组比较,否则采用Wilcoxon和Kruskal-Wallis检验。Tukey和Dunn试验用于事后多重比较[14].引入均值的95%置信区间,而不是标准差,以更好地调查变量值在聚类之间是否存在重叠。所有分析均采用SAS 9.2版本。对于每一次双边测试,I型误差被认为是5%。
道德
在发放问卷前,每个孩子的父母都提供了书面的知情同意。由于所有程序都反映了研究中心的普通病人护理,巴黎圣安东尼医院医学伦理研究委员会机构审查委员会以直接程序批准了该议定书。关于患者记录的保密性,该研究的数据处理由法国国家信息委员会(Commission national information)授权Libertés。
结果
人口特征
这项研究最初包括351名连续的儿童作为哮喘管理门诊咨询患者,他们符合纳入标准。其中,36个被排除在分析之外,因为一个或多个聚类分析参数缺失。因此,最终的研究人群包括315名儿童,203名(64.4%)男性。被排除的儿童的特征与最终样本的特征没有差异(数据未显示)。根据GINA分类的最终种群特征描述在表1.
根据聚类分析的哮喘表型
使用聚类方法,生成了一个树状图,相应的散点图显示了三个具有共同表型特征的儿童聚类(图1).这些群体是根据以下因素确定的:年龄;体重指数;FEV1水平;对食物或吸入变应原的敏感程度;系统性嗜酸性粒细胞增多症、中性粒细胞增多症和淋巴细胞增多症(以及单核细胞增多症,尽管处于临界水平);外周血中不同Ig类(IgG、IgA、IgM和IgE)的升高;ICS治疗下哮喘控制;以及因哮喘加重而住院(表2).即使其他变量的统计显著性略有下降,但当排除变量时,聚类结果仍然稳定。此外,在改变样本或子集(包括其他变量数据缺失的36名患者的样本或随机选择150名患者)后,结果仍然存在。
集群1
103名儿童被纳入第1组(表2).他们更具有特应性,对吸入性和食物过敏原的spt阳性的平均数量最高,总IgE水平最高,并伴有较高的嗜酸性粒细胞值(平均734,范围650-817细胞·mm)−3)和较高的嗜碱性粒细胞值(平均42,范围34-50细胞·mm−3),并且有更多的母亲或父亲哮喘。哮喘持续时间长于其他组群(88%的儿童为>年)。FEV1与聚类3相比,在该聚类中略低。在该组中,尽管使用了高剂量的ICS(14%),但哮喘更常不受控制,并且报告了至少需要住院一次的更严重的恶化(65%)。这种哮喘表型可被称为“哮喘严重恶化和多重过敏”。.
集群2
72名儿童被分组为“严重哮喘合并支气管梗阻”(表2).该组儿童年龄明显较大(平均年龄10岁),BMI最高(平均20,范围19-21 kg·m)−2).这组儿童的FEV基线肺功能明显较低1(平均82,预测范围78-86%)。这种表型与最明显的“中性粒细胞炎症”相关,单核细胞值无显著增加(平均为550,范围为511-588个细胞·mm)−3;P =0.08),中性粒细胞绝对值显著增加(平均值为3423,范围为3082 - 3765 cells·mm−3),各组IgG均显著升高(IgG:均值11.7,范围11.2 ~ 12.3 g·L−1;IgA:平均1.8,范围1.6-1.9 g·L−1;IgM:平均1.3,范围1.1 ~ 1.4 g·L−1).
集群3
第三组为最大组别,共有140名儿童(表2).该聚类的特征是FEV的平均值最高1(平均97,范围95-100% pred),对吸入或食物过敏原的致敏性较低,并且没有升高血细胞或Ig。在这一人群中,与其他人群相比,哮喘更常被低剂量ICS控制(26%)与集群1和集群2分别为9%和3%)。这种表型可以概括为“轻度哮喘”。
哮喘表型和哮喘严重程度
与GINA分类相关的严重程度与每个聚类中经典定义的严重程度分布不均的聚类之间没有关系(图2).
讨论
我们的研究确定了儿童哮喘中两种新的严重表型,与轻度哮喘表型相比。这两种新型重度哮喘表型为:1)哮喘严重加重,2)多重过敏和重度哮喘伴支气管梗阻。
与前一份报告相似[9],在我们的研究中,所有儿童哮喘的群集都表现出特应性特征,但过敏性致敏的程度和性质在群集之间有所不同。此外,全身性炎症、嗜酸性粒细胞-嗜碱性粒细胞类型、中性粒细胞类型或无炎症的性质在各组之间存在差异,而哮喘儿童的这种差异此前未见报道。
哮喘严重加重和多重过敏
这种类型的严重哮喘与炎症相关,主要是“过敏性”(嗜酸性粒细胞和嗜碱性细胞),并结合多种过敏性致敏和总IgE升高。我们小组对哮喘儿童的早期研究表明,肺泡内嗜酸性粒细胞增多与特异反应有关[15].此外,已知血液嗜酸性粒细胞增多与肺深部组织嗜酸性粒细胞炎症密切相关[16].这种表型与需要住院治疗的严重恶化和不受控制的哮喘有关,尽管高剂量的ICS。许多研究证实,哮喘严重恶化或难以控制的风险主要与儿童过敏性哮喘相关[17,18].食物过敏个案更常出现需要特别护理的严重急性哮喘[19,20.].R财大et al。[19]对19例哮喘患儿和38例轻度哮喘患儿进行了比较,结果显示哮喘严重程度(OR 5.89, 95% CI 1.06-32.61)和食物过敏(OR 9.85, 95% CI 1.04-93.27)是两个独立的危险因素。
最后,在哮喘持续时间较高的表型中(频率>5年),FEV1值略低于FEV1在轻度哮喘组中观察到的值。严重哮喘研究计划(SARP)研究也报道了这一点[9],其中最过敏的儿童尽管接受了高水平的治疗,但FEV没有严重下降1值。的确,严重的病情加重可能是肺功能迅速下降的原因[21].
伴有支气管梗阻的严重哮喘
在我们的研究中,严重哮喘的这种表型的特征是FEV的显著降低1(平均82,范围78-86% pred),即使它仍然在正常的可接受范围内,如在严重哮喘儿童的其他研究中[22,23].这一发现可能是由于FEV的正常值1在学龄儿童中为>90%,在我们的聚类3中,FEV的平均值197% pred(范围95-100% pred)。
与其他集群相比,该集群的另一个特点是外周血中性粒细胞显著升高。许多研究表明哮喘的严重程度与诱导痰检出的中性粒细胞炎症有关[24,25].此外,我们的研究支持Sirouxet al。[26他们报道了“积极治疗的过敏性儿童发作哮喘”的表型与血液嗜酸性粒细胞有关,而“积极治疗的成人发作哮喘”与血液中性粒细胞有关。全身中性粒细胞性炎症主要见于感染性炎症。同样,Ig的升高与哮喘中细菌定植引起的炎症有关。众所周知,这种炎症类型会导致不受控制的哮喘[27]和皮质类固醇耐药[28],因此,可能会增加组织重塑的风险,这可以解释FEV较低的原因1这种表现型的价值。
这种表型也与较高的BMI有关。肥胖和严重哮喘之间的联系已经在几项研究中得到了报道[29- - - - - -31].Haldaret al。[30.]的研究表明,一组具有高BMI的哮喘患者与无嗜酸性炎症的症状性哮喘相关。M的研究ooreet al。[31]还发现了一组哮喘与FEV的适度降低有关1在超重和延迟发病的女性中。最后,我们的结果与SARP研究一致,包括哮喘严重程度与明显低FEV无关1或GINA严重评分[9].
我们研究的主要局限性在于所有患者都来自一个中心,这当然可能代表地理上的偏见。然而,虽然三分之二的哮喘儿童来自巴黎及其周边地区(1000万居民),但剩下的三分之一生活在法国各地,这限制了这种潜在的偏见。然而,我们的结果不能在另一个人群中推广,特别是在种族多样性更大的人群中。此外,我们的样本是以前类似研究中使用的样本中最大的,我们的结果符合临床情况。我们研究的一个重要优势是无监督聚类分析识别了没有任何监督的聚类先天的对聚类的配位性和稳定性进行了检验。以前很少对儿童进行这种治疗。此外,我们的研究不同于以往对哮喘的聚类分析,因为我们纳入了血液炎症标志物,并证明这是哮喘的一个重要特征。
总之,这项针对哮喘儿童的大型研究区分了两种新的严重哮喘表型。我们建议将这些表型包括在儿童严重哮喘的管理建议中,以优化治疗策略,即。重度过敏表型儿童可使用抗ige、抗白介素-5等抗过敏药物,梗阻性表型儿童可使用大环内酯类抗中性粒细胞药物;因此,有可能改善长期结果。这些结果需要进一步的肺深层组织炎症研究来证实。
致谢
作者要感谢V. Le Gros(临床研究与开发,诺华,巴黎,法国)为这项研究提供资金。
脚注
支持声明
这项研究得到了诺华实验室(法国巴黎)流行病学研究小组的研究经费支持。
权益声明书
J. Just的兴趣声明和研究本身可以在www.www.qdcxjkg.com/site/misc/statements.xhtml
- 收到了2011年7月19日。
- 接受2011年10月26日。
- ©2012人队