Suchandrima Bhowmik

Une approche d’apprentissage automatique pour identifier les sous-types d’asthme sur la base de signatures moléculaires

Une nouvelle étude publiée dans le Journal d’allergie et d’immunologie clinique détermine si l’expression des protéines dans les échantillons de liquide nasal pourrait aider au diagnostic des sous-types d’asthme.

Étude: L’endotypage multidimensionnel utilisant la protéomique nasale prédit les phénotypes moléculaires dans les voies respiratoires asthmatiques. Crédit d’image : Ljupco Smokovski/Shutterstock

sous-types d’asthme

L’asthme est une maladie hétérogène souvent caractérisée par plusieurs phénotypes différents ; cependant, la distinction entre ces sous-types est généralement descriptive et non basée sur la présence de biomarqueurs spécifiques.

Le diagnostic de l’asthme de type 2 (T2) à réponse non immunitaire, par exemple, reste difficile en raison du manque de biomarqueurs facilement accessibles et mesurables. Par conséquent, il n’existe actuellement aucun traitement biologique ou à petites molécules disponible pour le traitement de l’asthme non-T2. Par conséquent, il reste un besoin urgent d’approches non invasives capables d’identifier les phénotypes moléculaires de l’asthme, ce qui améliorera en fin de compte les résultats du traitement pour ces patients.

Cependant, les progrès des technologies de séquençage génétique ont conduit à l’utilisation de l’apprentissage automatique (ML) basé sur les données et d’approches statistiques pour catégoriser différentes maladies, y compris l’asthme. En effet, le regroupement non supervisé a permis d’identifier avec succès les phénotypes de l’asthme et les schémas sous-jacents des variables cliniques.

À propos de l’étude

L’étude actuelle a impliqué 60 adultes souffrant d’asthme sévère qui ont participé à l’étude Endotype of Non-eosinophilic Asthma (ENDANA). Le liquide nasal a été prélevé chez tous les participants à l’étude à l’aide d’une procédure de matrice fibreuse absorbante suivie d’une analyse protéomique.

Des tests statistiques, des scores de Shapley et une mise en commun non supervisée ont été effectués pour la stratification des patients et l’identification des biomarqueurs. Enfin, la validation du cluster ENDANA basée sur la protéomique du liquide nasal a été réalisée à l’aide de données transcriptomiques provenant de biomarqueurs non biaisés pour la prédiction des résultats des maladies respiratoires (U-BIOPRED).

Lire aussi  Les enfants exposés à la pollution de l'air dans les premières années sont plus susceptibles de développer des allergies alimentaires

Résultats de l’étude

Environ 70 % des participants à l’étude souffraient d’asthme tardif, 41,67 % présentaient un déclin rapide de la fonction pulmonaire et une obstruction fixe des voies respiratoires, 50 % étaient atopiques et 25 % souffraient d’asthme quasi mortel. Le profilage induit des cellules d’expectoration des écouvillons nasaux a révélé que 17 participants souffraient d’asthme éosinophile, trois souffraient d’asthme paucigranulocytaire, quatre souffraient d’asthme mixte éosinophile/neutrophile et 36 souffraient d’asthme neutrophile.

La sélection ultérieure des 20 protéines les plus importantes sur la base des publications précédentes a été effectuée à l’aide des valeurs de Shapley, qui ont regroupé les données de protéomique nasale et stratifié ces résultats en deux groupes appelés « 0 » et « 1 ». Le coup le plus important était la protéine d’échafaudage (PPP1R9B), qui était associée à de nombreuses voies de régulation, mais pas à l’asthme.

Les patients du groupe 1 avaient moins de polypes nasaux, une obstruction importante des voies respiratoires, une petite maladie des voies respiratoires, des niveaux de statut oxydatif accrus, une capacité de diffusion réduite et étaient plus susceptibles d’être des fumeurs actuels. La présence d’épaississement aérien ne différait pas entre les grappes 1 et 0 ; cependant, cela peut être dû au degré plus élevé de résistance à l’air, de piégeage d’air et de maladie des petites voies respiratoires observé dans le groupe 1.

Lire aussi  Explorer le dysfonctionnement du goût et de l'odorat en tant que prédicteurs puissants des infections par le SRAS-CoV-2

De plus, 41 protéines différentiellement exprimées ont permis aux chercheurs de mieux distinguer les deux groupes. La protéine discriminante la plus efficace était BACH1.

Deux groupes d’asthme sévère de patients X1 et X2 appartenant à la cohorte U-BIOPRED ont également été identifiés pour correspondre étroitement aux patients de l’étude ENDANA sur la base de leurs données transcriptomiques ou protéomiques, respectivement.

Les patients du groupe X2 avaient un profil de variables cliniques différent de celui des patients du groupe X1. Comparativement, les patients du groupe X1 présentaient des caractéristiques similaires à celles du groupe ENDANA 1, notamment moins de polypes nasaux, une fonction pulmonaire réduite, une obstruction importante des voies respiratoires, une petite maladie des voies respiratoires, une résistance accrue des voies respiratoires et un emprisonnement d’air. Un total de 32 voies ont été différentiellement enrichies entre les groupes X2 et X1.

Dans l’ensemble, cette approche de validation croisée a confirmé que le même modèle ML pouvait être utilisé pour identifier un groupe similaire de patients asthmatiques dans les données de protéomique du liquide nasal et de transcriptomique du brossage nasal.

Les voies associées aux 41 protéines ENDANA exprimées de manière différentielle étaient associées à la transduction du signal intracellulaire et à la liaison aux récepteurs de cytokines. Plusieurs réponses immunitaires à l’infection ont également été identifiées dans cette analyse, dont certaines comprenaient l’interféron (IFN), le facteur de nécrose tumorale (TNF), le récepteur de type péage (TLR) et l’interleukine 10 (IL-10).

Parmi ces 41 protéines, 28 présentaient une dérégulation similaire dans les groupes U-BIOPRED X1 et X2. Cela suggère que les caractéristiques moléculaires des groupes ENDANA et U-BIOPRED étaient étroitement liées.

Lire aussi  Comment des comorbidités spécifiques affectent la gravité du COVID-19

Notamment, cinq des 41 protéines identifiées chevauchaient celles identifiées dans les études précédentes, qui étaient toutes fortement enrichies chez les patients U-BIOPRED diagnostiqués avec un asthme neutrophilique sévère. Fait intéressant, ces protéines étaient également fortement enrichies chez les patients présentant des phénotypes mixtes granulocytaires, neutrophiles et inflammasomes. Bien qu’une étude plus approfondie soit nécessaire, l’identification et la mesure de ces cinq protéines dans les écouvillons nasaux peuvent offrir une approche non invasive pour diagnostiquer l’asthme neutrophilique sévère.

conclusions

L’approche de modélisation ML utilisée dans la présente étude a identifié avec succès des patients souffrant d’asthme sévère à partir de données protéomiques et transcriptomiques, avec des caractéristiques qui se chevauchent observées dans les deux cohortes. Cette étude de preuve de concept élargit les découvertes précédentes confirmant la capacité d’utiliser des protéines ou des gènes exprimés de manière différentielle identifiés dans des écouvillons nasaux pour identifier des sous-types d’asthme distincts qui peuvent être utilisés à la fois pour le diagnostic et le développement de traitements spécifiques.

limites

La taille de l’échantillon de l’étude actuelle était petite. De plus, les résultats de l’étude ne peuvent pas être généralisés, car les ensembles de données ENDANA et U-BIOPRED étaient principalement composés de personnes d’origine européenne blanche.

Référence magazine :
  • Agache, I., Shamji, MH, Kermani, Nouvelle-Zélande, et coll. (2023). L’endotypage multidimensionnel utilisant la protéomique nasale prédit les phénotypes moléculaires dans les voies respiratoires asthmatiques. Journal d’allergie et d’immunologie clinique. doi:10.1016/j.jaci.2022.06.028.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *