《Journal of Allergy and Clinical Immunology》：SERPINE1 promoter variants and differential airway responses to virus and biological therapy
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背景：编码纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）蛋白的SERPINE1基因中存在一个常见的功能性启动子多态性（4G4G/4G5G），该多态性与更频繁的哮喘急性加重相关。目的：研究人员探讨了病毒感染期间基因型特异性的气道转录组应答，以及该基因型如何调节伴有或不伴
背景：编码纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）蛋白的SERPINE1基因中存在一个常见的功能性启动子多态性（4G4G/4G5G），该多态性与更频繁的哮喘急性加重相关。目的：研究人员探讨了病毒感染期间基因型特异性的气道转录组应答，以及该基因型如何调节伴有或不伴有美泊利珠单抗治疗的哮喘急性加重中的这些应答。方法：研究人员从MUPPITS-1和MUPPITS-2这两个城市型2型炎症富集哮喘队列中，选取了6-17岁易发生急性加重的哮喘儿童亚组的鼻灌洗液样本，用于RNA测序和遗传学研究。研究人员进行了表达数量性状位点（eQTL）分析和加权基因共表达网络分析，以确定PAI-1基因型对病毒感染期间基因表达的调节作用，以及基因型与共表达基因网络（模块）平均表达水平的关联。采用线性回归分析评估美泊利珠单抗与PAI-1启动子变异之间的交互作用。结果：风险基因型与基线时较低的SERPINE1表达相关，但在病毒感染过程中其水平升高（P < .02）。在携带风险等位基因的个体中，于病毒感染期间，包括免疫/Toll样受体信号通路在内的4个共表达基因网络表达上调，而一个网络（核糖体）的表达下调。接受美泊利珠单抗治疗且发生非急性加重病毒性疾病的风险等位基因受试者，其嗜酸性粒细胞和黏液高分泌基因网络的表达较高。在接受美泊利珠单抗治疗并经历急性加重的风险等位基因受试者中，与安慰剂组相比，嗜酸性粒细胞信号网络表达降低，但涉及TGF-β/SMAD3和上皮完整性受损的基因网络表达增加。多项药物-基因相互作用具有统计学显著性（P < .05，错误发现率）。结论：在携带风险等位基因的哮喘儿童中，鼻灌洗液SERPINE1转录本在病毒感染期间增加，而在不携带该等位基因的儿童中则未观察到。在哮喘急性加重中，风险等位基因与TGF-β/SMAD3和上皮通路的增强以及针对2型调节剂美泊利珠单抗的差异性气道转录组应答相关。
一、研究背景与目的
哮喘是全球儿童最常见的慢性呼吸系统疾病之一，在美国影响约8.3%的儿童，每年造成高达59.2亿美元的医疗支出，其中大部分费用来自需要住院治疗的重症患儿。既往研究表明，SERPINE1基因编码的纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）蛋白在哮喘发病机制中扮演重要角色。该基因启动子区域存在一个功能性多态性位点（rs1799768），即4G/5G插入/缺失变异，其中4G等位基因（风险等位基因）约占研究人群的60%，并与严重哮喘急性加重风险增加2.6倍显著相关。PAI-1由肥大细胞和气道上皮细胞释放，可促进胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）产生，进而激活IL-4和IL-5，驱动嗜酸性粒细胞炎症并形成正反馈环路。此外，PAI-1还参与TGF-β介导的气道重塑过程，抑制纤溶和细胞外基质降解。然而，PAI-1基因型如何动态调控病毒感染期间的气道转录组应答，以及这种调控是否影响抗IL-5生物制剂（美泊利珠单抗）的治疗反应，此前尚不清楚。为此，研究人员利用MUPPITS-1和MUPPITS-2两个城市易发急性加重哮喘儿童队列的鼻灌洗液RNA样本，系统探究了SERPINE1启动子变异对基线及病毒感染期间气道基因表达的影响，以及该基因型与美泊利珠单抗治疗之间的交互作用。该研究成果发表于《Journal of Allergy and Clinical Immunology》。
二、关键技术与方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：1）基于MUPPITS-1队列（208名6-17岁城市哮喘儿童，纳入标准包括过去一年≥2次急性加重、吸入类固醇需求>500μg氟替卡松/天、血嗜酸粒细胞>150/mm3）和MUPPITS-2临床试验（290名儿童随机接受美泊利珠单抗或安慰剂治疗52周）的鼻灌洗液RNA样本进行RNA测序；2）利用与功能性基因型（rs1799768）高度连锁不平衡的单核苷酸多态性rs2227631作为代理标记（A等位基因对应4G风险等位基因，G等位基因对应5G正常等位基因）；3）进行表达数量性状位点（eQTL）分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA），以鉴定基因型相关的共表达基因模块；4）采用线性回归模型分析美泊利珠单抗与PAI-1启动子变异的交互作用，并在URECA出生队列中进行基线表达水平的重复验证。
三、研究结果
动态PAI-1表达模式： 在MUPPITS-1队列中，AA纯合子（4G4G）在基线时鼻灌洗液中PAI-1表达水平最低，显著低于GG和AG基因型。这一发现在URECA出生队列中得到独立重复验证。然而，在病毒感染期间呈现相反趋势：AA基因型患者在感染第1-3天PAI-1即显著升高，至第4-7天进一步攀升至最高水平，表现出最剧烈的动态变化；AG杂合子呈现中间程度的升高；而GG纯合子在整个病程中PAI-1表达保持相对稳定。分层分析显示，无论在上呼吸道感染（感冒）还是进展为急性加重的病例中，风险基因型均表现出类似的PAI-1升高模式。
基因网络关联分析： 在MUPPITS-1队列的病毒感染期样本中，eQTL和WGCNA分析揭示，携带风险等位基因（AA或AG）的患者有4个基因模块表达显著上调，包括细胞过程调控、蛋白质代谢、固有免疫/Toll样受体信号通路以及TGF-β/SMAD3相关通路；同时，核糖体/翻译相关模块和干扰素应答模块的表达显著下调。
美泊利珠单抗治疗下的基因-药物交互作用： 在MUPPITS-2队列中，对于未进展为急性加重的病毒性感冒患者，接受美泊利珠单抗治疗的风险等位基因携带者，其嗜酸性粒细胞活化/黏液高分泌模块（eos3）表达高于安慰剂组，而细胞内嗜酸性粒细胞信号模块（eos4）表达未见下降，两者均显示出显著的基因型-治疗交互作用（校正后P值分别为0.029和0.032）。对于进展为急性加重的患者，接受美泊利珠单抗治疗的风险等位基因携带者，其TGF-β/SMAD3分化模块（m27）和鳞状上皮模块（squa1）表达升高，而嗜酸性粒细胞信号模块（eos4）表达下降，交互作用均达到名义显著性水平。
急性加重后的持续效应： 在急性加重后5-10天的鼻灌洗液样本中（此时患者已接受全身性类固醇治疗），接受美泊利珠单抗治疗的风险等位基因携带者仍表现出更高的黏液高分泌/嗜酸性粒细胞活化模块（eos3）、上皮完整性模块（m24）、TGF-β/SMAD3分化模块（m27）和鳞状上皮模块（squa1）表达，而GG基因型患者则呈现相反趋势。其中，m24和m27模块的交互作用在校正多重比较后仍具统计学显著性（校正后P值均为0.045）。
临床意义分析： 零膨胀泊松模型显示，eos3和m24模块表达每增加一个单位，分别与急性加重率增加0.195和0.581次/年相关。风险等位基因携带者中，eos3模块从第25百分位到第75百分位的差异可导致每年增加0.3次急性加重，m24模块则对应0.4次/年的增加。
四、讨论与结论
该研究首次在临床层面揭示了SERPINE1启动子变异对气道上皮PAI-1表达的动态调控模式：风险等位基因（4G/A）赋予基线低表达但病毒感染期间过度升高的特性。这种“低基线-高应激”的表达模式可能解释了为何该等位基因在人群中广泛存在（尽管其与不良临床结局相关），因为慢性持续升高的PAI-1可能带来更大的长期危害。重要的是，研究人员发现了美泊利珠单抗与PAI-1基因型之间存在显著的药物-基因交互作用：在风险等位基因携带者中，即使接受了抗IL-5治疗，在病毒感染和急性加重期间仍表现出TGF-β/SMAD3和鳞状上皮基因模块的增强表达，提示上皮源性炎症通路可能在IL-5阻断后持续存在甚至被代偿性激活。这些模块此前已被证明与急性加重风险增加相关，因此可能部分解释了为何部分风险等位基因携带者在使用IL-5靶向生物制剂后仍会发生急性加重。研究局限性包括：这是一项二次分析，需前瞻性研究验证；队列富集了T2高表型患者；样本来源于上气道而非下气道。未来研究方向应关注PAI-1蛋白水平的测量、不同组织类型的比较，以及探索PAI-1基因型是否影响其他T2靶向疗法（如抗TSLP）的反应。
研究结论： 在携带风险等位基因的哮喘儿童中，鼻灌洗液SERPINE1转录本在病毒感染期间增加，而在不携带该等位基因的儿童中则未观察到。在哮喘急性加重中，风险等位基因与TGF-β/SMAD3和上皮通路的增强以及针对2型调节剂美泊利珠单抗的差异性气道转录组应答相关。
