Использование в клинической практике метода индуцированной мокроты у пациентов с бронхиальной астмой

В статье изложен обзор современных представлений о методе индуцированной мокроты, представлены подробное описание методики и протоколы получения мокроты у взрослых и детей, способы обработки полученного материала. В работе детально описываются особенности клеточного состава индуцированной мокроты у здоровых людей и у пациентов с бронхиальной астмой; подчёркивается значимость уровня эозинофилии как прогностического и диагностического критерия астмы; определяются функции других клеток индуцированной мокроты, таких как нейтрофилы, макрофаги, базофилы. Работа иллюстрирована фотографиями микроскопии мокроты. Помимо цитологии мокроты, подчёркивается возможность использования других методов исследования, таких как идентификация вирусных и бактериальных возбудителей, геномика, протеомика, липидомика, метаболомика, определение концентрации различных медиаторов в супернатанте мокроты. Даются представления о биохимических маркерах воспаления и ремоделирования дыхательных путей при астме, которые можно определить в мокроте (анафилатоксин С3а, кластерин, периостин, нейротоксин эозинофильного происхождения, фолликулин). Кроме того, в статье обобщены сведения о воспалительных фенотипах бронхиальной астмы, подчёркиваются их непостоянство и модификация в зависимости от периода заболевания, назначенного лечения, интеркуррентных респираторных инфекций, курения. Даны подробные характеристики эозинофильного, нейтрофильного, смешанного и малогранулоцитарного фенотипов бронхиальной астмы, отражены наиболее частые корреляции фенотипов с тяжестью и течением заболевания, параметрами функции лёгких и другими показателями. Описаны возможности использования метода индуцированной мокроты для комплексной оценки течения, контролируемости астмы и эффективности проводимой лекарственной терапии, а также для персонализированного подбора противовоспалительного препарата с учётом воспалительного фенотипа.

1. Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention. 2021. URL: https://ginasthma.org/wp-content/uploads/2021/05/GINA-Main-Report-2021-V2-WMS.pdf [date of access: 26.03.2022].

2. Cao C, Li W, Hua W, Yan F, Zhang H, Huang H, et al. Proteomic analysis of sputum reveals novel biomarkers for various presentations of asthma. J Transl Med. 2017; 15(1): 171. doi: 10.1186/s12967-017-1264-y

3. Inoue H, Ito I, Niimi A, Matsumoto H, Matsuoka H, Jinnai M, et al. CT-assessed large airway involvement and lung function decline in eosinophilic asthma: The association between induced sputum eosinophil differential counts and airway remodeling. J Asthma. 2016; 53(9): 914-921. doi: 10.3109/02770903.2016.1167903

4. Ntontsi P, Loukides S, Bakakos P, Kostikas K, Papatheodorou G, Papathanassiou E, et al. Clinical, functional and inflammatory characteristics in patients with paucigranulocytic stable asthma: Comparison with different sputum phenotypes. Allergy. 2017; 72(11): 1761-1767. doi: 10.1111/all.13184

5. Мизерницкий Ю.Л., Мельникова И.М., Павленко В.А. Меполизумаб в терапии бронхиальной астмы у детей. Медицинский совет. 2020; (1): 81-86. doi: 10.21518/2079-701X-2020-1-81-86

6. Lacwik P, Kupczyk M. Asthma phenotype overlap: More may be less. J Allergy Clin Immunol Pract. 2021; 9(1): 363-364. doi: 10.1016/j.jaip.2020.10.032

7. Papi A, Brightling С, Pedersen S, Reddel H. Asthma. Review Lancet. 2018; 391(10122): 783-800. doi: 10.1016/S0140-6736(17)33311-1

8. Тютина О.С., Смирнова С.В., Смольникова М.В., Ильенкова Н.А. Клинико-иммунологические особенности атопической бронхиальной астмы в зависимости от уровня контроля над заболеванием у детей. Acta biomedica scientifica. 2012; 3(2): 204-207.

9. Weiszhar Z, Horvath I. Induced sputum analysis: step by step. Breathe. 2013; 9: 300-306. doi: 10.1183/20734735.042912

10. Guiot J, Demarche S, Henket M, Paulus V, Graff S, Schleich F, et al. Methodology for sputum induction and laboratory processing. J Vis Exp. 2017; 130: 56612. doi: 10.3791/56612

11. Куличков В.И., Мизерницкий Ю.Л., Рыбакова О.Г., Жаков Я.И., Минина Е.Е. Способ получения индуцированной мокроты у детей для оценки степени и характера воспаления слизистой бронхов: Патент № 2364341 Рос. Федерация; МПК A61B 10/00 (2006.01), G01N 33/53 (2006.01). № 2008116364; заявл. 24.04.2008; опубл. 20.08.2009. Бюл. № 23.

12. Kansal P, Nandan D, Agarwal S, Patharia N, Arya N. Correlation of induced sputum eosinophil levels with clinical parameters in mild and moderate persistent asthma in children aged 7–18 years. J Asthma. 2018; 55(4): 385-390. doi: 10.1080/02770903.2017.1338725

13. Жаков Я.И., Минина Е.Е., Медведева Л.В. Воспалительные фенотипы при обострении вирус-индуцированной бронхиальной астмы у детей и их изменение в динамике. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2015; 60(4): 229.

14. Жаков Я.И., Минина Е.Е., Медведева Л.В. Влияние тилорона на цитоиммунологические показатели индуцированной мокроты и частоту обострений бронхиальной астмы, обусловленных респираторной вирусной инфекцией. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2017; 62(2): 65-70. doi: 10.21508/1027-4065-2017-62-2-65-70

15. Ghebre MA, Pang PH, Desai D, Hargadon B, Newby C, Woods J, et al. Severe exacerbations in moderate-to-severe asthmatics are associated with increased pro-inflammatory and type 1 mediators in sputum and serum. BMC Pulm Med. 2019; 19(1): 144. doi: 10.1186/s12890-019-0906-7

16. Bickerman HA, Sproul EE, Barach AL. An aerosol method of producing bronchial secretions in human subjects: A clinical technique for the detection of lung cancer. Dis Chest. 1958; 33: 347-362.

17. Pin I, Gibson PG, Kolendowicz R, Girgis-Gabardo A, Denburg JA, Hargreave FE, et al. Use of induced sputum cell counts to investigate airway inflammation in asthma. Thorax. 1992; 47(1): 25-29. doi: 10.1136/thx.47.1.25

18. Popov TA, Pizzichini MM, Pizzichini E, Kolendowicz R, Punthakee Z, Dolovich J, et al. Some technical factors influencing the induction of sputum for cell analysis. Eur Respir J. 1995; 8(4): 559-565. doi: 10.1183/09031936.95.08040559

19. Djukanović R, Sterk PJ, Fahy JV. Standardised methodology of sputum induction and processing. Eur Respir J Suppl. 2002; 37: 1s-2s. doi: 10.1183/09031936.02.00000102

20. Paggiaro PL, Chanez P, Holz O, Indz PW, Djukanovic R, Maestrelli P, et al. Sputum induction. Eur Respir J Suppl. 2002; 37: 3s-8s. doi: 10.1183/09031936.02.00000302

21. Pizzichini E, Pizzichini MM, Leigh R, Djukanović R, Sterk PJ. Safety of sputum induction. Eur Respir J Suppl. 2002; 37: 9s-18s. doi: 10.1183/09031936.02.00000902

22. Efthimiadis A, Spanevello A, Hamid Q, Kelly MM, Linden M, Louis R, et al. Methods of sputum processing for cell counts, immunohistochemistry and in situ hibridisation. Eur Respir J Suppl. 2002; 37: 19s-23s. doi: 10.1183/09031936.02.00001902

23. Kelly MM, Keatings V, Leigh R, Peterson C, Shute J, Venge P, et al. Analysis of fluid- phase mediators. Eur Respir J Suppl. 2002; 37: 24s-39s. doi: 10.1183/09031936.02.00002402

24. Gibson PG, Grootendor DC, Henry RL, Pin I, Rytila PL, Wark P, et al. Sputum induction in children. Eur Respir J Suppl. 2002; 37: 44s-46s. doi: 10.1183/09031936.02.00004402

25. Koc-Günel S, Schubert R, Zielen S, Rosewich M. Cell distribution and cytokine levels in induced sputum from healthy subjects and patients with asthma after using different nebulizer techniques. BMC Pulm Med. 2018; 18(1): 115. doi: 10.1186/s12890-018-0683-8

26. Kasaian MT, Lee J, Brennan A, Danto SI, Black KE, Fitz L, et al. Proteomic analysis of serum and sputum analytes distinguishes controlled and poorly controlled asthmatics. Clin Exp Allergy. 2018; 48(7): 814-824. doi: 10.1111/cea.13151

27. Bush A. Translating asthma: Dissecting the role of metabolomics, genomics and personalized medicine. Indian J Pediatr. 2018; 85(8): 643-650. doi: 10.1007/s12098-017-2520-0

28. Santos A, Pité H, Chaves-Loureiro C, Rocha S, Taborda-Barata L. Metabolic phenotypes in asthmatic adults: Relationship with inflammatory and clinical phenotypes and prognostic. Review Metabolites. 2021; 11(8): 534. doi: 10.3390/metabo11080534

29. Костина Е.М., Трушина Е.Ю. Роль нейтрофильной эластазы и IL-8 в патогенезе типа воспаления у больных неаллергической бронхиальной астмой. Журнал научных статей Здоровье и образование в XXI веке. 2019; 21(3): 22-26. doi: 10.26787/nydha-2226-7425-2019-21-3-22-26

30. Rytilä P, Pelkonen AS, Metso T, Nikander K, Haahtela T, Turpeinen M. Induced sputum in children with newly diagnosed mild asthma: the effect of 6 months of treatment with budesonide or disodium cromoglycate. Allergy. 2004; 59(8): 839-844. doi: 10.1111/j.1398-9995.2004.00504.x

31. Luo W, Chen Q, Chen R, Xie Y, Wang H, Lai K. Reference value of induced sputum cell counts and its relationship with age in healthy adults in Guangzhou, Southern China. Clin Respir J. 2018; 12(3): 1160-1165. doi: 10.1111/crj.12645

32. Demarche S, Schleich F, Henket M, Paulus V, Van Hees TV, Louis R. Detailed analysis of sputum and systemic inflammation in asthma phenotypes: Are paucigranulocytic asthmatics really non-inflammatory? BMC Pulmonary Medicine. 2016; 16: 46. doi: 10.1186/s12890-016-0208-2

33. Mahabee-Gittens EM, Merianos AL, Fulkerson PC, Stone L, Matt GE. The association of environmental tobacco smoke exposure and inflammatory markers in hospitalized children. Int J Environ Res Public Health. 2019; 16(23): 4625. doi: 10.3390/ijerph16234625

34. Zacharasiewicz A, Wilson N, Lex C, Erin EM, Li AM, Hansel T, et al. Clinical use of noninvasive measurements of airway inflammation in steroid reduction in children. Am J Respir Crit Care Med. 2005; 171(10): 1077-1082. doi: 10.1164/rccm.200409-1242OC

35. Carr TF, Zeki AA, Kraft M. Eosinophilic and noneosinophilic asthma. Respir Crit Care Med. 2018; 197(1): 22-37. doi: 10.1164/rccm.201611-2232PP

36. Suzuki Y, Wakahara K, Nishio T, Ito S, Hasegawa Y. Airway basophils are increased and activated in eosinophilic asthma. Allergy. 2017; 72(10): 1532-1539. doi: 10.1111/all.13197

37. Fux M, von Garnier C. Sputum basophils and asthma diagnosis: dawn of a new era? Allergy. 2017; 72(10): 1437-1439. doi: 10.1111/all.13214

38. Поспелова С.Н., Собченко С.А., Кравцов В.Ю. Возможности цитологических и иммуноцитохимических показателей индуцированной мокроты в оценке воспаления дыхательных путей при разных уровнях контроля бронхиальной астмы. Вестник Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова. 2015; 7(2): 68-73.

39. Pretolani M, Soussan D, Poirier I, Thabut G, Aubier M. Clinical and biological characteristics of the French COBRA cohort of adult subjects with asthma. Eur Respir J. 2017; 50(2): 1700019. doi: 10.1183/13993003.00019-2017

40. Lima-Matos A, Ponte EV, de Jesus JPV, Almeida PCA, Lima VB, Kwon N, et al. Eosinophilic asthma, according to a blood eosinophil criterion, is associated with disease severity and lack of control among underprivileged urban Brazilians. Respir Med. 2018; 145: 95-100. doi: 10.1016/j.rmed.2018.10.025

41. Guo Y, Zou Y, Zhai J, Li J, Liu J, Ma C, et al. Phenotypes of the inflammatory cells in the induced sputum from young children or infants with recurrent wheezing. Pediatr Res. 2019; 85(4): 489-493. doi: 10.1038/s41390-018-0268-5

42. Petsky HL, Li A, Chang AB. Tailored interventions based on sputum eosinophils versus clinical symptoms for asthma in children and adults. Cochrane Database Syst Rev. 2017; 8(8): CD005603. doi: 10.1002/14651858.CD005603.pub3

43. Moore WC, Hastie AT, Li X, Li H, Busse WW, Jarjour NN, et al. Sputum neutrophil counts are associated with more severe asthma phenotypes using cluster analysis. J Allergy Clin Immunol. 2014; 133(6): 1557-1563.e5. doi: 10.1016/j.jaci.2013.10.011

44. Chung KF. Asthma phenotyping: a necessity for improved therapeutic precision and new targeted therapies. J Intern Med. 2016; 279(2): 192-204. doi: 10.1111/joim.12382

45. Ray A, Kolls JK. Neutrophilic inflammation in asthma and association with disease severity. Trends Immunol. 2017; 38(12): 942-954. doi: 10.1016/j.it.2017.07.003

46. Van der Veen TA, de Groot LES, Melgert BN. The different faces of the macrophage in asthma. Curr Opin Pulm Med. 2020; 26(1): 62-68. doi: 10.1097/MCP.0000000000000647

47. Murray PJ, Wynn TA. Protective and pathogenic functions of macrophage subsets. Nat Rev Immunol. 2011; 11(11): 723-737. doi: 10.1038/nri3073

48. Kulkarni N, Kantar A, Costella S, Ragazzo V, Piacentini G, Boner A, et al. Macrophage phagocytosis and allergen avoidance in children with asthma. Front Pediatr. 2018; 6: 206. doi: 10.3389/fped.2018.00206

49. Barril S, Sebastián L, Cotta G, Crespo A, Mateus E, Torrejón M, et al. Utility of induced sputum in routine clinical practice. Arch Bronconeumol. 2016; 52(5): 250-255. doi: 10.1016/j arbres.2015.10.002

50. Zhang J, Ding YL, Chen YH, Yao WZ. Changes of C3a in induced sputum in patients with asthma. Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao. 2015; 35(1): 51-55.

51. Jia G, Erickson RW, Choy DF, Mosesova S, Wu LC, Solberg OD, et al. Periostin is a systemic biomarker of eosinophilic airway inflammation in asthmatic patients. J Allergy Clin Immunol. 2012; 130(3): 647-654.e10. doi: 10.1016/j.jaci.2012.06.025

52. Bobolea I, Barranco P, Del Pozo V, Romero D, Sanz V, López-Carrasco V, et al. Sputum periostin in patients with different severe asthma phenotypes. Allergy. 2015; 70(5): 540-546. doi: 10.1111/all.12580

53. Refaat М, Sayed E, El-Fattah W, Elbanna A, Sayed H. Relationship between sputum periostin level and inflammatory asthma phenotypes in Egyptian patients. J Asthma. 2021; 58(10): 1285-1291. doi: 10.1080/02770903.2020.1786111

54. Sol IS, Kim YH, Park YA, Lee KE, Hong JY, Kim MN, et al. Relationship between sputum clusterin levels and childhood asthma. Clin Exp Allergy. 2016; 46(5): 688-695. doi: 10.1111/cea.12686

55. Kim SY, Kim JD, Sol IS, Kim MJ, Kim MN, Hong JY, et al. Sputum TWEAK expression correlates with severity and degree of control in non-eosinophilic childhood asthma. Pediatr Allergy Immunol. 2018; 29(1): 42-49. doi: 10.1111/pai.12827

56. Kim SH. Blood molecular biomarkers of the inflammatory phenotypes of asthma. Editorial Korean J Intern Med. 2020; 35(4): 857-860. doi: 10.3904/kjim.2020.296

57. Kim SY, Jung HW, Kim М, Moon JY, Ban GY, Kim SJ, et al. Ceramide/sphingosine-1-phosphate imbalance is associated with distinct inflammatory phenotypes of uncontrolled asthma. Allergy. 2020; 75(8): 1991-2004. doi: 10.1111/all.14236

58. Kuruvilla ME, Lee FE, Lee GB. Understanding asthma phenotypes, endotypes, and mechanisms of disease. Clin Rev Allergy Immunol. 2019; 56(2): 219-233. doi: 10.1007/s12016-018-8712-1

59. Conrad LA, Cabana MD, Rastogi D, Bush A. Defining pediatric asthma: Phenotypes to endotypes and beyond. Review Pediatr Res. 2021; 90(1): 45-51. doi: 10.1038/s41390-020-01231-6

60. Côté А, Godbout K, Boulet LP. The management of severe asthma in 2020. Review Biochem Pharmacol. 2020; 179: 114112. doi: 10.1016/j.bcp.2020.114112

61. Ricciardolo F, Bertolini F, Carriero V, Sprio АЕ. Asthma phenotypes and endotypes. Minerva Med. 2021; 112(5): 547-563. doi: 10.23736/S0026-4806.21.07498-X

62. Simpson JL, Scott R, Boyle MJ, Gibson PG. Inflammatory subtypes in asthma: Assessment and identification using induced sputum. Respirology. 2006; 11; 54-61. doi: 10.1111/j.1440-1843.2006.00784.x

63. Taylor SL, Leong L, Choo JM, Wesselingh S, Yang IA, Upham JW. Inflammatory phenotypes in patients with severe asthma are associated with distinct airway microbiology. J Allergy Clin Immunol. 2018; 141(1): 94-103.e15. doi: 10.1016/j.jaci.2017.03.044

64. Nelson RK, Bush A, Stokes J, Nair P, Akuthota P. Eosinophilic asthma. J Allergy Clin Immunol Pract. 2020; 8(2): 465-473. doi: 10.1016/j.jaip.2019.11.024

65. Hinks TS, Levine SJ, Brusselle GG. Treatment options in type-2 low asthma. Review Eur Respir J. 2020; 57b(1): 2000528. doi: 10.1183/13993003.00528-2020

66. Schoettler N, Strek ME. Recent advances in severe asthma: From phenotypes to personalized medicine. Review Chest. 2020; 157(3): 516-528. doi: 10.1016/j.chest.2019.10.009

67. Suárez-Cuartín G, Crespo A, Mateus E, Torrejón M, Giner J, Belda A, et al. Variability in asthma inflammatory phenotype in induced sputum. Frequency and causes. Arch Bronconeumol. 2016; 52: 76-81. doi: 10.1016/j.arbr.2015.12.012

68. Panettieri RA Jr. Neutrophilic and pauci-immune phenotypes in severe asthma. Immunol Allergy Clin North Am. 2016; 36(3): 569-579. doi: 10.1016/j.iac.2016.03.007

69. Kozik AJ, Huang YJ. The microbiome in asthma: Role in pathogenesis, phenotype, and response to treatment. Ann Allergy Asthma Immunol. 2019; 122(3): 270-275. doi: 10.1016/j.anai.2018.12.005

70. Edwards MR, Strong K, Cameron A, Walton RP, Jackson DJ, Johnston SL. Viral infections in allergy and immunology: How allergic inflammation influences viral infections and illness. J Allergy Clin Immunol. 2017; 140(4): 909-920. doi: 10.1016/j.jaci.2017.07.025

71. Adeli M, El-Shareif T, Hendaus MA. Asthma exacerbation related to viral infections: An up to date summary. J Family Med Prim Care. 2019; 8: 2753-2759. doi: 10.4103/jfmpc.jfmpc_86_19

72. Nair P, Aziz-Ur-Rehman A, Radford K. Therapeutic implications of ‘neutrophilic asthma’. Curr Opin Pulm Med. 2015; 21(1): 33-38. doi: 10.1097/MCP.0000000000000120

73. Panettieri RA. The role of neutrophils in asthma. Immunol Allergy Clin North Am. 2018; 38(4): 629-638. doi: 10.1016/j.iac.2018.06.005

74. Snelgrove RJ, Patel DF, Patel T, Lloyd CM. The enigmatic role of the neutrophil in asthma: Friend, foe or indifferent? Clin Exp Allergy. 2018; 48(10): 1275-1285. doi: 10.1111/cea.13191

75. Nishio T, Wakahara K, Suzuki Y, Nishio N, Majima S, Nakamura S, et al. Mixed cell type in airway inflammation is the dominant phenotype in asthma patients with severe chronic rhinosinusitis. Allergol Int. 2019; 68(4): 515-520. doi: 10.1016/j.alit.2019.05.004

76. Wakahara K, Nishio T, Suzuki Y, Majima S, Nakamura S, Hasegawa Y. Increasing sputum basophils is a marker for eosinophil-dominant airway inflammation in adult asthma. Eur Respir J. 2018; 52: PA4425. doi: 10.1183/13993003.congress-2018.PA4425

77. Ullmann N, Bossley CJ, Fleming L, Silvestri M, Bush A, Saglani S. Blood eosinophil counts rarely reflect airway eosinophilia in children with severe asthma. Allergy. 2013; 68: 402-406. doi: 10.1111/all.12101

78. Bossley CJ, Fleming L, Gupta A, Regamey N, Frith J, Oates T, et al. Pediatric severe asthma is characterized by eosinophilia and remodeling without T(H)2 cytokines. J Allergy Clin Immunol. 2012; 129: 974-982.e13. doi: 10.1016/j.jaci.2012.01.059

79. Chung KF, Wenzel SE, Brozek JL, Bush A, Castro M, Sterk PJ, et al. International ERS/ATS guidelines on definition, evaluation and treatment of severe asthma. Eur Respir J. 2014; 43(2): 343-373. doi: 10.1183/09031936.00202013

80. Sagel SD, Wagner BD, Anthony MM, Emmett P, Zemanick ET. Sputum biomarkers of inflammation and lung function decline in children with cystic fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 2012; 186: 857-865.

81. Jochmann A, Artusio L, Robson K, Nagakumar P, Collins N, Fleming L, et al. Infection and inflammation in induced sputum from preschool children with chronic airways diseases. Pediatr Pulmonol. 2016; 51(8): 778-786. doi: 10.1002/ppul.23366