Russian Journal of AllergyRussian Journal of AllergyРоссийский Аллергологический Журнал1810-88302686-682XPublishing House ABV Press150410.36691/RJA1504Original studiesОригинальные исследованияResearch ArticleCharacteristics of cytokine gene polymorphisms in children with different phenotypes of bronchial asthmaХарактеристика полиморфизмов генов цитокинов у детей с различными фенотипами бронхиальной астмыhttps://orcid.org/0000-0001-6632-98006507148681A-5843-20163547-6974ProsekovaElena V.ПросековаЕлена Викторовна
Russian Federation

MD, Doctor of Medical Sciences, Full Professor, Head of Department of Clinical Laboratory Diagnostics and General and Clinical Immunology

д.м.н., профессор, заведующая кафедрой клинической лабораторной диагностики, общей и клинической иммунологии

pros.ev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4657-68689152-6008DolgopolovMaxim S.ДолгополовМаским Сергеевич
Russian Federation

Teaching Assistant of Department of Clinical Laboratory Diagnostics and General and Clinical Immunology

ассистент кафедры клинической лабораторной диагностики, общей и клинической иммунологии

gades.med@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3874-64339347-1831SabynychVitaly A.СабынычВиталий Александрович
Russian Federation

MD, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor of Department of Clinical Laboratory Diagnostics and General and Clinical Immunology

кандидат медицинских наук, доцент, доцент кафедры клинической лабораторной диагностики, общей и клинической иммунологии

irjnjdj@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3090-986X6668-3246ZhdanovaOksana L.ЖдановаОксана Леонидовна
Russian Federation

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, senior research associate

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

axanka@iacp.dvo.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6993-95757090-3410TuryanskayaAlina I.ТурянскаяАлина Ивановна
Russian Federation

MD, Candidate of Medical Sciences, Teaching Assistant of Department of Clinical Laboratory Diagnostics and General and Clinical Immunolog

кандидат медицинских наук, ассистент кафедры клинической лабораторной диагностики, общей и клинической иммунологии

alinakld@mail.ruPacific State Medical UniversityТихоокеанский государственный медицинский университетInstitute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук220220220604202219180900212202104022022Copyright ©; 2022, Pharmarus Print MediaCopyright ©; 2022, Фармарус Принт Медиа2022Pharmarus Print MediaФармарус Принт Медиаhttps://rusalljournal.ru/raj/article/view/1504

BACKGROUND: Bronchial asthma is a chronic inflammatory disease of the airways, the development of which is based on genetic predictors associated with the differentiation and functioning of T-helper (Th) cells. Polymorphisms in the genes of cytokines involved in the regulation of the direction of the Th cell-mediated immune response are risk factors for the development of the disease and the realization of various phenotypes of bronchial asthma.

AIM: To study of the structure and frequency of occurrence of single nucleotide polymorphisms of cytokine genes with an assessment of the risk of various phenotypes of bronchial asthma in children.

MATERIALS AND METHODS: In this case–control study, 250 children were examined, including 150 children with a verified diagnosis of bronchial asthma (including 75 children with virus-induced and 75 children with allergen-induced disease phenotypes) and 100 sexually comparable healthy peers. The children underwent a comprehensive general clinical and allergological examination, genotyping, structure analysis, frequency of occurrence of cytokine gene polymorphisms, and calculation of the odds ratio of the risk of developing different bronchial asthma phenotypes. DNA samples isolated from peripheral venous blood were used as material for molecular genetic analysis. The following mutation points were selected: IFN-γ (T-874A), IL-4 (C-589T), IL-6 (C-174G), IL-17A (G-197A), and TNF-α (G-308A).

When processing digital data, we used the methods of descriptive, parametric, and nonparametric statistics of the Statistica 10 program, comparison of unrelated groups by qualitative characteristics, and assessment of the correspondence of the distributions of genotypes to the expected values at the Hardy–Weinberg equilibrium. The frequency distributions of genotypes and alleles in two subpopulations were analyzed using the chi-square test (χ2).

RESULTS: A comparative analysis of the frequencies of alleles and genotypes of cytokines of various Th profiles with the definition of features in allergen-induced and virus-induced phenotypes of the disease revealed the predominance of homozygous genotypes IFN-γ (A-874A), IL-4 (T-589T), IL-6 (G-174G), IL-17A (A-197A), and TNF-α (A-308A) in children with bronchial asthma, and in healthy peers, IFN-γ (T-874T), IL-4 (C-589C), IL-6 (C-174C), IL-17A (G-197G), and TNF-α G-308G were prevalent. Heterozygous genotypes IL-4 (C-589T), IL-6 (G-174C), IL-17A (G-197A), and TNF-α (G-308A) were found in children with bronchial asthma more often than in healthy peers, with the exception of the IFN-γ genotype (T-874A). In children with the virus-induced bronchial asthma phenotype, the presence of the IL-4 (C-589T) mutant allele was found in 30.67% of cases with an odds ratio of 19.3 (95% CI, 11.23–33.31). When carrying the mutant A-genotype IFN-γ (T-874A), the odds ratio of the risk of developing the disease reflected a high degree of probability of the virus-induced bronchial asthma phenotype (OR, 5.11; 95% CI, 3.18–8.23). Carriage of homozygous genotypes IL-6 (G-174G) and IL-17A (A-197A) determined an increased risk of developing allergen-induced bronchial asthma (OR, 2.71; 95% CI, 1.73–4.18, and OR, 0.51; 95% CI, 0.32–0.71, respectively). Among children with bronchial asthma, a statistically significant increase was noted in the incidence of the functionally unfavorable genotype A308A of the TNF-α gene, and the odds ratio reflects a 2.6-fold increase in the risk of developing a virus-induced bronchial asthma phenotype (χ2=18.66; p=0.017; OR, 2.60; 95% CI, 1.67–4.01).

CONCLUSIONS: As a result of the study, significant differences were determined in the structure and frequency of occurrence of cytokine gene polymorphisms in children with allergen and virus-induced bronchial asthma, depending on the realized phenotype of the disease. Carriage of mutant alleles IFN-γ (A-874A), IL-4 (T-589T), IL-6 (G-174G), IL-17A (A-197A), and TNF-α (A-308A) can be characterized as genetic predictors of bronchial asthma, for the implementation of the virus-induced phenotype, and the odds ratio is higher in the presence of mutant alleles IFN-γ (A-874A), IL-4 (T-589T), and TNF-α (A-308A), for the allergen-induced phenotype of the disease — IL-6 (G-174G) and IL-17A (A-197A).

Обоснование. Бронхиальная астма является хроническим воспалительным заболеванием дыхательных путей, в развитии которого особое значение имеют генетические предикторы, ассоциированные с дифференцировкой и функционированием Т-хелперов. Полиморфизмы генов цитокинов, участвующих в регуляции направления опосредованного Т-хелперами иммунного ответа, являются факторами риска развития болезни и реализации различных фенотипов бронхиальной астмы.

Цель ― изучение структуры и встречаемости однонуклеотидных полиморфизмов генов цитокинов и оценка рисков реализации различных фенотипов бронхиальной астмы у детей.

Материалы и методы. В исследовании «случай-контроль» приняли участие 250 детей, из них 150 с верифицированным диагнозом бронхиальной астмы (в том числе 75 детей с вирусиндуцированным и 75 детей с аллергениндуцированным фенотипом болезни) и 100 сопоставимых по полу здоровых сверстников. Детям проведено комплексное общеклиническое и аллергологическое обследование, генотипирование, анализ структуры, частоты встречаемости полиморфизмов генов цитокинов и расчёт коэффициента отношения шансов риска развития различных фенотипов болезни. Материалом для молекулярно-генетического анализа служили образцы ДНК, выделенные из периферической венозной крови. Выбраны следующие точки мутаций: IFN-γ (T-874A), IL-4 (С-589Т), IL-6 (C-174G), IL-17A (G-197A), TNF-α (G-308A).

При обработке цифровых данных использовали методы описательной, параметрической и непараметрической статистики программы Statistica 10, сравнение несвязанных групп по качественным признакам, оценку соответствия распределений генотипов ожидаемым значениям при равновесии Харди–Вайнберга. Анализ распределений частот генотипов и аллелей в двух субпопуляциях проводили с использованием критерия Хи-квадрат (χ2).

Результаты. Проведённый сравнительный анализ частоты аллелей и генотипов цитокинов различных Th-профилей с определением их особенностей при аллергениндуцированном и вирусиндуцированном фенотипах болезни выявил у детей с бронхиальной астмой преобладание гомозиготных генотипов IFN-γ (А-874А), IL-4 (T-589T), IL-6 (G-174G), IL-17А (А-197А), TNF-α (А-308А), а у здоровых сверстников ― превалирование IFN-γ (T-874Т), IL-4 (С-589С), IL-6 (C-174C), IL-17А (G-197G), TNF-α (G-308G). При бронхиальной астме у детей чаще, чем у здоровых сверстников, встречались гетерозиготные генотипы IL-4 (С-589Т), IL-6 (G-174C), IL-17А (G-197A), TNF-α (G-308A), за исключением генотипа IFN-γ (Т-874А). У детей с вирусиндуцированным фенотипом болезни мутантный Т-аллель IL-4 (С-589Т) обнаружен в 30,67% случаев при коэффициенте отношения шансов 19,30 CI 95% (11,23–33,31). При носительстве мутантного А-генотипа IFN-γ (Т-874А) коэффициент отношения шансов риска развития болезни отразил бÓльшую степень вероятности реализации вирусиндуцированного фенотипа бронхиальной астмы (OR=5,11; CI 95% 3,18–8,23). Носительство гомозиготных генотипов IL-6 (G-174G) и IL-17А (А-197А) определяло увеличение риска развития аллергениндуцированной бронхиальной астмы (OR=2,71; CI 95% 1,73–4,18 и OR=0,51; CI 95% 0,32–0,71 соответственно). Среди детей с бронхиальной астмой отмечено статистически достоверное увеличение встречаемости функционально неблагоприятного генотипа А308А гена TNF-α, и уровень коэффициента отношения шансов отражает повышение риска развития вирусиндуцированного фенотипа болезни в 2,6 раза (χ2=18,66; р=0,017; OR=2,60; CI 95% 1,67–4,01).

Заключение. В результате проведённого исследования в структуре и встречаемости полиморфизмов генов цитокинов у детей с аллерген- и вирусиндуцированной бронхиальной астмой определены значимые различия в зависимости от реализованного фенотипа болезни. Носительство мутантных аллелей IFN-γ (А-874А), IL-4 (T-589T), IL-6 (G-174G), IL-17А (А-197А), TNF-α (А-308А) можно охарактеризовать как генетические предикторы развития болезни: для реализации вирусиндуцированного фенотипа выше коэффициент отношения шансов при IFN-γ (А-874А), IL-4 (T-589T), TNF-α (А-308А), для аллергениндуцированного фенотипа болезни ― IL-6 (G-174G), IL-17А (А-197А).

gene polymorphismcytokinesbronchial asthmavirus-induced and allergen-induced phenotypechildrenполиморфизмы геновцитокиныбронхиальная астмавирусиндуцированный и аллергениндуцированный фенотипыдетиKurbacheva OM, Zhestkov AV, Nagatkin DA, et al. Modern view on the immunopathogenesis of bronchial asthma. Russ Allergol J. 2016;(2):10–14. (In Russ).Курбачева О.М., Жестков А.В., Нагаткин Д.А., и др. Современный взгляд на иммунопатогенез бронхиальной астмы // Российский аллергологический журнал. 2016. № 2. С. 10–14.Kurbacheva OM, Pavlova KS. Phenotypes and endotypes of bronchial asthma: from pathogenesis and clinical features to therapy. Russ Allergol J. 2013;(1):15–24.(In Russ).Курбачева О.М., Павлова К.С. Фенотипы и эндотипы бронхиальной астмы: от патогенеза и клинической картины к выбору терапии // Российский аллергологический журнал. 2013. № 1. С. 15–24.Smolnikova MV, Freidin MB, Smirnova SV. Cytokine genes as genetic markers of controlled and uncontrolled atopic bronchial asthma. Med Immunol. 2017;19(5):605–614. (In Russ).Смольникова М.В., Фрейдин М.Б., Смирнова С.В. Гены цитокинов как генетические маркеры атопической бронхиальной астмы с контролируемым и неконтролируемым течением // Медицинская иммунология. 2017. Т. 19, № 5. С. 605–614.Lambrecht B. The immunology of asthma. Nat Immunol. 2015; 1(1):46–52. doi: 10.1038/ni.3049Lambrecht B. The immunology of asthma // Nat Immunol. 2015. Vol. 1, N 1. P. 46–52. doi: 10.1038/ni.3049Global strategy for asthma management and prevention. Global Initiative for Asthma. (GINA) 2019. Available from: http://www.ginasthma.org. Accessed: 25.11.2021.Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention. 2019. Режим доступа: http://www.ginasthma.org. Дата обращения: 25.11.2021.Bocsan IC, Pop RM, Pasca S, et al. Genetic polymorphisms of cytokines in asthma and allergic rhinitis. World Allergy Organ J. 2020;13(8):100195. doi: 10.1016/j.waojou.2020.100195Bocsan I.C., Pop R.M., Pasca S., Boarescu I. Genetic polymorphisms of cytokines in asthma and allergic rhinitis // World Allergy Organization Journal. 2020. Vol. 13, N 8. P. 100195. doi: 10.1016/j.waojou.2020.100195Babusikova E, Jurecekova J, Jesenak M, Evinova A. Association of gene polymorphisms in interleukin 6 in infantile bronchial asthma. Arch Bronconeumol. 2017;53(7):381–386. doi: 10.1016/j.arbres.2016.09.012Babusikova E., Jurecekova J., Jesenak M., Evinova A. Association of gene polymorphisms in interleukin 6 in infantile bronchial asthma // Arch Bronconeumol. 2017. Vol. 53, N 7. P. 381–386. doi: 10.1016/j.arbres.2016.09.012Kousha A, Gorabi AM, Forouzesh M, et al. Interleukin 4 gene polymorphism (-589C/T) and the risk of asthma: a meta-analysis and met-regression based on 55 studies. BMC Immunol. 2020;21(1):55. doi: 10.1186/s12865-020-00384-7Kousha A., Gorabi A.M., Forouzesh M., et al. Interleukin 4 gene polymorphism (-589C/T) and the risk of asthma: a meta-analysis and met-regression based on 55 studies // BMC Immunol. 2020. Vol. 21, N 1. P. 55. doi: 10.1186/s12865-020-00384-7Ammar AM, Zayyat AE, Khayyal AS, et al. Role of interleukins 12B and 17A genetic variation in house dust mites allergy. Egypt J Med Human Gen. 2020;21(60):2–14. doi: 10.1186/s43042-020-00098-wAmmar A.M., Zayyat A.E., Khayyal A.S., et al. Role of interleukins 12B and 17A genetic variation in house dust mites allergy // Egypt J Med Human Gen. 2020. Vol. 21, N 60. P. 2–14. doi: 10.1186/s43042-020-00098-wAlyasin S, Kanannejad Z, Esmaeilzadeh H, et al. Cytokine levels and polymorphisms in childhood asthma among the iranian population. J Pediatr Rev. 2021;9(1):19–26. doi: 10.32598/jpr.9.1.891.2Alyasin S., Kanannejad Z., Esmaeilzadeh H., et al. Cytokine levels and polymorphisms in childhood asthma among the iranian population // J Pediatr Rev. 2021. Vol. 9, N 1. P. 19–26. doi: 10.32598/jpr.9.1.891.2Smolnikova MV, Smirnova SV, Konopleva OS. Cytokines and genes polymorphism in the promoter regions (C-590t IL-4 and C-597a IL-10) as markers of uncontrolled atopic bronchial asthma in children. Sib Sci Med J. 2015;35(3):4–8. (In Russ).Смольникова М.В., Смирнова С.В., Коноплева О.С. Цитокины и полиморфизм промоторных регионов генов (С-590Т IL4, С-597А IL10) как маркеры неконтролируемого течения атопической бронхиальной астмы у детей // Сибирский научный медицинский журнал. 2015. Т. 35, № 3. С. 4–8.Nie W, Zhu Z, Pan X, Xiu Q. The interleukin-4 -589C/T polymorphism and the risk of asthma: a metaanalysis including 7,345 cases and 7,819 controls. Gene. 2013;520(1):22–29. doi: 10.1016/j.gene.2013.02.027Nie W., Zhu Z., Pan X., Xiu Q. The interleukin-4 -589C/T polymorphism and the risk of asthma: a metaanalysis including 7,345 cases and 7,819 controls // Gene. 2013. Vol. 520, N 1. P. 22–29. doi: 10.1016/j.gene.2013.02.027Liu Y, Zhuo A, Liu W, et al. The -33C/T polymorphism in the interleukin 4 gene is associated with asthma risk: a meta-analysis. J Investig Allergol Clin Immunol. 2014;24(2):114–121.Liu Y., Zhuo A., Liu W., et al. The -33C/T polymorphism in the interleukin 4 gene is associated with asthma risk: a meta-analysis // J Investig Allergol Clin Immunol. 2014. Vol. 24, N 2. P. 114–121.Hussein RH, Auda IG, Brakhas SA, Ali EN. Occurrence of +874T/A gene polymorphism of interferon-gamma in Iraqi atopic patients. Meta Gene. 2020;(24):124–137. doi: 10.1016/j.mgene.2020.100677Hussein R.H., Auda I.G., Brakhas S.A., Ali E.N. Occurrence of +874T/A gene polymorphism of interferon-gamma in Iraqi atopic patients // Meta Gene. 2020. Vol. 24. P. 124–137. doi: 10.1016/j.mgene.2020.100677Shumna ТY, Fedosieieva OS, Zinchenko TP, et al. Characteristics of interleukin-4 gene (C-589T, rs2243250) polymorphism in children with bronchial asthma and allergic rhinitis with isolated or allergic rhinitis-induced comorbid malocclusion. Zaporozhye Med J. 2019;21(6):723–732. doi: 10.14739/2310-1210.2019.6.186484Shumna Т.Y., Fedosieieva O.S., Zinchenko T.P., et al. Characteristics of interleukin-4 gene (C-589T, rs2243250) polymorphism in children with bronchial asthma and allergic rhinitis with isolated or allergic rhinitis-induced comorbid malocclusion // Zaporozhye Med J. 2019. Vol. 21, N 6. P. 723–732. doi: 10.14739/2310-1210.2019.6.186484