COPD: Ist das Atemwegmikrobiom mit dem Endotyp assoziiert?

Ergebnisse früherer Studien deuten darauf hin, dass das Mikrobiom der Atemwege mit dem klinischen Phänotyp, dem Schwergrad und der Langzeitmortalität der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) zusammenhängt. Dabei könnte das Verständnis des Atemwegmikrobioms und des entzündlichen Endotyps der COPD entscheidend zur Entwicklung mikrobiombasierter Diagnose- und Therapieansätze beitragen – bislang gibt es hierzu allerdings nur wenige Daten.

Ziel einer aktuellen Studie war daher, die Beziehung zwischen dem Mikrobiom der Atemwege und den entzündlichen Endotypen der COPD sowohl bei klinischer Stabilität als auch während Exazerbationen systematisch zu bewerten. Dafür führten sie eine integrative Analyse mit Sputumproben von COPD-Patientinnen und Patienten durch, die zwischen 2008 und 2015 im Rahmen der 3 Studien BEAT-COPD (Biomarkers to Target Antibiotic and Systemic COPD), COPDMAP (Chronic Obstructive Pulmonary Disease Medical Research Council/Association of the British Pharmaceutical Industry) und AERIS (Acute Exacerbation and Respiratory Infections in COPD) an 4 britischen Standorten gesammelt wurden. Für die Analyse des Mikrobioms fungierten die Daten aus COPDMAP und AERIS als Suchdatensatz und die BEAT-COPD-Daten als Validierungsdatensatz.

Auf Basis etablierter Kriterien für die Differenzialzellzahl im Sputum teilten die Wissenschaftler die Sputumproben in 4 Gruppen ein: 1. neutrophil (Eosinophile < 3 %, Neutrophile ≥ 61 %), 2. eosinophil (Eosinophile ≥ 3 %, Neutrophile < 61 %), 3. gemischt-granulozytär (Eosinophile ≥ 3 %, Neutrophile ≥ 61 %), und 4. paucigranulozytär (Eosinophile < 3 %, Neutrophile < 61 %).

Ergebnisse

Aus den COPDMAP- und AERIS-Kohorten wurden 1366 Sputumproben von 423 COPD-Patienten entnommen, davon 920 bei klinischer Stabilität und 446 während Exazerbationen. Die 1366 Proben gruppierten die Wissenschaftler in die neutrophile (n = 551), eosinophile (n = 189), gemischt-granulozytäre (n = 187) bzw. paucigranulozytäre (n = 302) Untergruppe ein. Als Validierungsdatensatz wurden 340 Proben aus der BEAT-COPD-Kohorte von 87 Teilnehmern (n = 203 in einem stabilen Zustand, n = 137 während Exazerbationen) einbezogen.

• Das Mikrobiom der Atemwege bei neutrophiler COPD war heterogen – mit 2 Haupttypen, die sich durch das Vorherrschen von Haemophilus unterschieden. In den nachfolgenden Analysen wurden sie als 2 Untergruppen betrachtet: Die neutrophile Haemophilus- und die ausgewogene neutrophile Untergruppe.

• In der Haemophilus-predominanten Untergruppe waren die IL-1β- und TNFα-Werte (Tumornekrosefaktor α) im Sputum erhöht (p < 0,001). Sie blieb im Laufe der Zeit relativ stabil.

• Die andere neutrophile Untergruppe mit einem ausgewogenen Mikrobiom wies erhöhte Sputum- und Serum-IL-17A-Werte auf (p = 0,04) und war zeitlich dynamisch. Patienten, die sich bei klinischer Stabilität in diesem Zustand befanden, waren anfällig für die größten Mikrobiomverschiebungen während Exazerbationen. Diese Untergruppe kann zeitweise sowohl in den neutrophilen Haemophilus als auch in eosinophile Zustände übergehen, die sich ansonsten gegenseitig ausschließen.

• Das Mikrobiom veränderte sich in Abhängigkeit vom Entzündungsstatus des Patienten. Die zeitlichen Verläufe von Campylobacter und Granulicatella waren dabei ein Indiz für den Wechsel von neutrophiler zu eosinophiler Entzündung.

• Die eosinophile COPD war mit Granulicatella, Campylobacter, Gemellaceae und Capnocytophaga angereichert.

• Die Analyse ergab unterschiedliche Interaktionen zwischen Wirt und Mikrobiom bei den verschiedenen Entzündungstypen.

Fazit

Laut den Autoren zeige die Studie, dass es bei der neutrophilen COPD zwei primäre Arten des Atemwegmikrobioms gebe, die infolgedessen unterschiedlicher Therapien bedürfen. Zudem seien das Mikrobiom der Atemwege bei neutrophiler und eosinophiler COPD in unterschiedlicher Weise beteiligt und neutrophile und eosinophile COPD bei einigen Patienten austauschbar. Ein Überwachen der zeitlichen Variabilität des Atemwegmikrobioms könne daher Veränderungen im Entzündungsstatus des Patienten erfassen.

Leandra Metzger, Stuttgart

Publication History

Article published online:
07 December 2021