Asthma: Warum Luftverschmutzung manche Patienten stärker beeinträchtigt als andere

Für viele Menschen mit Asthma bedeuten Warnmeldungen zu Luftqualität, dass sich in der Folge ihre Symptome verstärken werden. Doch aus Gründen, die bisher nur schwer erklärt werden konnten, variiert das Ausmaß, in dem Luftverschmutzung Asthma verschlimmert, von Person zu Person erheblich.

In einer kürzlich in „eBioMedicine“ veröffentlichten Studie haben Forschende der University of Pittsburgh School of Public Health (USA) in Zusammenarbeit mit dem Severe Asthma Research Program (SARP) biologische Mechanismen identifiziert, die helfen könnten, dieses Rätsel zu lösen. Die Studienergebnisse liefern Hinweise darauf, wie die Belastung durch Luftverschmutzung mit den Genen einer Person interagiert. Die Studie – eine der bisher größten und umfassendsten ihrer Art – könnte langfristig neue Wege für die Entwicklung von Asthma-Medikamenten eröffnen sowie potenzielle neue Biomarker und gezielte Maßnahmen im öffentlichen Gesundheitswesen für jene Menschen liefern, die besonders anfällig für durch Luftverschmutzung verschlimmertes Asthma sind.

Gene mit Verbindung zu oxidativem Stress

Analysiert wurden Daten zu fast 948 Erwachsenen mit Asthma, die am SARP-Programm teilnahmen. Die Auswertung stützte sich auf eine Kombination aus Ganzgenomsequenzierung, Daten zur Belastung durch Luftverschmutzung sowie Genexpressionsanalysen. Aus den Tausenden von Genen des menschlichen Genoms konzentrierte sich das Team auf 120, die an der Regulierung von oxidativem Stress beteiligt sind.

„Diese Belastungen für die Zellen können zu schwerwiegenden physiologischen Auswirkungen führen, wie etwa einer Verschlechterung der Lungenfunktion oder Asthma-Exazerbationen“, erklärt Dr. Sally Wenzel, korrespondierende Autorin der Veröffentlichung. Sie leitet den Fachbereich Umwelt- und Arbeitsmedizin an der Pitt Public Health und ist außerdem Direktorin des Asthma and Environmental Lung Health Institute der University of Pittsburgh am University of Pittsburgh Medical Center.

Das Forschungsteam sah sich an, wie diese Gene auf die Umweltbelastung durch Feinstaub (PM2,5) reagierten. Dabei zeigte sich ein eindeutiger Zusammenhang. „Bei den Personen, die bereits an Asthma litten, galt: Je höher die Belastung durch diesen Feinstaub war, desto schlechter war ihre gesamte Lungenfunktion“, berichtet Wenzel. Sie fügt hinzu, dass sich die Studie auf Patienten konzentrierte, die an vollständig manisfestiertem Asthma litten.

Laut den Autoren handelt es sich bei der aktuellen Studie um die erste ihrer Art, die bei der Analyse der Gentranskription Proben aus menschlichen Atemwegen verwendete. „Gene legen fest, wer wir sein könnten, aber die RNA und die Proteine, die sie kodieren, machen uns zu dem, was wir sind“, formuliert Wenzel. Die Proben von Atemwegs-Epithelzellen wurden bei einer Untergruppe von etwa 200 Studienteilnehmern mittels bronchialer Bürstenbiopsie gewonnen. Die Daten zeigten, wie sich die Genaktivität als Reaktion auf die Schadstoffbelastung veränderte.

Schlechtere Lungenfunktion bei Varianten in bestimmten Genen

Was die Wissenschaftler feststellten, war Folgendes: Die am stärksten gefährdeten Patienten wiesen Varianten in sieben Genen auf, die mit oxidativem Stress in Zusammenhang stehen und beeinflussen, wie der Körper auf zelluläre Schäden durch Umweltverschmutzung reagiert. Diese Genvarianten scheinen zu steuern, wie die Zellen der Atemwege auf die PM2,5-Belastung reagieren: Einige Varianten verstärken den Schutz vor PM2,5, während andere die Schäden zu verstärken scheinen.

Personen mit selteneren Varianten in zwei spezifischen Genen – OXSR1 und PXDN – wiesen eine überdurchschnittlich schlechte Lungenfunktion auf: Ihre schützende RNA-Reaktion auf die Schadstoffbelastung fiel schwächer aus. Auch Personen mit einer bestimmten Variante in einem weiteren Gen, TPO, besaßen eine schlechtere Lungenfunktion – bei ihnen war dies jedoch auf eine stärkere RNA-Reaktion zurückzuführen.

Ansatzpunkte für neue Therapien

Die in der Studie beschriebenen molekularen Signalwege könnten Ansatzpunkte für neue Therapien aufzeigen – und weit darüber hinausgehende Möglichkeiten eröffnen. „Man könnte sich einen einfachen Test für eine Reihe von Genen vorstellen, mit dem sich Personen identifizieren lassen, die besonders anfällig für die Auswirkungen von Umweltverschmutzung sind“, überlegt Wenzel. Ein solcher Ansatz könnte sowohl eine Präzisionsmedizin als auch eine Präzisions-Gesundheitsvorsorge (Precision Public Health) ermöglichen. Bei der letztgenannten werden gezielte Maßnahmen auf Bevölkerungsgruppen ausgerichtet, die am meisten davon profitieren würden.

Die nächsten Schritte der Forschenden bestehen darin, die in der gerade publizierten Studie identifizierten Signalwege genauer zu untersuchen. Auch will man prüfen, ob gezielte Maßnahmen – von Verhaltensänderungen bis hin zu spezifischen antioxidativen Therapien – die schädlichen Auswirkungen der Umweltverschmutzung bei Hochrisikopersonen abmildern können.

„Wir untersuchen einige dieser Signalwege bereits“, erklärt Wenzel. „Auch wenn die Verringerung der Schadstoffbelastung letztlich der wirksamste Ansatz bleibt, deuten die Ergebnisse unserer Studie darauf hin, dass wir gezielte Maßnahmen für gefährdete Personengruppen entwickeln könnten, um die Auswirkungen der Schadstoffbelastung zu mildern.“