Метаболомные маркеры бронхиальной астмы у детей в условиях реализации атопического марша: обзор когортных исследований

В настоящее время интерес в области метаболомики аллергических болезней, в том числе бронхиальной астмы, достаточно высок. Однако недостаточно данных, направленных на раскрытие патогенетических механизмов реализации атопического марша и развития бронхиальной астмы, в том числе подтвержденных на разных популяциях детей. Метаболомные исследования позволяют выявить ранние биохимические изменения, которые могут прогнозировать развитие бронхиальной астмы.

Цель: провести анализ результатов когортных исследований, направленных на изучение метаболомных маркеров, позволяющих прогнозировать риск развития бронхиальной астмы в условиях реализации атопического марша.

Материалы и методы: поиск публикаций в базах данных Medline, Научной электронной библиотеки и КиберЛенинка в период с января 2015 года по май 2025 года. Включены когортные исследования, в которых изучали связь метаболома различных биологических сред у детей с развитием бронхиальной астмы.

Результаты: в настоящий обзор включены 6 публикаций. Обобщены данные об изменениях метаболических профилей, ассоциированных с развитием бронхиальной астмы у детей.

Заключение: изменения в метаболизме липидов, аминокислот, желчных кислот и энергетическом обмене, выявляемые в пуповинной крови, плазме крови и моче новорождённых и детей раннего возраста, предшествуют клиническим проявлениям атопических заболеваний и могут служить основой для прогнозирования риска развития бронхиальной астмы в старшем возрасте.

1. Aw M., Penn J., Gauvreau G.M., Lima H., Sehmi R. Atopic March: Collegium Internationale Allergologicum Update 2020. Int Arch Allergy Immunol. 2020; 181(1): 1-10. DOI: 10.1159/000502958

2. Tsuge M., Ikeda M., Matsumoto N., Yorifuji T., Tsukahara H. Current Insights into Atopic March. Children. 2021; 8(11): 1067. DOI: 10.3390/children8111067

3. Schneider L., Hanifin J., Boguniewicz M., Eichenfield L.F., Spergel J.M., Dakovic R. et al. Study of the Atopic March: Development of Atopic Comorbidities. Pediatr Dermatol. 2016; 33(4): 388-398. DOI: 10.1111/pde.12867

4. Bantz S.K., Zhu Z., Zheng T. The Atopic March: Progression from Atopic Dermatitis to Allergic Rhinitis and Asthma. J Clin Cell Immunol. 2014; 5(2): 202. DOI: 10.4172/2155-9899.1000202

5. Owora A.H., Tepper R.S., Ramsey C.D., ChanćYeung M., Watson W.T.A., Becker A.B. Transitions between alternating childhood allergy sensitization and current asthma states: A retrospective cohort analysis. Pediatr Allergy Immunol. 2022; 33(1): e13699. DOI: 10.1111/pai.13699

6. Yang L., Fu J., Zhou Y. Research Progress in Atopic March. Front Immunol. 2020; 11: 1907. DOI: 10.3389/fimmu.2020.01907

7. Davidson W.F., Leung D.Y.M., Beck L.A., Berin C.M., Boguniewicz M., Busse W.W. et al. Report from the National Institute of Allergy and Infectious Diseases workshop on “Atopic dermatitis and the atopic march: Mechanisms and interventions.” J Allergy Clin Immunol. 2019; 143(3): 894-913. DOI: 10.1016/j.jaci.2019.01.003

8. Варламов Е.Е., Пампура А.Н., Асманов А.И. Значение эпидермального барьера и сенсибилизации к бытовым аллергенам на развитие атопического марша в обосновании первичной профилактики. Бюллетень сибирской медицины. 2018; 17 (2): 114-120.

9. Buck M.D., Sowell R.T., Kaech S.M., Pearce E.L. Metabolic Instruction of Immunity. Cell. 2017;169(4):570-586. DOI: 10.1016/j.cell.2017.04.004

10. Kelly R.S., Virkud Y., Giorgio R., Celedón J.C., Weiss S.T., Lasky-Su J. Metabolomic profiling of lung function in Costa-Rican children with asthma. Biochim Biophys Acta. 2017; 1863(6): 1590-1595. DOI: 10.1016/j.bbadis.2017.02.006

11. Lee-Sarwar K.A., Kelly R.S., Lasky-Su J., Zeiger RS., O’Connor G.T., Sandel M.T. et al. Integrative Analysis of the Intestinal Metabolome of Childhood Asthma. J Allergy Clin Immunol. 2019; 144(2): 442-454. DOI: 10.1016/j.jaci.2019.02.032

12. Лебеденко А.А., Афонин А.А., Семерник О.Е., Логинова И.Г., Гунько В.О., Ларичкин А.В. и др. Протеомный анализ сыворотки крови – новый подход к поиску диагностических маркеров бронхиальной астмы у детей. Клиническая лабораторная диагностика. 2022; 67(2): 81-84.

13. Hong X., Nadeau K., Wang G., Larman B., Smith K.N., Pearson C. et al. Metabolomic Profiles during Early Childhood and Risk of Food Allergies and Asthma in Multi-ethnic Children from a Prospective Birth Cohort. J Allergy Clin Immunol. 2024; 154(1): 168-178. DOI: 10.1016/j.jaci.2024.02.024

14. Hartvigsson O., Barman M., Rabe H., Sandin A., Wold A.E., Brunius C. et al. Associations of maternal and infant metabolomes with immune maturation and allergy development at 12 months in the Swedish NICE-cohort. Sci Rep. 2021; 11: 12706. DOI:10.1038/s41598-021-92239-3

15. Rago D., Pedersen C.E.T., Huang M., Kelly R.S., Gürdeniz G., Brustad N. et al. Characteristics and Mechanisms of a Sphingolipid-associated Childhood Asthma Endotype. Am J Respir Crit Care Med. 2021; 203(7): 853-863. DOI:10.1164/rccm.202008-3206OC

16. Chiu C.Y., Lin G., Cheng M.L., Chiang M.H., Tsai M.H., Su K.W. et al. Longitudinal urinary metabolomic profiling reveals metabolites for asthma development in early childhood. Pediatr Allergy Immunol Off Publ Eur Soc Pediatr Allergy Immunol. 2018; 29(5): 496-503. DOI:10.1111/pai.12909

17. Chawes B.L., Giordano G., Pirillo P., Rago D., Rasmussen M.A., Stokholm J. et al. Neonatal Urine Metabolic Profiling and Development of Childhood Asthma. Metabolites. 2019; 9(9): 185. DOI:10.3390/metabo9090185

18. Chen L., Brustad N., Kim M., Luo Y., Wang T., Ali M. et al. Urinary eicosanoid levels in early life and risk of atopic disease in childhood. J Allergy Clin Immunol. 2024; 154(3): 670-678. DOI: 10.1016/j.jaci.2024.05.022

19. Pearson C., Bartell T., Wang G., Hong X., Rusk S.A., Fu L. et al. Boston Birth Cohort profile: rationale and study design. Precis Nutr. 2022; 1(2): e00011. DOI:10.1097/PN9.0000000000000011

20. Barman M., Murray F., Bernardi A.I., Broberg K., Bölte S., Hesselmar B. et al. Nutritional impact on Immunological maturation during Childhood in relation to the Environment (NICE): a prospective birth cohort in northern Sweden. BMJ Open. 2018; 8(10): e022013. DOI:10.1136/bmjopen-2018-022013

21. Litonjua A.A., Lange N.E., Carey V.J., Brown S., Laranjo N., O’Connor G.T. et al. The Vitamin D Antenatal Asthma Reduction Trial (VDAART): Rationale, design, and methods of a randomized, controlled trial of vitamin D supplementation in pregnancy for the primary prevention of asthma and allergies in children. Contemp Clin Trials. 2014; 38(1): 37-50. DOI: 10.1016/j.cct.2014.02.006

22. Checkley W., Deza M.P., Klawitter J., Romero K.M., Klawitter J., Pollard S.L. et al. Identifying biomarkers for asthma diagnosis using targeted metabolomics approaches. Respir Med. 2016; 121: 59-66. DOI: 10.1016/j.rmed.2016.10.011

23. Kelly R.S., Sordillo J.E., Lasky-Su J., Dahlin A., Perng W., Rifas-Shiman S.L. et al. Plasma Metabolite Profiles in Children with Current Asthma. Clin Exp Allergy J Br Soc Allergy Clin Immunol. 2018; 48(10): 1297-1304. DOI: 10.1111/cea.13183

24. Britt R.D., Porter N., Grayson M.H., Gowdy K.M., Ballinger M., Wada K. et al. Sterols and immune mechanisms in asthma. J Allergy Clin Immunol. 2023; 151(1): 47-59. DOI: 10.1016/j.jaci.2022.09.025

25. Handakas E., Keski-Rahkonen P., Chatzi L., Alfano R., Roumeliotaki T., Plusquin M. et al. Cord blood metabolic signatures predictive of childhood overweight and rapid growth. Int J Obes. 2021; 45(10): 2252-2260. DOI: 10.1038/s41366-021-00888-1

26. Wills-Karp M. At last — linking ORMDL3 polymorphisms, decreased sphingolipid synthesis, and asthma susceptibility. J Clin Invest. 2020; 130(2): 604-607. DOI:10.1172/JCI134333

27. Ono J.G., Kim B.I., Zhao Y., Christos P.J., Tesfaigzi Y., Worgall T.S., et al. Decreased sphingolipid synthesis in children with 17q21 asthma-risk genotypes. J Clin Invest. 2020; 130: 921–926. DOI: 10.1172/JCI130860.

28. Moffatt M.F., Gut I.G., Demenais F., Strachan D.P., Bouzigon E., Heath S. et al. A Large-Scale, Consortium-Based Genomewide Association Study of Asthma. N Engl J Med. 2010; 363(13): 1211-1221. DOI: 10.1056/NEJMoa0906312

29. Depner M., Taft D.H., Kirjavainen P.V., Kalanetra K.M., Karvonen A.M., Peschel S. et al. Maturation of the gut microbiome during the first year of life contributes to the protective farm effect on childhood asthma. Nat Med. 2020; 26(11): 1766-1775. DOI: 10.1038/s41591-020-1095-x

30. Kelly R.S., Chawes B.L., Guo F., Zhang L., Blighe K., Litonjua A.A. et al. The role of the 17q21 genotype in the prevention of early childhood asthma and recurrent wheeze by vitamin D. Eur Respir J. 2019; 54(4): 1900761. DOI: 10.1183/13993003.00761-2019

31. Chen Y., Checa A., Zhang P., Huang M., Kelly R.S., Kim M. et al. Sphingolipid classes and the inter-relationship with pediatric asthma risk factors and clinical asthma phenotypes. Allergy. 2024; 79(2): 404-418. DOI: 10.1111/all.15942

32. Nakada E.M., Bhakta N.R., Korwin-Mihavics B.R., Kumar A., Chamberlain N., Bruno S.R. et al. Conjugated bile acids attenuate allergen-induced airway inflammation and hyperresponsiveness by inhibiting UPR transducers. JCI Insight. 2019; 4(9): e98101. DOI: 10.1172/jci.insight.98101

33. Shaik F.B., Panati K., Narasimha V.R., Narala V.R. Chenodeoxycholic acid attenuates ovalbumin-induced airway inflammation in murine model of asthma by inhibiting the T(H)2 cytokines. Biochem Biophys Res Commun. 2015; 463(4): 600-605. DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.05.104

34. Comhair S.A.A., McDunn J., Bennett C., Fetig J., Erzurum S.C., Kalhan S.C. Metabolomic Endotype of Asthma. J Immunol Baltim Md. 2015; 195(2): 643-650. DOI: 10.4049/jimmunol.1500736

35. Winston J.A., Theriot C.M. Diversification of host bile acids by members of the gut microbiota. Gut Microbes. 2020; 11(2): 158-171. DOI: 10.1080/19490976.2019.1674124

36. McGeachie M.J., Dahlin A., Qiu W., Croteau-Chonka D.C., Savage J., Wu A.C. et al. The metabolomics of asthma control: a promising link between genetics and disease. Immun Inflamm Dis. 2015; 3(3): 224-238. DOI: 10.1002/iid3.61

37. Turi K.N., Romick-Rosendale L., Ryckman K.K., Hartert T.V. A review of metabolomics approaches and their application in identifying causal pathways of childhood asthma. J Allergy Clin Immunol. 2018; 141(4): 1191-1201. DOI: 10.1016/j.jaci.2017.04.021