Имплементация достижений прецизионной медицины (Precision medicine) в области аллергических заболеваний принципиально изменяет подходы к реальной клинической практике и разработке новых научных направлений [1]. Прецизионная медицина особенно актуальна в педиатрии, где она максимально эффективно объединяет методы современной классической медицины, результаты эпидемиологических исследований, достижения генетической и молекулярной диагностики, основанные в том числе на омиксных технологиях [2]. Это позволяет разработать принципиально новые подходы к лечению и профилактике аллергических заболеваний, учитывающие эндотипы и фенотипы, а также множество индивидуальных особенностей (генетических, экологических, образа жизни и т.д.). Ключевую роль в разработке персонализированного ведения больных с хроническими неинфекционными воспалительными заболеваниями отводят биомаркерам, под которыми понимают измеряемые показатели, которые могут подтверждать наличие заболевания, степень его тяжести или ответ на проводимую терапию. Чаще всего к биомаркерам относят лабораторные показатели, которые можно измерить количественно и для которых определена чёткая граница между состояниями «нормы» и «патологии». Валидный биомаркер должен измеряться в аналитической тестовой системе с хорошо установленными эксплуатационными характеристиками и иметь научно-обоснованные данные относительно физиологической, токсикологической, фармакологической или клинической значимости результатов теста.

Как для клинической практики, так и для научных исследований крайне актуальным является выбор среды, в которой исследуются биомаркеры. От этого зависит получение достоверных данных (наличие стандартизованной предподготовки образцов, сертифицированного лабораторного оборудования, возможность динамического наблюдения и т.д.) инвазивность процедуры сбора биологического материала (соблюдение этических аспектов). Классическим биологическим материалом для оценки иммунологических изменений при бронхиальной астме (БА) выступает сыворотка крови. При этом часть медиаторов, вырабатываемых, например, бронхиальными эпителиоцитами, может не достигать системного кровотока или присутствовать в венозной крови в концентрациях, недостаточных для определения. Исходя из предложенной Жаном Бюске концепции «единых дыхательных путей», воспалительные молекулы бронхиальной стенки могут быть обнаружены и в назальном эпителии [3].  В качестве менее инвазивных технологий оценки молекулярного пейзажа бронхиального эпителия, особенно актуальных для педиатрических пациентов, предложены изучение конденсата выдыхаемого воздуха, браш-биоптаты стенки носа, оценка концентрации провоспалительных метаболитов (оксид азота) или летучих органических веществ в выдыхаемом воздухе [4]. Для конденсата выдыхаемого воздуха и для материала, получаемого при назальной браш-биопсии, важными ограничениями выступают затрудненная точная оценка объёма полученного биоматериала (для расчёта концентрации) и крайне низкое содержание маркеров, что повышает требования к чувствительности и специфичности используемых тест-систем.

Когортные исследования и кластерный анализ больших массивов данных выявили четыре основных клинических фенотипа БА, различающиеся патогенетическими механизмами и ответом на стандартную терапию [5]:

1) аллергическая астма с ранним началом;

2) аллергическая астма с ранним началом, среднетяжёлая-тяжёлая;

3) неаллергическая эозинофильная астма с поздним началом;

4) неаллергическая неэозинофильная астма с поздним началом.

Позднее начало болезни и неаллергический фенотип ассоциированы с более тяжёлыми клиническими манифестациями и менее полным ответом на фармакотерапию. По спектру регуляторных молекул (интерлейкины 4, 5, 13 либо интерлейкины 17, 31 и интерфероны) выделяют Т2-эндотип БА (включающий оба аллергических фенотипа и эозинофильную астму) и не-Т2-эндотип БА. Большинство международных руководств предлагает биомаркеры БА разделять на молекулы, характерные для Т2-эндотипа воспаления, и маркеры гетерогенной и менее изученной группы эндотипов не-Т2-воспаления [6][7]. Среди детей с БА доля пациентов с не-Т2-эндотипом крайне мала; одним из ведущих анамнестических маркеров БА наряду с характерными жалобами и лабильностью клиники является атопия в личном и семейном анамнезе, что однозначно относит большинство педиатрических пациентов к Т2-эндотипу [8].

К анамнестическим маркерам риска формирования БА уверенно можно отнести атопический дерматит (АтД); при этом важны нюансы клинического течения этого заболевания. Показано, что тяжёлые неконтролируемые формы АтД, а также клинически манифестный АтД в возрасте после трёх лет и особенно АтД, обострения которого не связаны с пищевой аллергией, — более специфичные анамнестические маркеры риска дебюта БА, чем диагноз АтД как такового или АтД в анамнезе [9]. К другим важным анамнестическим маркерам можно отнести клинические признаки бронхиальной гиперреактивности: реакции серийным кашлем/одышкой или дистантными свистящими хрипами на физическую или эмоциональную нагрузку, контакт с резкими запахами или аллергенами [10].

Для выделения группы риска развития БА или для подтверждения диагноза БА среди детей с рецидивами обструктивных осложнений острых респираторных инфекций можно использовать оценку концентрации молекул-предикторов развития БА. [7][9][11]. Достаточно условно можно выделить две группы прогностических маркеров. К первой относятся менее лабильные маркеры, отражающие генетическую предрасположенность ребенка к нарушению барьерных свойств эпителиальных тканей (тимический стромальный лимфопоэтин (ТСЛП), наличие мутаций филаггрина и др.) или измененному иммунному реагированию на стимулы внешней среды (специфические IgE к ингаляционным аллергенам). У детей достоверное определение специфических IgE (sIgE) необходимо для адекватного назначения элиминационных мероприятий и аллерген-специфической иммунотерапии. Рациональное использование достижений молекулярной аллергологии позволяет принципиально изменить течение заболевания.

Во вторую группу прогностических маркеров входят субстанции, концентрация которых достаточно быстро изменяется и непосредственно связана с воспалением бронхиальной стенки (периостин, оксид азота выдыхаемого воздуха (FeNO), эозинофильный катионный белок (ЕСР), лейкотриены и др.) [7][11]. Мониторинг концентрации маркеров активности воспаления после подтверждения диагноза БА может быть использован и как инструмент оценки ответа на терапию, которая в настоящее время носит симптоматический/патогенетический характер, но не излечивающий. Базисная терапия БА, изменяемая на основании биомаркеров, вероятно, могла бы снизить лекарственную нагрузку и риск будущих обострений. В настоящее время коррекция объёма противовоспалительного лечения на основании оценки маркеров неоправдана с позиций фармакоэкономики и в общей популяции не демонстрирует значимых преимуществ. Наиболее перспективен такой подход для пациентов с тяжёлым, трудно контролируемым течением БА, которые рассматриваются как кандидаты на назначение терапии моноклональными антителами [7].

Учитывая продолжающийся рост распространённости БА, в том числе выявление этого заболевания у пациентов, не имевших наследственной предрасположенности в семейном анамнезе, представляют интерес и протективные биомаркеры, снижающие риск формирования БА (например, белок СС16, или утероглобин) [12]. Концентрация утероглобина в сыворотке крови и в жидкости бронхоальвеолярного лаважа ниже у пациентов с БА в сравнении со здоровыми добровольцами [12][13]. Показано, что уровень белка СС16 исходно более низок у детей, которым впоследствии устанавливали диагноз БА; далее он постоянно понижается с увеличением стажа заболевания [14]. Обнаружена выраженная обратная корреляция уровня секреторного белка СС16 сыворотки и аллергической сенсибилизацией к ингаляционным аллергенам [14].

В рамках данной публикации невозможно охватить характеристики всех используемых и перспективных биомаркеров БА, поэтому мы представим преимущества и недостатки только наиболее актуальных из них (табл. 1).

Эозинофилы являются одними из основных воспалительных клеток-эффекторов при БА Т2 эндотипа, поэтому определение их количества в периферической крови часто рекомендуется как доступный биомаркер. Большинство специалистов считает абсолютной эозинофилией периферической крови превышение 300–500 клеток/мкл, а относительной — более 5% лейкоцитов [15]. Эозинофилия в клиническом анализе крови расценивается как суррогатный маркер эозинофилии дыхательных путей, однако отмечаются пациенты, у которых эта взаимосвязь отсутствует [16]

Значимость эозинофилии для первичной диагностики БА невысока, так как содержание этих клеток может повышаться и при других аллергических болезнях (ринит, дерматит и т.п.), паразитарных инвазиях и некоторых аутоиммунных заболеваниях [17]. При этом уровень эозинофилов в крови ≥4% относится к малым критериям как оригинального, так и модифицированного предиктивного индекса астмы (API) [18]. Различные пороги эозинофилии периферической крови связаны с трёхкратным повышением риска развития БА к 6 годам (более 300 кл/мкл на первом году жизни) [19], а при установленном диагнозе БА — с бóльшей частотой обострений и более плохим контролем заболевания (>400 клеток/мкл) [20]. В педиатрической когорте эозинофилия в периферической крови (≥ 300 клеток/мкл) связана с бóльшей тяжестью БА, бóльшим количеством обострений, снижением ОФВ1/ФЖЕЛ, гиперреактивностью бронхов, утолщением стенки бронхов [21].

Содержание эозинофилов в периферической крови менее 470 клеток/мкл является более чувствительным предиктором отсутствия рецидивов бронхиальной обструкции, чем отрицательные результаты специфических IgE или прик-тестов [22]. Дети с атопической БА и эозинофилией ≥300 клеток/мкл более значимо клинически реагируют на иГКС [23]. Снижение числа эозинофилов периферической крови наблюдается при повышении дозы иГКС [24].

В качестве биомаркеров БА также используют белки, продуцируемые эозинофилами: главный основной белок, эозинофильная пероксидаза, эозинофильный нейротоксин, катионный белок эозинофилов. Последний наиболее доступен для использования в рутинной педиатрической практике, так как для него разработана стандартизованная коммерческая тест-система. Этот белок находится в гранулах эозинофилов и высвобождается при активации этих клеток (например, через ИЛ-5) путем выброса гранул; уровень ECP выраженно прямо коррелирует с интенсивностью аллергического воспаления дыхательных путей [25]. Концентрация ECP в сыворотке крови повышается при обострении БА и нормализуется, коррелируя с уменьшением сопротивления дыхательных путей, после восьми недель лечения монтелукастом [26]. При этом у детей с более высоким исходным уровнем ECP сыворотки крови наблюдалось более значимое улучшение функции лёгких в результате лечения иГКС [27], что позволяет рекомендовать этот маркер для отбора детей младшего возраста на лечение иГКС и титрования дозы [28].

Оксид азота выдыхаемого воздуха образуется в дыхательных путях с помощью фермента индуцибельной синтазы оксида азота, активность которой зависит от провоспалительных цитокинов Т2-ответа, а именно ИЛ-4 и ИЛ-13. Было показано, что уровень FeNO максимальный в группе пациентов с аллергической астмой, довольно высокий в группе пациентов с неаллергической астмой и минимальный в группе здоровых добровольцев [29]. Содержание FeNO прямо коррелирует с выраженностью обратимой бронхиальной обструкции, количеством эозинофилов периферической крови и степенью бронхиальной гиперреактивности [30]. Предложены различные пороговые значения этого биомаркера, но общепризнанным остается то, что показатель менее 25 частичек на миллиард (ppb) не связан с эозинофильным воспалением, а результат более 50 ppb уверенно указывает на эозинофильное воспаление [30]. На уровень FeNO влияют пол, курение, атопия, избыточная масса тела, а также назальные полипы даже в отсутствии БА. В трёхлетнем наблюдательном исследовании пациентов с тяжелой БА было показано, что подгруппа с наиболее высоким уровнем FeNO (≥50 ppb) отличалась большим числом обострений и меньшей продолжительностью периода без обострений БА в сравнении с подгруппой пациентов с постоянно низкими уровнями FeNO (<25 ppb). Снижение уровня FeNO обратно коррелирует с приверженностью пациента к применению ингаляционных глюкокортикостероидов [31].

Концентрация общего IgE в сыворотке крови может быть повышена у пациентов разного возраста с атопическими болезнями, однако альтернативными причинами повышения этого показателя выступают также и паразитарные инвазии, инвазивные микозы, некоторые инфекции, а также аутоиммунные заболевания и первичные иммунодефициты [32]. У детей с установленным диагнозом атопической БА уровень общего IgE сыворотки крови умеренно коррелирует с тяжестью БА, гиперреактивностью дыхательных путей и утолщением стенки бронхов [21]. Применение общего сывороточного IgE в качестве диагностического биомаркера БА в реальной практике нецелесообразно в связи с его низкой специфичностью и чувствительностью. Высокие уровни общего IgE в сыворотке крови могут указывать на наличие сенсибилизации; данный параметр учитывается при определении показаний и расчёте дозы одного из препаратов моноклональных антител (омализумаба). В ходе лечения этим средством повторное определение общего IgE в сыворотке крови неинформативно и не рекомендовано для мониторинга эффективности терапии [33].

Специфические IgE-сыворотки крови к различным аллергенам в настоящее время представляются одним из ключевых прогностических биомаркеров развития и течения БА. По данным проспективных когортных исследований, проведённых в различных странах, ранняя сенсибилизация (концентрация специфических IgE в сыворотке крови с 6 до 24 месяцев жизни) к ингаляционным аллергенам прямо указывает на высокий риск формирования БА у детей к школьному возрасту [34]. Для качественной клинической интерпретации принципиально важно оценивать сенсибилизацию с использованием современных прецизионных технологий, например, ImmunoCap или аллергочип ISAC. Использование аллергочипа ISACу детей в возрасте 3–4 лет позволяет выявить сенсибилизацию к наиболее значимым ингаляционным аллергенам и оценить риск развития и/или персистирования БА.  К молекулам риска в зависимости от исследуемой когорты относят Betv1 (пыльца березы), Feld1 (кошка), Phlp1 и Phlp5 (пыльца тимофеевки), Derp1/2 (Dermatophagoides pteronyssinus), Derf1/2 (Dermatophagoides farinae) [35]. Наличие sIgE к мажорным аллергенам молока, яйца, арахиса, рыбы также имеет прогностическую значимость повышения риска развития БА, хотя и менее выраженную, чем ингаляционная сенсибилизация. Не вызывает сомнения то, что у детей раннего возраста с атопическим дерматитом, полисенсибилизация к пищевым аллергенам выступает в качестве биомаркера развития БА [34][36].

К актуальным биомаркерам БА относятся и продукты 5-липоксигеназного пути окисления арахидоновой кислоты: лейкотриены (ЛТ): ЛТС4 и ЛТЕ4, ЛТD4 (цистеинил-лейкотриены, CysLT) и ЛТВ4. Источники CysLT включают многие типы воспалительных клеток верхних и нижних дыхательных путей, такие как эозинофилы, тучные клетки, базофилы, макрофаги, тромбоциты и нейтрофилы. Высвобождение CysLT из лейкоцитов периферической крови атопиков происходит как при специфической (аллергены), так и неспецифической (фактор активации тромбоцитов) стимуляции [37]. Цистеиниловые лейкотриены стимулируют выработку, мобилизацию и активацию воспалительных клеток, в том числе эозинофилов, а также Th2-клеток, ILC2, моноцитов/макрофагов и дендритных клеток. LTЕ4 является стабильным метаболитом LTC4/ LTD4, и он доступен для измерения в моче [38]. Уровни LTE4 в моче повышаются во время обострений бронхиальной астмы и коррелируют со степенью обструктивных нарушений. Показано повышение концентрация LTЕ4 в моче под воздействием значимых ингаляционных аллергенову детей с аллергической БА, а также при провокации аспирином у больных с гиперчувствительностью к последнему [39][40].

Периостин — это белок внеклеточного матрикса эпителия человека, который активно выделяется фибробластами, эпителиоцитами и некоторыми другими клетками. Физиологическая роль периостина состоит в обеспечении адгезии и миграции клеток эпителия; кроме того, периостин активно секретируется при их повреждении и развитии воспалительных процессов [41]. В различных биоматериалах (кровь, мокрота, бронхиальные биоптаты и жидкость бронхоальвеолярного лаважа) концентрации периостина были существенно выше у пациентов с БА, чем у лиц, не страдающих астмой [42]. Периостин участвует в острой фазе астматического воспаления, обеспечивая синтез и секрецию эозинофилами ИЛ-6, ИЛ-8, трансформирующих факторов роста бета-1 и -2, цистениловых лейкотриенов и простагландина Е2 [43]. В хронической фазе воспаления периостин формирует скопления в базальной мембране бронхов, обеспечивая её утолщение и ремоделирование [44]. Показано, что концентрация периостина у пациентов с БА стабильна независимо от времени года, периода заболевания или времени суток [44]. Предполагается, что пациенты с более высокой концентрацией периостина сыворотки крови отличаются персистированием воспаления бронхиальной стенки, более высоким риском будущих обострений, а также большей вероятностью ремоделирования бронхиальной стенки (соединительно-тканной перестройки подслизистого слоя эпителия) [45,46]. По нашим данным, концентрация периостина сыворотки была значимо выше у пациентов, не достигших контролируемого течения БА в течение одного года наблюдения независимо от возрастной группы [47]. Кроме того, в этом же наблюдении в группе подростков с БА показана умеренная обратная корреляция назальной концентрации периостина и объёма форсированного выдоха за первую секунду.

В ответ на механическое нарушение целостности или микробную атаку клетки различных эпителиальных барьеров (кожи, стенки бронхов и кишечника) выделяют «медиаторы тревоги» — алармины (короткоживущие интерлейкины-25 и -33 и тимический стромальный лимфопоэтин) [48][49]. В физиологических условиях ТСЛП стимулирует защитную реакцию врождённых лимфоидных и фагоцитирующих клеток с развитием воспаления. Патологическое увеличение концентрации этого хемоаттрактанта приводит к хронизации воспалительного процесса и вовлечению адаптивного звена иммунного ответа. Под воздействием ТСЛП дендритные клетки и Т-хелперы приобретают Т2-поляризацию, то есть начинают активно синтезировать интерлейкины 4, 5 и 13, формируют хроническое воспаление и патологическую реакцию на аллергены [50]. ТСЛП влияет на созревание и дифференцировку дендритных клеток и лимфоцитов в красном костном мозге, а также поддерживает Т2-поляризацию цитокинового профиля эозинофилов и тучных клеток [51]. Повышение концентрации ТСЛП в сыворотке крови описано, кроме БА, при атопическом дерматите, аллергическом рините, бронхиальной астме и эозинофильном эзофагите [7][52][53].

При выполнении биопсии бронхиальной стенки материал, полученный от пациентов с БА, в сравнении со здоровыми добровольцами отличался более высокой концентрацией ТСЛП [48]. У пациентов с БА описана прямая выраженная корреляция концентрации интерлейкина-5 и других медиаторов, характерных для Т2 воспаления, с уровнем ТСЛП сыворотки крови [51]. При этом показано, что у пациентов с более тяжёлым, неконтролируемым течением БА, содержание ТСЛП сыворотки крови было более высоким [54]. По нашим собственным данным, обнаружена сильная прямая корреляция между концентрацией ТСЛП сыворотки крови и продолжительностью периодов потери контроля БА в течение года наблюдения (r=0,74). Концентрация ТСЛП сыворотки крови была максимальной у пациентов с атопической БА с клещевой сенсибилизацией (792.6±114.1 пг/мл). Пациенты, у которых показатель ОФВ1 на фоне оптимальной терапии БА в течение года не достиг 80% от должного, имели более высокое содержание ТСЛП сыворотки крови [55].

Основной фармакологической мишенью при БА является воспаление, поэтому маркерами ответа на терапию могут выступать молекулы и показатели, которые отражают активность воспалительного процесса в бронхиальной стенке. Можно выделить показатели, которые выступают предикторами хорошего ответа на ту или иную группу лекарственных средств до начала их применения, а также маркеры, которые используют как индикаторы эффективности по окончании курса терапии. Известно, что пациенты, у которых исходно более выражена Т2-поляризация иммунного воспалительного ответа, более быстро и более полно отвечают на терапию ингаляционными ГКС [56]. Поэтому предикторами хорошего ответа на иГКС будут наследственная отягощённость по аллергическим заболеваниям, коморбидные астме аллергический ринит и атопический дерматит, высокие показатели абсолютной эозинофилии крови, общего и специфических IgE сыворотки, высокие результаты FeNO [6][7][11]. Показано, что пациенты с высоким уровнем ЛТЕ4 в моче, наоборот, полнее, быстрее и более стойко отвечают на терапию антилейкотриеновыми препаратами, чем на лечение иГКС [38]. Для отбора на современные таргетные методы лечения (моноклональные антитела) в качестве биомаркеров активно используют уровень эозинофилов в периферической крови, общего IgE, FeNO и, косвенно, специфические IgE как индикатор атопического фенотипа БА [11][57]. В частности, эозинофилия периферической крови используется как биомаркер отбора на терапию и контроля эффективности лечения препаратами анти-IL-5 (меполизумаб и реслизумаб), анти-IL-5Ra (бенрализумаб) антител [58]. В то же время для омализумаба и дупилумаба опубликованы данные о независимости клинического ответа от исходного уровня биомаркеров Т2- воспаления [59].

Таким образом, разработка и имплементация в реальную педиатрическую клиническую практику биомаркеров уже сегодня позволяет выделить группу риска по развитию БА, предложить рациональную профилактику, в ряде случаев обосновать диагноз и оценить тяжесть заболевания. Для детей с уже установленным диагнозом «БА» применение биомаркеров контроля воспаления и прогноза ответа на терапию позволяет оценить вероятность развития будущих обострений и приверженность лечению, оптимизировать противовоспалительную терапию, выделить детей с тяжёлым течением БА, которым необходимо дифференцированно инициировать и провести биологическую терапию. Научные исследования предлагают целую палитру биомаркеров при ведении детей с риском развития или наличием БА; каждая молекула обладает определёнными показаниями к использованию и ограничениями в применении (табл. 2). Своевременный, обоснованный и индивидуальный выбор биомаркеров для измерения у конкретного пациента может способствовать профилактике необратимых изменений бронхиальной стенки (ремоделирования), снижению лекарственной нагрузки и улучшению прогноза течения БА у детей.