Evolution of the IgE response to Dermatophagoides pteronyssinus allergenic molecules in childhood

Abstract

Background: The molecular evolution of the IgE response to Dermatophagoides pteronyssinus (D pteronyssinus) and its relationship with clinical symptoms are still matters of debate. Objectives: The study aimed at investigating the development of the IgE response to 12 molecules of D pteronyssinus and describing the associated risk factors and the clinical role. Methods: 722 participants in the German Multicenter Allergy Study, a birth cohort started in 1990, were included in the study. Current allergic rhinitis related to mite allergy and asthma were defined according to clinical yearly interviews from the ages of 1 to 13 years and at 20 years. Sera collected at ages 1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 13, and 20 years were tested for sIgE to an extract of D pteronyssinus. The sera positive for slgE (>0.35 kU/L) were further tested for the presence of IgE to 12 molecules of D pteronyssinus by means of microarray technology. Exposure to mites was determined by collecting house dust samples at age 6 and 18 months and evaluating the Der p 1 weight/weight concentration. Results: Out of 722 participants, 191 (26.5%) had IgE positivity to the extract of D pteronyssinus at least once during the observation period. At age 20 years, the most frequently molecules of D pteronyssinus, recognized by IgE antibodies, in declining order of prevalence, were: Der p 2, Der p 1, and Der p 23 (defined as group A molecules; prevalence, >40%); Der p 5, Der p 7, Der p 4, and Der p 21 (group B, prevalence 15- 30%); and Der p 11, Der p 18, clone 16, Der p 14, and Der p 15 (group C, prevalence <10%). In the 97.6% of the cases, IgE response to D pteronyssinus molecules started as sensitization to group “A”, and can proceed to group “B” and eventually to group “C”. Patterns of broader polymolecular IgE sensitization were associated with earlier first detection of a sIgE positive response, parental hay fever, and higher exposure. A significantly higher risk of mite-related allergic rhinitis and asthma was observed in children with the broadest IgE sensitization stage (i.e., ABC) when compared with not sensitized ones. Sensitization to Der p 1 or Der p 23 during the pre-school age period was predictive of asthma after the 6 years of age. Conclusions: The patterns of molecular IgE response against D pteronyssinus observed in the MAS cohort are extremely heterogeneous. During childhood in most, but not all sensitized participants, the IgE response expand progressively as sequential sensitization to groups A-B-C molecules in a process defined as “molecular spreading”. Atopic heredity and exposure during infancy are associated with IgE polysensitization to D pteronyssinus molecules, which is, in turn, correlated with current mite-related allergic rhinitis and current and future asthma. Results might be used to develop algorithms and strategies to prevent the evolution of IgE sensitization to D pteronyssinus into childhood allergy.

Hintergrund: Die molekulare Evolution der IgE-Antwort auf Dermatophagoides pteronyssinus (D. pt.) und ihre Beziehung zu klinischen Symptomen wird kontrovers diskutiert. Zielsetzung: Ziel der Studie war es, die Entwicklung der IgE-Antwort gegen 12 Allergenmoleküle der Hausstaubmilbe D. pt., sowie deren klinische Bedeutung und Risikofaktoren zu untersuchen. Methoden: 772 Teilnehmer der deutschen Multizentrischen Allergie Studie (MAS), eine Geburtenkohorte aus dem Jahr 1990, wurden in die Studie aufgenommen. Allergische Rhinitis auf Hausstaubmilben und Asthma wurden gemäß jährlicher klinischer Fragebögen im Alter von 1 bis 13 Jahren und 20 Jahren definiert. Seren, die im Alter von 1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 13 und 20 Jahren gesammelt wurden, wurden auf sIgE gegen Hausstaubmilbenextrakt getestet. Seren, die für slgE (>0.35 kU / L) positiv getestet wurden, durchliefen einen Mikroarray-Test auf spezifisches IgE gegen 12 Allergenmoleküle der D. pt. Die Exposition gegenüber Milben wurde durch die Sammlung von Hausstaubproben im Alter von 6- 18 Monaten und die Beurteilung der darin enthaltenen Der p 1 –Konzentrationen bestimmt. Ergebnisse: Von 722 Teilnehmern zeigten 191 (26,5%) mindestens einmal im Beobachtungszeitraum eine IgE-Antwort auf den Extrakt der D. pteronyssinus. Im Alter von 20 Jahren waren die am häufigsten erkannten Moleküle in abnehmender Prävalenz: Der p 2, Der p 1 und Der p 23 (definiert als Moleküle der Gruppe A, Prävalenz > 40%); Der p 5, Der p 7, Der p 4 und Der p 21 (Gruppe B, Prävalenz 15-30%); und Der p 11, Der p 18, Clone 16, Der p 14 und Der p 15 (Gruppe C, Prävalenz <10%). In 97.6% begann die IgE-Antwort gegen D. Pt.-Moleküle als Sensibilisierung gegen Moleküle der Gruppe "A", erweiterte sich in Teilen zur Gruppe "B", sowie in manchen Fällen zur Gruppe "C". Das Gesamtbild einer breiteren polymolekularen IgE-Sensibilisierung war mit einem früheren ersten Nachweis von sIgE, mit Heuschnupfen der Eltern sowie mit einer ausgeprägteren Exposition assoziiert. Ein signifikant höheres Risiko für allergische Rhinitis auf Hausstaubmilben und Asthma wurde bei Kindern mit der breitesten IgE-Sensibilisierungsstufe (d. H. ABC) im Vergleich zu nicht sensibilisierten Probanden beobachtet. Die Sensibilisierung gegen Der p 1 oder Der p 23 während der Vorschulzeit war prädiktiv für Asthma nach dem 6. Lebensjahr. Schlussfolgerungen: Die verschiedenen molekularen IgE-Antworten auf D pteronyssinus, wie sie in der MAS-Kohorte beobachtet wurden, sind extrem heterogen. Während der Kindheit expandiert die IgE-Reaktion bei den meisten, jedoch nicht allen, sensibilisierten Teilnehmern, progressiv als sequentielle Sensibilisierung auf Moleküle der Gruppen A-B-C; ein Prozess, der als "molecular spreading" definiert wird. Die erbliche atopische Belastung und Allergenexposition im Kindesalter sind mit einer IgE-Polysensibilisierung gegenüber D.Pt.-Molekülen verbunden. Diese korreliert wiederum mit allergischer Rhinitis auf Hausstaubmilben und aktuellem, sowie zukünftigem Asthma. Auf der Basis dieses Wissens können möglicherweise Strategien zur Vermeidung des Fortschreitens einer IgE-Sensibilisierung hin zum klinischen Bild einer Hausstaubmilbenallergie im Kindesalter entwickelt werden.