Factores ambientales e inmunológicos asociados a la gravedad de la infección por virus respiratorio sincitial en pediatría

Abstract

Introduction: Respiratory syncytial virus (RSV) is the main cause of acute lower respiratory tract infection (LRTI) in children under two years of age. Several factors, intrinsic and extrinsic to the patient, determine the severity of the disease. Objectives: 1.- To evaluate the association of meteorological conditions and air pollution with hospital admissions for acute viral LRTI in children under two years of age. 2.- To analyze whether the expression of inflammatory and antiviral genes in the peripheral blood of children under two years of age with RSV bronchiolitis is associated with severe hypoxemia and disease progression. Material and methods: Three studies were designed: 1.- Environmental factors and pollutants: A bidirectional case-crossover study was conducted on 30,445 children with acute LRTI under two years of age, using data from the Minimum Basic Data Set (CMBD) between 2013 and 2015. Environmental data were obtained from the State Meteorological Agency (AEMET). The association was evaluated using conditional logistic regression. 2.- Expression of inflammatory and antiviral genes and hypoxemia: A cross-sectional study was conducted on 121 RSV-infected children requiring hospital admission between 2015 and 2023. Total RNA was extracted from blood samples, and gene expression (IL-6, TNFα, CXCL8, ISG15, IFIT1, RIGI, IFNβ, CCL5, and CXCL10) was evaluated by quantitative polymerase chain reaction (qPCR). The outcome variable was severe hypoxemia (SpO2 ≤90%) at the time of hospital admission. Association analysis was performed using a volcano plot, logistic regression adjusted for relevant clinical variables, and orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA). 3.- Expression of inflammatory and antiviral genes and progression of bronchiolitis: A prospective study was conducted on 117 infants between 2015 and 2023. The expression levels of nine inflammatory and antiviral genes were quantified by PCR. The infants were classified according to their evolution during admission into two groups: (i) no progression (n=74) and (ii) unfavorable progression (n=43). The association analysis was performed using logistic regression, adjusted for age, sex, prematurity, and severity. Results: Study 1: Lower temperatures one week before hospitalization (q=0.012) and higher relative humidity one and two weeks before the event (q=0.003 and q<0.001, respectively) were associated with a higher probability of hospital admission. In addition, higher levels of NO2 two weeks before the event were also associated with increased hospital admissions (q<0.001). Finally, on the event day, higher concentrations of SO2 (compared with 1-week (q=0.026) and 2-week (q<0.001) lags), O3 (compared with 3-day (q<0.001), 1-week (q<0.001), and 2-week (q<0.001) lags), and PM10 (compared with 2-week (q<0.001) lag) were associated with increased odds of viral LRTI hospital admissions. Study 2: We found that CXCL8 was overexpressed (>2-fold; q<0.05) in children with severe hypoxemia, whereas ISG15, IFIT1, RIGI, IFNβ, CCL5, and CXCL10 were underexpressed (<-2-fold; q<0.05). These associations were confirmed by adjusted logistic regression. OPLS-DA analysis showed that gene expressions of CXCL8, ISG15, IFIT1, RIGI, and CXCL10 had variable importance in projection values (VIP) ≥1, being the most relevant features. Study 3: Univariate logistic models showed that low TNFα and CCL5 expression levels at baseline were associated with unfavorable RSV bronchiolitis progression. This was confirmed by multivariate analysis: TNFα (aOR=0.8; 95% CI=0.64 - 0.99; p=0.038) and CCL5 (aOR=0.76; 95% CI=0.62 - 0.93; p=0.007). Conclusions: 1.- Short-term exposure to environmental factors, such as weather conditions and pollutants, is related to increased hospitalizations in children with acute LRTI under two years of age. 2.- An imbalance in the innate response that favors inflammation over antiviral defense could contribute to severe hypoxemia in RSV-infected children. 3.- An inadequate immune response against RSV, characterized by low levels of CCL5 and TNFα gene expression in peripheral blood, was associated with an unfavorable evolution of RSV bronchiolitis.

Introducción: El virus respiratorio sincitial (VRS) es la principal causa de infección respiratoria aguda del tracto inferior (IRAB) en menores de dos años. Diversos factores condicionan la gravedad. Objetivos: 1.- Evaluar la asociación de las condiciones meteorológicas y la contaminación con los ingresos por IRAB viral en menores de dos años. 2.- Analizar si la expresión de genes inflamatorios y antivirales en sangre periférica de menores de dos años con bronquiolitis por VRS se asocia con hipoxemia y con progresión de la enfermedad. Material y métodos: Se diseñaros tres estudios: 1.- Factores ambientales y contaminantes: estudio bidireccional cruzado con casos de IRAB viral en 30.445 niños menores de dos años, utilizando datos del Conjunto Mínimo Básico de Datos entre 2013 y 2015. Los datos ambientales se obtuvieron de la AEMET. La asociación se evaluó mediante regresión logística condicional. 2.- Expresión de genes inflamatorios y antivirales e hipoxemia: estudio transversal con 121 niños infectados por VRS que precisaron ingreso entre 2015 y 2023. Se extrajo ARN total de muestras de sangre y se cuantificó la expresión génica de nueve genes mediante PCR. La variable de resultado fue hipoxemia grave (SpO2≤90%) en el momento del ingreso. El análisis de asociación se realizó mediante un gráfico de volcán, regresión logística ajustada por variables clínicas y análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales ortogonales (OPLS-DA). 3.- Expresión de genes inflamatorios y antivirales y progresión de bronquiolitis: estudio prospectivo con 117 menores de dos años entre 2015 y 2023. Los niveles de expresión de nueve genes inflamatorios y antivirales se cuantificaron mediante PCR. Los pacientes se clasificaron según su evolución durante el ingreso en no progresión (n=74) y progresión desfavorable (n=43). El análisis de asociación se realizó mediante regresión logística, ajustado por edad, sexo, prematuridad y gravedad. Resultados: Estudio 1: Temperaturas más bajas una semana antes (q=0,012) y una mayor humedad relativa una y dos semanas antes del ingreso (q=0,003 y q<0,001, respectivamente) se asociaron con una mayor probabilidad de ingresos. Además, niveles más altos de NO2 dos semanas antes del evento también se asociaron con ingresos (q<0,001). Finalmente, concentraciones más altas el día del evento de SO2 (en comparación con retraso de una (q=0,026) y dos semanas (q<0,001)), O3 (en comparación con el retraso de 3 días (q<0,001), una (q<0,001) y dos semanas (q<0,001)) y PM10 (en comparación con el retraso de dos semanas (q<0,001)) se relacionaron con un aumento de las probabilidades de ingresos por IRAB viral. Estudio 2: Encontramos que CXCL8 estaba sobreexpresada (>2 veces; q <0,05) en niños con hipoxemia grave, mientras que ISG15, IFIT1, RIGI, IFNβ, CCL5 y CXCL10 estaban infraexpresados (<-2 veces; q <0,05). Estas asociaciones se confirmaron mediante regresión logística ajustada. El análisis OPLS-DA mostró que las expresiones génicas de CXCL8, ISG15, IFIT1, RIGI y CXCL10 tenían valores de importancia variable en proyección ≥1, siendo las características más relevantes. Estudio 3: Modelos logísticos univariantes mostraron que la expresión de TNFα y CCL5 al inicio del estudio se asociaba inversamente con una progresión desfavorable. Esto se confirmó mediante análisis multivariantes: TNFα (aOR=0,8; IC 95%=0,64 - 0,99; p=0,038) y CCL5 (aOR=0,76; IC 95%=0,62 - 0,93; p=0,007). Conclusiones: 1.- La exposición a factores ambientales a corto plazo, como las condiciones climáticas y los contaminantes, está relacionada con un aumento en hospitalizaciones por IRAB viral. 2.- Un desequilibrio en la respuesta innata que favorece la inflamación sobre la defensa antiviral podría contribuir a la hipoxemia grave en niños infectados por VRS. 3.- Una respuesta inmune inadecuada al VRS, con bajos niveles de expresión genética de CCL5 y TNFα en sangre periférica, se asoció con una evolución desfavorable de la bronquiolitis.