Background Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a devastating disease that probably involves several genetic loci. Several rare genetic variants and one common single nucleotide polymorphism (SNP) of MUC5B have been associated with the disease. Our aim was to identify additional common variants associated with susceptibility and ultimately mortality in IPF. Methods First, we did a three-stage genome-wide association study (GWAS): stage one was a discovery GWAS; and stages two and three were independent case-control studies. DNA samples from European-American patients with IPF meeting standard criteria were obtained from several US centres for each stage. Data for European-American control individuals for stage one were gathered from the database of genotypes and phenotypes; additional control individuals were recruited at the University of Pittsburgh to increase the number. For controls in stages two and three, we gathered data for additional sex-matched European-American control individuals who had been recruited in another study. DNA samples from patients and from control individuals were genotyped to identify SNPs associated with IPF. SNPs identified in stage one were carried forward to stage two, and those that achieved genome-wide significance (p<5 × 10−8) in a meta-analysis were carried forward to stage three. Three case series with follow-up data were selected from stages one and two of the GWAS using samples with follow-up data. Mortality analyses were done in these case series to assess the SNPs associated with IPF that had achieved genome-wide significance in the meta-analysis of stages one and two. Finally, we obtained gene-expression profiling data for lungs of patients with IPF from the Lung Genomics Research Consortium and analysed correlation with SNP genotypes. Findings In stage one of the GWAS (542 patients with IPF, 542 control individuals matched one-by-one to cases by genetic ancestry estimates), we identified 20 loci. Six SNPs reached genome-wide significance in stage two (544 patients, 687 control individuals): three TOLLIP SNPs (rs111521887, rs5743894, rs5743890) and one MUC5B SNP (rs35705950) at 11p15.5; one MDGA2 SNP (rs7144383) at 14q21.3; and one SPPL2C SNP (rs17690703) at 17q21.31. Stage three (324 patients, 702 control individuals) confirmed the associations for all these SNPs, except for rs7144383. Linkage disequilibrium between the MUC5B SNP (rs35705950) and TOLLIP SNPs (rs111521887 [r2=0·07], rs5743894 [r2=0·16], and rs5743890 [r2=0·01]) was low. 683 patients from the GWAS were included in the mortality analysis. Individuals who developed IPF despite having the protective TOLLIP minor allele of rs5743890 carried an increased mortality risk (meta-analysis with fixed-effect model: hazard ratio 1·72 [95% CI 1·24–2·38]; p=0·0012). TOLLIP expression was decreased by 20% in individuals carrying the minor allele of rs5743890 (p=0·097), 40% in those with the minor allele of rs111521887 (p=3·0 × 10−4), and 50% in those with the minor allele of rs5743894 (p=2·93 × 10−5) compared with homozygous carriers of common alleles for these SNPs. Interpretation Novel variants in TOLLIP and SPPL2C are associated with IPF susceptibility. One novel variant of TOLLIP, rs5743890, is also associated with mortality. These associations and the reduced expression of TOLLIP in patients with IPF who carry TOLLIP SNPs emphasise the importance of this gene in the disease. Funding National Institutes of Health; National Heart, Lung, and Blood Institute; Pulmonary Fibrosis Foundation; Coalition for Pulmonary Fibrosis; and Instituto de Salud Carlos III.

BackgroundIdiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic progressive lung disease with high mortality, uncertain cause, and few treatment options. Studies have identified a significant genetic risk associated with the development of IPF; however, mechanisms by which genetic risk factors promote IPF remain unclear. We aimed to identify genetic variants associated with IPF susceptibility and provide mechanistic insight using gene and protein expression analyses.MethodsWe used a two-stage approach: a genome-wide association study in patients with IPF of European ancestry recruited from nine different centres in the UK and controls selected from UK Biobank (stage 1) matched for age, sex, and smoking status; and a follow-up of associated genetic variants in independent datasets of patients with IPF and controls from two independent US samples from the Chicago consortium and the Colorado consortium (stage 2). We investigated the effect of novel signals on gene expression in large transcriptomic and genomic data resources, and examined expression using lung tissue samples from patients with IPF and controls.Findings602 patients with IPF and 3366 controls were selected for stage 1. For stage 2, 2158 patients with IPF and 5195 controls were selected. We identified a novel genome-wide significant signal of association with IPF susceptibility near A-kinase anchoring protein 13 (AKAP13; rs62025270, odds ratio [OR] 1·27 [95% CI 1·18–1·37], p=1·32 × 10−9) and confirmed previously reported signals, including in mucin 5B (MUC5B; rs35705950, OR 2·89 [2·56–3·26], p=1·12 × 10−66) and desmoplakin (DSP; rs2076295, OR 1·44 [1·35–1·54], p=7·81 × 10−28). For rs62025270, the allele A associated with increased susceptibility to IPF was also associated with increased expression of AKAP13 mRNA in lung tissue from patients who had lung resection procedures (n=1111). We showed that AKAP13 is expressed in the alveolar epithelium and lymphoid follicles from patients with IPF, and AKAP13 mRNA expression was 1·42-times higher in lung tissue from patients with IPF (n=46) than that in lung tissue from controls (n=51).InterpretationAKAP13 is a Rho guanine nucleotide exchange factor regulating activation of RhoA, which is known to be involved in profibrotic signalling pathways. The identification of AKAP13 as a susceptibility gene for IPF increases the prospect of successfully targeting RhoA pathway inhibitors in patients with IPF.FundingUK Medical Research Council, National Heart, Lung, and Blood Institute of the US National Institutes of Health, Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información, Spain, UK National Institute for Health Research, and the British Lung Foundation.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a complex lung disease characterized by scarring of the lung that is believed to result from an atypical response to injury of the epithelium. Genome-wide association studies have reported signals of association implicating multiple pathways including host defense, telomere maintenance, signaling, and cell-cell adhesion.Objectives: To improve our understanding of factors that increase IPF susceptibility by identifying previously unreported genetic associations.Methods: We conducted genome-wide analyses across three independent studies and meta-analyzed these results to generate the largest genome-wide association study of IPF to date (2,668 IPF cases and 8,591 controls). We performed replication in two independent studies (1,456 IPF cases and 11,874 controls) and functional analyses (including statistical fine-mapping, investigations into gene expression, and testing for enrichment of IPF susceptibility signals in regulatory regions) to determine putatively causal genes. Polygenic risk scores were used to assess the collective effect of variants not reported as associated with IPF.Measurements and Main Results: We identified and replicated three new genome-wide significant (P < 5 × 10-8) signals of association with IPF susceptibility (associated with altered gene expression of KIF15, MAD1L1, and DEPTOR) and confirmed associations at 11 previously reported loci. Polygenic risk score analyses showed that the combined effect of many thousands of as yet unreported IPF susceptibility variants contribute to IPF susceptibility.Conclusions: The observation that decreased DEPTOR expression associates with increased susceptibility to IPF supports recent studies demonstrating the importance of mTOR signaling in lung fibrosis. New signals of association implicating KIF15 and MAD1L1 suggest a possible role of mitotic spindle-assembly genes in IPF susceptibility.

The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is an acute inflammatory process of the lung caused by a direct or indirect insult to the alveolar-capillary membrane. Currently, ARDS is diagnosed based on a combination of clinical and physiological variables. The lack of a specific biomarker for ARDS is arguably one of the most important obstacles to progress in developing novel treatments for ARDS. In this article, we will review the current understanding of some appealing biomarkers that have been measured in human blood, bronchoalveolar lavage fluid (BALF) or exhaled gas that could be used for identifying patients with ARDS, for enrolling ARDS patients into clinical trials, or for better monitoring of patient's management. After a literature search, we identified several biomarkers that are associated with the highest sensitivity and specificity for the diagnosis or outcome prediction of ARDS: receptor for advanced glycation end-products (RAGE), angiopoietin-2 (Ang-2), surfactant protein D (SP-D), inteleukin-8, Fas and Fas ligand, procollagen peptide (PCP) I and III, octane, acetaldehyde, and 3-methylheptane. In general, these are cell-specific for epithelial or endothelial injury or involved in the inflammatory or infectious response. No biomarker or biomarkers have yet been confirmed for the diagnosis of ARDS or prediction of its prognosis. However, it is anticipated that in the near future, using biomarkers for defining ARDS, or for determining those patients who are more likely to benefit from a given therapy will have a major effect on clinical practice.

Survivors of critical illness often have significant long-term brain dysfunction, and routine clinical procedures like mechanical ventilation (MV) may affect long-term brain outcome. We aimed to investigate the effect of the increase of tidal volume (Vt) on brain activation in a rat model. Male Sprague Dawley rats were randomized to three groups: 1) Basal: anesthetized unventilated animals, 2) low Vt (LVt): MV for three hours with Vt 8 ml/kg and zero positive end-expiratory pressure (ZEEP), and 3) high Vt (HVt) MV for three hours with Vt 30 ml/kg and ZEEP. We measured lung mechanics, mean arterial pressure (MAP), arterial blood gases, and plasma and lung levels of cytokines. We used immunohistochemistry to examine c-fos as a marker of neuronal activation. An additional group of spontaneously breathing rats was added to discriminate the effect of surgical procedure and anesthesia in the brain. After three hours on LVt, PaO2 decreased and PaCO2 increased significantly. MAP and compliance remained stable in MV groups. Systemic and pulmonary inflammation was higher in MV rats than in unventilated rats. Plasma TNFα was significantly higher in HVt than in LVt. Immunopositive cells to c-fos in the retrosplenial cortex and thalamus increased significantly in HVt rats but not in LVt or unventilated rats. MV promoted brain activation. The intensity of the response was higher in HVt animals, suggesting an iatrogenic effect of MV on the brain. These findings suggest that this novel cross-talking mechanism between the lung and the brain should be explored in patients undergoing MV.

Previous animal studies have shown that certain modes of mechanical ventilation (MV) can injure the lungs. Most of those studies were performed with models that differ from clinical causes of respiratory failure. We examined the effects of positive end-expiratory pressure (PEEP) in the setting of a clinically relevant, in vivo animal model of sepsis-induced acute lung injury ventilated with low or injurious tidal volume.Septic male Sprague-Dawley rats were anesthetized and randomized to spontaneous breathing or four different strategies of MV for 3 h at low (6 ml/kg) or high (20 ml/kg) tidal volume (V(T)) with zero PEEP or PEEP above inflection point in the pressure-volume curve. Sepsis was induced by cecal ligation and perforation. Mortality rates, pathological evaluation, lung tissue cytokine gene expression, and plasma cytokine concentrations were analyzed in all experimental groups.Lung damage, cytokine synthesis and release, and mortality rates were significantly affected by the method of MV in the presence of sepsis. PEEP above the inflection point significantly attenuated lung damage and decreased mortality during 3 h of ventilation with low V(T) (25% vs. 0%) and increased lung damage and mortality in the high V(T) group (19% vs. 50%). PEEP attenuated lung cytokine gene expression and plasma concentrations during mechanical ventilation with low V(T).The use of a PEEP level above the inflection point in a sepsis-induced acute lung injury animal model modulates the pulmonary and systemic inflammatory responses associated with sepsis and decreases mortality during 3 h of MV.

Mechanical ventilation (MV) with high tidal volumes (V(T)) can cause or aggravate lung damage, so-called ventilator induced lung injury (VILI). The relationship between specific mechanical events in the lung and the cellular responses that result in VILI remains incomplete. Since activation of Wnt/β-catenin signaling has been suggested to be central to mechanisms of lung healing and fibrosis, we hypothesized that the Wnt/β-catenin signaling plays a role during VILI.Prospective, randomized, controlled animal study using adult, healthy, male Sprague-Dawley rats. Animals (n = 6/group) were randomized to spontaneous breathing or two strategies of MV for 4 hours: low tidal volume (V(T)) (6 mL/kg) or high V(T) (20 mL/kg). Histological evaluation of lung tissue, measurements of WNT5A, total β-catenin, non-phospho (Ser33/37/Thr41) β-catenin, matrix metalloproteinase-7 (MMP-7), cyclin D1, vascular endothelial growth factor (VEGF), and axis inhibition protein 2 (AXIN2) protein levels by Western blot, and WNT5A, non-phospho (Ser33/37/Thr41) β-catenin, MMP-7, and AXIN2 immunohistochemical localization in the lungs were analyzed. High-V(T) MV caused lung inflammation and perivascular edema with cellular infiltrates and collagen deposition. Protein levels of WNT5A, non-phospho (Ser33/37/Thr41) β-catenin, MMP-7, cyclin D1, VEGF, and AXIN2 in the lungs were increased in all ventilated animals although high-V(T) MV was associated with significantly higher levels of WNT5A, non-phospho (Ser33/37/Thr41) β-catenin, MMP-7, cyclin D1, VEGF, and AXIN2 levels.Our findings demonstrate that the Wnt/β-catenin signaling pathway is modulated very early by MV in lungs without preexistent lung disease, suggesting that activation of this pathway could play an important role in both VILI and lung repair. Modulation of this pathway might represent a therapeutic option for prevention and/or management of VILI.

Experimental and clinical studies support the key role of interleukin 6 (IL-6), a potent proinflammatory cytokine, in the development of acute lung injury (ALI). Plasma IL-6 levels are influenced mainly by genetic determinants, and a -174G/C polymorphism of the gene has been recently associated with susceptibility to ALI. Here we aimed to validate the association of the IL6 gene with ALI in a case-control sample from Spain. DNA was isolated from 67 consecutive patients who fulfilled international criteria for severe sepsis and for ALI and 96 population-based controls drawn from the general population. Genotypes of the -174G/C polymorphism along with other 14 tagging variants of the IL6 gene were evaluated. Twenty polymorphisms unlinked to IL6 gene were additionally compared between cases and controls to rule out population stratification. None of the individual single-nucleotide polymorphisms was significantly associated with susceptibility to ALI. However, we found that a common haplotype from -1363 to +4835 from the transcription start site, and spanning the gene, conferred risk for susceptibility to ALI (odds ratio, 2.73; 95% confidence interval, 1.39-5.37; P = 0.003). Adjustment for relevant covariates did not modify this result. These data support the association of the IL6 gene with ALI susceptibility and illustrate the value of haplotype analysis as a robust approach for evaluating IL6 gene effects in association studies.

The role of thyroid hormone metabolism in clinical outcomes of the critically ill remains unclear.Using preclinical models of acute lung injury (ALI), we assessed the gene and protein expression of type 2 deiodinase (DIO2), a key driver for synthesis of biologically active triiodothyronine, and addressed potential association of DIO2 genetic variants with ALI in a multiethnic cohort.DIO2 gene and protein expression levels in murine lung were validated by microarrays and immunoblotting.Lung injury was assessed by levels of bronchoalveolar lavage protein and leukocytes.Single-nucleotide polymorphisms were genotyped and ALI susceptibility association assessed.Significant increases in both DIO2 gene and D2 protein expression were observed in lung tissues from murine ALI models (LPS-and ventilator-induced lung injury), with expression directly increasing with the extent of lung injury.Mice with reduced levels of DIO2 expression (by silencing RNA) demonstrated reduced thyroxine levels in plasma and increased lung injury (increased bronchoalveolar lavage protein and leukocytes), suggesting a protective role for DIO2 in ALI.The G (Ala) allele of the Thr92Ala coding single-nucleotide polymorphism (rs225014) was protective in severe sepsis and severe sepsis-associated ALI after adjustments for age, sex, and genetic ancestry in a logistic regression model in European Americans.Our studies indicate that DIO2 is a novel ALI candidate gene, the nonsynonymous Thr92Ala coding variant of which confers ALI protection.Increased DIO2 expression may dampen the ALI inflammatory response, thereby strengthening the premise that thyroid hormone metabolism is intimately linked to the integrated response to inflammatory injury in critically ill patients.

Summary Classical, mitochondrial DNA (mtDNA) and Y chromosome markers have been used to examine the genetic admixture in present day inhabitants of the Canary Islands. In this study, we report the analysis of ten autosomal Alu insertion polymorphisms in 364 samples from the seven main islands of the Archipelago, and their comparison to continental samples. The detection of population‐specific alleles from the Iberian Peninsula and Northwest Africa, as well as their affinities on the basis of genetic distances and principal component analysis, support a clear link between these populations. Coincident with previous results, the Canarian gene pool can be distinguished as being halfway between those of its putative parents, although with a major Iberian contribution (62‐78%). Both the substantial Northwest African contribution (23‐38%), and the minor sub‐Saharan African input (3%), suggest that the genetic legacy from the aborigines and slaves still persists in the Canary Islanders.