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.

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: Stem cell–based tracheal replacement represents an emerging therapeutic option for patients with otherwise untreatable airway diseases including long-segment congenital tracheal stenosis and upper airway tumors. Clinical experience demonstrates that restoration of mucociliary clearance in the lungs after transplantation of tissue-engineered grafts is critical, with preclinical studies showing that seeding scaffolds with autologous mucosa improves regeneration. High epithelial cell–seeding densities are required in regenerative medicine, and existing techniques are inadequate to achieve coverage of clinically suitable grafts.Objectives: To define a scalable cell culture system to deliver airway epithelium to clinical grafts.Methods: Human respiratory epithelial cells derived from endobronchial biopsies were cultured using a combination of mitotically inactivated fibroblasts and Rho-associated protein kinase (ROCK) inhibition using Y-27632 (3T3+Y). Cells were analyzed by immunofluorescence, quantitative polymerase chain reaction, and flow cytometry to assess airway stem cell marker expression. Karyotyping and multiplex ligation-dependent probe amplification were performed to assess cell safety. Differentiation capacity was tested in three-dimensional tracheospheres, organotypic cultures, air–liquid interface cultures, and an in vivo tracheal xenograft model. Ciliary function was assessed in air–liquid interface cultures.Measurements and Main Results: 3T3-J2 feeder cells and ROCK inhibition allowed rapid expansion of airway basal cells. These cells were capable of multipotent differentiation in vitro, generating both ciliated and goblet cell lineages. Cilia were functional with normal beat frequency and pattern. Cultured cells repopulated tracheal scaffolds in a heterotopic transplantation xenograft model.Conclusions: Our method generates large numbers of functional airway basal epithelial cells with the efficiency demanded by clinical transplantation, suggesting its suitability for use in tracheal reconstruction.

Abstract Neutrophilic inflammation correlates with mortality in fibrotic interstitial lung disease (ILD) however, the underlying mechanisms remain unclear. We aimed to determine whether aberrant neutrophil activation is a feature of ILD and the relative role of hypoxia. We used lung biopsies and bronchoalveolar lavage (BAL) from ILD patients to investigate the extent of hypoxia and neutrophil activation in lungs of patients with ILD. We complemented these findings with ex vivo functional studies of neutrophils from healthy volunteers to determine the effects of hypoxia. We demonstrate for the first time HIF-1α staining in neutrophils and endothelial cells in ILD lung biopsies. Hypoxia enhanced both spontaneous and phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-induced neutrophil extracellular trap (NET) release (NETosis), neutrophil adhesion, and trans-endothelial migration. Hypoxia also increased neutrophil expression of the α M and α X integrin subunits. Interestingly, NETosis was induced by α M β 2 integrin activation and prevented by cation chelation. Finally, NETs were demonstrated in the BAL from ILD patients, and quantification showed significantly increased cell-free DNA content and MPO-citrullinated histone H3 complexes in ILD patients compared to non-ILD controls. Our work indicates that HIF-1α upregulation may augment neutrophil recruitment and activation within the lung interstitium through activation of β 2 integrins. Our results identify a novel HIF-1α-Integrin-NETosis axis for future exploration in therapeutic approaches to fibrotic ILD.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a complex lung disease characterised by scarring of the lung that is believed to result from an atypical response to injury of the epithelium. The mechanisms by which this arises are poorly understood and it is likely that multiple pathways are involved. The strongest genetic association with IPF is a variant in the promoter of MUC5B where each copy of the risk allele confers a five-fold risk of disease. However, genome-wide association studies have reported additional signals of association implicating multiple pathways including host defence, telomere maintenance, signalling and cell-cell adhesion. Objectives: To improve our understanding of mechanisms that increase IPF susceptibility by identifying previously unreported genetic associations. Methods and measurements: We performed the largest genome-wide association study undertaken for IPF susceptibility with a discovery stage comprising up to 2,668 IPF cases and 8,591 controls with replication in an additional 1,467 IPF cases and 11,874 controls. Polygenic risk scores were used to assess the collective effect of variants not reported as associated with IPF. Main results: We identified and replicated three new genome-wide significant (P<5×10−8) signals of association with IPF susceptibility (near KIF15 , MAD1L1 and DEPTOR ) and confirm associations at 11 previously reported loci. Polygenic risk score analyses showed that the combined effect of many thousands of as-yet unreported IPF risk variants contribute to IPF susceptibility. Conclusions: Novel association signals support the importance of mTOR signalling in lung fibrosis and suggest a possible role of mitotic spindle-assembly genes in IPF susceptibility.

Transforming growth factor-β1 (TGFβ1) is the key pro-fibrotic cytokine implicated in the interstitial lung diseases (ILD), including idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), but the primary source of TGFβ1 in these diseases is unknown. Platelets have abundant TGFβ1 stores, however their role in IPF is ill-defined. We sought to investigate whether platelets or platelet-derived TGFβ1 mediate IPF disease progression. ILD/IPF and non-ILD patients were recruited to determine platelet reactivity and followed for mortality. To study whether platelet-derived TGFβ1 modulates pulmonary fibrosis, mice with a targeted deletion of TGFβ1 in megakaryocytes and platelets (TGFβ1fl/fl.PF4-Cre) were used in the bleomycin-induced PF model. We found a significantly higher mortality in IPF patients with elevated platelet counts, along with significantly increased platelets, neutrophils, TGFβ1 and CCL5 in the lung and bronchoalveolar lavage (BAL) of ILD patients. Despite platelets being readily detected within the lungs of bleomycin-treated mice, neither the degree of pulmonary inflammation or fibrosis were significantly different between TGFβ1fl/fl.PF4-Cre and control mice. Our results demonstrate for the first-time that platelet-derived TGFβ1 is redundant in driving pulmonary fibrosis in an animal model. However, platelets can predict mortality in IPF implicating other platelet-derived mediators, such as CCL5, in promoting human IPF disease.