Severe or therapy-resistant asthma is increasingly recognised as a major unmet need. A Task Force, supported by the European Respiratory Society and American Thoracic Society, reviewed the definition and provided recommendations and guidelines on the evaluation and treatment of severe asthma in children and adults. A literature review was performed, followed by discussion by an expert committee according to the GRADE (Grading of Recommendations, Assessment, Development and Evaluation) approach for development of specific clinical recommendations. When the diagnosis of asthma is confirmed and comorbidities addressed, severe asthma is defined as asthma that requires treatment with high dose inhaled corticosteroids plus a second controller and/or systemic corticosteroids to prevent it from becoming “uncontrolled” or that remains “uncontrolled” despite this therapy. Severe asthma is a heterogeneous condition consisting of phenotypes such as eosinophilic asthma. Specific recommendations on the use of sputum eosinophil count and exhaled nitric oxide to guide therapy, as well as treatment with anti-IgE antibody, methotrexate, macrolide antibiotics, antifungal agents and bronchial thermoplasty are provided. Coordinated research efforts for improved phenotyping will provide safe and effective biomarker-driven approaches to severe asthma therapy.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by chronic airway inflammation that is greater in patients with advanced disease. We asked whether there is a link between the severity of disease and the reduction in histone deacetylase (HDAC) activity in the peripheral lung tissue of patients with COPD of varying severity. HDAC is a key molecule in the repression of production of proinflammatory cytokines in alveolar macrophages.

We have investigated the ability of dexamethasone to regulate interleukin-1β (IL-1β)-induced gene expression, histone acetyltransferase (HAT) and histone deacetylase (HDAC) activity. Low concentrations of dexamethasone (10−10 M) repress IL-1β-stimulated granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) expression and fail to stimulate secretory leukocyte proteinase inhibitor expression. Dexamethasone (10−7 M) and IL-1β (1 ng/ml) both stimulated HAT activity but showed a different pattern of histone H4 acetylation. Dexamethasone targeted lysines K5 and K16, whereas IL-1β targeted K8 and K12. Low concentrations of dexamethasone (10−10 M), which do not transactivate, repressed IL-1β-stimulated K8 and K12 acetylation. Using chromatin immunoprecipitation assays, we show that dexamethasone inhibits IL-1β-enhanced acetylated K8-associated GM-CSF promoter enrichment in a concentration-dependent manner. Neither IL-1β nor dexamethasone elicited any GM-CSF promoter association at acetylated K5 residues. Furthermore, we show that GR acts both as a direct inhibitor of CREB binding protein (CBP)-associated HAT activity and also by recruiting HDAC2 to the p65-CBP HAT complex. This action does not involve de novo synthesis of HDAC protein or altered expression of CBP or p300/CBP-associated factor. This mechanism for glucocorticoid repression is novel and establishes that inhibition of histone acetylation is an additional level of control of inflammatory gene expression. This further suggests that pharmacological manipulation of of specific histone acetylation status is a potentially useful approach for the treatment of inflammatory diseases.

Glucocorticoids are the most effective antiinflammatory agents for the treatment of chronic inflammatory diseases even though some diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD), are relatively glucocorticoid insensitive. However, the molecular mechanism of this glucocorticoid insensitivity remains uncertain. We show that a defect of glucocorticoid receptor (GR) deacetylation caused by impaired histone deacetylase (HDAC) 2 induces glucocorticoid insensitivity toward nuclear factor (NF)-κB–mediated gene expression. Specific knockdown of HDAC2 by RNA interference resulted in reduced sensitivity to dexamethasone suppression of interleukin 1β–induced granulocyte/macrophage colony-stimulating factor production. Loss of HDAC2 did not reduce GR nuclear translocation, GR binding to glucocorticoid response element (GRE) on DNA, or GR-induced DNA or gene induction but inhibited the association between GR and NF-κB. GR becomes acetylated after ligand binding, and HDAC2-mediated GR deacetylation enables GR binding to the NF-κB complex. Site-directed mutagenesis of K494 and K495 reduced GR acetylation, and the ability to repress NF-κB–dependent gene expression becomes insensitive to histone deacetylase inhibition. In conclusion, we show that overexpression of HDAC2 in glucocorticoid-insensitive alveolar macrophages from patients with COPD is able to restore glucocorticoid sensitivity. Thus, reduction of HDAC2 plays a critical role in glucocorticoid insensitivity in repressing NF-κB–mediated, but not GRE-mediated, gene expression.

The molecular mechanism for the anti-inflammatory action of theophylline is currently unknown, but low-dose theophylline is an effective add-on therapy to corticosteroids in controlling asthma. Corticosteroids act, at least in part, by recruitment of histone deacetylases (HDACs) to the site of active inflammatory gene transcription. They thereby inhibit the acetylation of core histones that is necessary for inflammatory gene transcription. We show both in vitro and in vivo that low-dose theophylline enhances HDAC activity in epithelial cells and macrophages. This increased HDAC activity is then available for corticosteroid recruitment and predicts a cooperative interaction between corticosteroids and theophylline. This mechanism occurs at therapeutic concentrations of theophylline and is dissociated from phosphodiesterase inhibition (the mechanism of bronchodilation) or the blockade of adenosine receptors, which are partially responsible for its side effects. Thus we have shown that low-dose theophylline exerts an anti-asthma effect through increasing activation of HDAC which is subsequently recruited by corticosteroids to suppress inflammatory genes.

U-BIOPRED is a European Union consortium of 20 academic institutions, 11 pharmaceutical companies and six patient organisations with the objective of improving the understanding of asthma disease mechanisms using a systems biology approach. This cross-sectional assessment of adults with severe asthma, mild/moderate asthma and healthy controls from 11 European countries consisted of analyses of patient-reported outcomes, lung function, blood and airway inflammatory measurements. Patients with severe asthma (nonsmokers, n=311; smokers/ex-smokers, n=110) had more symptoms and exacerbations compared to patients with mild/moderate disease (n=88) (2.5 exacerbations versus 0.4 in the preceding 12 months; p<0.001), with worse quality of life, and higher levels of anxiety and depression. They also had a higher incidence of nasal polyps and gastro-oesophageal reflux with lower lung function. Sputum eosinophil count was higher in severe asthma compared to mild/moderate asthma (median count 2.99% versus 1.05%; p=0.004) despite treatment with higher doses of inhaled and/or oral corticosteroids. Consistent with other severe asthma cohorts, U-BIOPRED is characterised by poor symptom control, increased comorbidity and airway inflammation, despite high levels of treatment. It is well suited to identify asthma phenotypes using the array of “omic” datasets that are at the core of this systems medicine approach.

This document provides clinical recommendations for the management of severe asthma. Comprehensive evidence syntheses, including meta-analyses, were performed to summarise all available evidence relevant to the European Respiratory Society/American Thoracic Society Task Force's questions. The evidence was appraised using the GRADE (Grading of Recommendations, Assessment, Development and Evaluation) approach and the results were summarised in evidence profiles. The evidence syntheses were discussed and recommendations formulated by a multidisciplinary Task Force of asthma experts, who made specific recommendations on six specific questions. After considering the balance of desirable and undesirable consequences, quality of evidence, feasibility, and acceptability of various interventions, the Task Force made the following recommendations: 1) suggest using anti-interleukin (IL)-5 and anti-IL-5 receptor α for severe uncontrolled adult eosinophilic asthma phenotypes; 2) suggest using a blood eosinophil cut-point ≥150 μL −1 to guide anti-IL-5 initiation in adult patients with severe asthma; 3) suggest considering specific eosinophil (≥260 μL −1 ) and exhaled nitric oxide fraction (≥19.5 ppb) cut-offs to identify adolescents or adults with the greatest likelihood of response to anti-IgE therapy; 4) suggest using inhaled tiotropium for adolescents and adults with severe uncontrolled asthma despite Global Initiative for Asthma (GINA) step 4–5 or National Asthma Education and Prevention Program (NAEPP) step 5 therapies; 5) suggest a trial of chronic macrolide therapy to reduce asthma exacerbations in persistently symptomatic or uncontrolled patients on GINA step 5 or NAEPP step 5 therapies, irrespective of asthma phenotype; and 6) suggest using anti-IL-4/13 for adult patients with severe eosinophilic asthma and for those with severe corticosteroid-dependent asthma regardless of blood eosinophil levels. These recommendations should be reconsidered as new evidence becomes available.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a common chronic inflammatory disease of the lungs with little or no response to glucocorticoids and a high level of oxidative stress. Histone deacetylase (HDAC) activity is reduced in cells of cigarette smokers, and low concentrations of theophylline can increase HDAC activity. We measured the effect of theophylline on HDAC activity and inflammatory gene expression in alveolar macrophages (AM) from patients with COPD. AM from normal smokers showed a decrease in HDAC activity compared with normal control subjects, and this was further reduced in COPD patients (51% decrease, P &lt; 0.01). COPD AMs also showed increased basal release of IL-8 and TNF-α, which was poorly suppressed by dexamethasone. Theophylline induced a sixfold increase in HDAC activity in COPD AM lysates and significantly enhanced dexamethasone suppression of induced IL-8 release, an effect that was blocked by the HDAC inhibitor trichostatin A. Therefore, theophylline might restore steroid responsiveness in COPD patients.

Exhaled nitric oxide (Feno ) has been proposed as a noninvasive marker of airway inflammation in asthma, and may reflect airway eosinophilia. We examined the relationship between Feno and eosinophilic inflammation in endobronchial biopsies from 31 children with difficult asthma (mean age [range] 11.9 [6–17] yr), following 2 wk of prednisolone (40 mg/d). Endobronchial biopsy was also performed in seven children without asthma. Biopsy eosinophils were detected using antibody to major basic protein, and point-counting used to derive an “eosinophil score.” Feno readings and suitable biopsies for analysis were both obtained in 21 of 31 children with asthma. Adherence to prednisolone was demonstrated in 17 of these 21. Within this group, there was a correlation between Feno and eosinophil score (r = 0.54, p = 0.03). The relationship was strongest in patients with persistent symptoms after prednisolone, in whom Feno > 7 ppb was associated with a raised eosinophil score. For all patients, Feno < 7 ppb was associated with an eosinophil score within the nonasthmatic range, regardless of symptoms. We propose that Feno is associated with eosinophilic inflammation in children with difficult asthma, following prednisolone, and may help in identifying patients in whom persistent symptoms are associated with airway eosinophilia.

SPECIFIC AIMSGlucocorticoidsact, at least in part, through recruitment of histone deacetylases (HDACs) to sites of inflammatory gene transcription. In this study we show that cigarette smoke, an oxidative stress, decreased HDAC activity in human biopsies and macrophages in vivo. This reduced activity correlated with enhanced induction of inflammatory cytokines and a reduction in glucocorticoid responsiveness in vitro.PRINCIPAL FINDINGS1. HAT and HDAC expression in bronchial biopsies and alveolar macrophages.The histone acetyltransferases (HATs) CBP and HDAC1 and HDAC2 are localized within the airway to all cells with the most intense staining within the epithelium and inflammatory cells. Smoking did not affect the site of the expression of any of these proteins. Western blot analysis detected no difference in the expression of CBP or PCAF between the two groups. In contrast, there was a decrease in HDAC2 expression (0.63±0.02 vs. 0.37±0.06 OD units, P<0.01), but not HDAC1 (0.55±0.07 versus 0.55±0.10 OD un...