Undersøgelse af de metaboliske og lipidomiske profiler, der er forbundet med forskellige kvaliteter af diabetisk makulopati og retinopati i det sydlige Wales (IMLADRIS)

Indledning

Diabetisk retinopati (DR) lægger en enorm byrde for oftalmiske kliniske tjenester i hele verden som en af ​​de førende årsager til reduceret syn hos voksne i den erhvervsaktive alder [1,2]. Dette vil kun forværres, når befolkningen vokser med estimater af 700 millioner patienter over hele verden i 2045, med stigning i mennesker med DR fra anslået 103 millioner i 2020 til 160 millioner i 2045 [3]. Patofysiologien af ​​DR er dårligt karakteriseret, og selvom vi forstår nogle aspekter af sygdomsprocessen, forbliver nogle uudforskede.

Tidligt i udviklingen af ​​DR er der en nedbrydning af blodretinalbarrieren med tab af pericytter. Dette muliggør lækage af vaskulære bestanddele i nethinden og også strømmen af ​​metaboliske markører fra nethindevæv til den systemiske cirkulation [4]. Der er en række aspekter af denne proces, der berettiger yderligere undersøgelse fra et perspektiv af de metaboliske forstyrrelser, der opstår, og hvad der muligvis driver dem.

Tidligt i udviklingen af ​​DR er der forstyrrelse af autoregulering af blodstrøm til nethinden med en tilsyneladende forstyrrelse i argininmetabolisme, som det afspejles i serummetabolomisk analyse [5,6]. Dette bevis og bevis for efterfølgende ændringer i fedtsyreoxidation såvel som kompleks lipidsyntese er afledt af dyremodeller og små populationsundersøgelser i meget specifikke etniske kohorter, såsom PIMA -indianerne i USA [5,7]. Derudover ser det ud til at være begrænset bevis for en effekt på purinmetabolismen, som er afgørende for phosphocholin og phosphatidylethanolaminsyntese [8].

Sammen med forstyrrelse i syntese af disse afgørende lipider forstyrres ceramidmetabolismen med en reduktion i "probarrieren", meget lange kæde ceramider og øget produktion af kortere kæde "pro-apoptotiske" ceramider [9-12]. Dette tilvejebringer et link til den potentielle terapeutiske fordel ved fenofibrat, som er vist i store undersøgelser for at have en fordelagtig effekt på DR uafhængigt af dens virkninger på serumlipoprotein (LDL) i serum (LDL) [9,13]. Dette postuleres for potentielt skyldes ændret ceramidmetabolisme og syntese, en proces, der er veletableret til at blive forstyrret hos mennesker med diabetes [14].

Alle disse beviser giver indsigt i nogle små områder af dysreguleret lipidmetabolisme og funktion inden for nethinden, men et mere sammenhængende billede er påkrævet for virkelig at forstå rollen i potentiel biomarkørudvikling samt forstå de potentielt mekanistiske roller forstyrret lipidmetabolisme kan spille i forbindelse med DR.

Et voksende interesseområde er samspillet mellem tarmmikrobiomet og nethindesygdom. I dette nye felt er der nogle beviser for, at forfatningen af ​​tarmmikrobiomet kan påvirke den nethindepatologi, som individer udvikler gennem et komplekst samspil mellem cirkulerende faktorer. Når en sådan faktor er metabolitten af ​​en galdesyre tauroursodeoxycholsyre (TUDCA) [15-18]. Dette virker på Takeda G-protein-koblet receptor 5 (TGR5) -receptor udtrykt i nethinden og har nogle beviser for, at det reducerer adgangen til inflammatoriske celler til nethinden, der beskytter den mod DR-udvikling og konservering af fotoreceptorer [15-18]. Beviserne er imidlertid lidt ringe, og der er ikke en fuldstændig forståelse af, hvordan denne effekt kan forekomme, og hvis den virkelig er reproducerbar i forskellige eksperimentelle miljøer.

Som en del af denne undersøgelse har vi til formål at undersøge ændringerne i lipider inden for blodet, der kan afspejle skadelige ændringer i retinal lipidmetabolisme, som ikke kun skyldes, men også bidrager til tabet af integriteten af ​​blodretningen, og hvordan dette kan blive påvirket af cirkulerende markører, der er forbundet med ændret tarmmikrobiomehængerne, som har bevis for at påvirke udviklingen af ​​DR og LIPID metabolism.

Baggrund

DR udgør en stor udfordring for klinisk praksis og levering af folkesundhed fra lav- og mellemindkomstlandene til lande med høj indkomst som Det Forenede Kongerige [1]. Som sådan har enhver indsigt i mekanistiske veje, der måtte udnyttes til at behandle DR på et tidligere tidspunkt, potentielt give stor fordel ved at lindre sundhedsvæsenets systemer hos en enorm mængde patienter, der kræver mere intensiv behandling med en større byrde af opfølgningspleje.

Vital for udviklingen af ​​enhver vellykket ny terapi eller biomarkør er en grundig forståelse af de grundlæggende patofysiologiske mekanismer, som sygdommen initierer og udvikler sig. I øjeblikket er der god forståelse af visse aspekter af DR, såsom den rolle, som vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF) ved at drive proliferativ ændring og øget karpermeabilitet, der ligger til grund for diabetisk makulær ødem (DMO) [19]. Imidlertid forstås relativt lidt om de metaboliske ændringer, der forekommer i nethinden for at drive produktionen af ​​VEGF.

Grundlæggende er det veletableret, at dårlig glykæmisk kontrol disponerer for værre DR [20,21]. Imidlertid tegner denne variation i hæmoglobin A1C (HBA1C) sandsynligvis kun kun ca. 6,6% af risikoen for at udvikle visioner, der truer DR [5,22]. Det er vigtigt, at vi bedre forstår den uforklarlige risiko for at yde bedre tidlig pleje af dem med DR.

I øjeblikket har vi en håndfuld undersøgelser af ændringerne i lipidmetabolisme hos dem med DR og flere undersøgelser i murine modeller [7,7,9-12,18]. På nuværende tidspunkt danner dette ikke et sammenhængende billede af, hvilke lipidveje der virkelig forstyrres og kan godt understøtte de tidlige ændringer i DR. I tidligere undersøgelser er det blevet postuleret, at kompleks sphingolipid og ceramidmetabolisme til dels afspejler forskelle i dem med og uden DR [7,10,11]. Dette er imidlertid ikke blevet gentaget i forskellige grupper af patienter og ikke valideret i en anden population.

Ligeledes er der et antal undersøgelser, der undersøger tarmmikrobiomets rolle i nethindesygdomme [16,23-26]. Der er et endnu mindre antal, der fokuserer på tarmmikrobiomdiversitet og DR -udvikling [26,27]. Af afgørende betydning ser det ud til at være nogle gode beviser for, at tarmmikrobiomet kan påvirke udviklingen af ​​DR via endnu dårligt definerede veje [27].

Vores foreslåede undersøgelse har til formål at undersøge ændringerne i lipidmetabolisme hos mennesker med forskellige kvaliteter af DR, med denne viden vil vi være i stand til bedre at forstå, hvordan disse ændringer kan disponere individer til at udvikle forskellige kvaliteter af DR, og potentielt give nye terapeutiske mål for fremtidig indgriben.

Forskningsspørgsmål

Er der blodplasmalipider, der muligvis afspejler forskellige stadier af DR, der potentielt fungerer som en biomarkør for at guide screening og give mekanistisk indsigt i PATHYSIOLOGY AF DR?

Undersøgelsesoversigt

Mål og mål

Primært mål

- At undersøge serumlipidomet hos mennesker med forskellig sværhedsgrad af Dr.

Sekundære mål

• At sammenligne de lipidomiske markører hos dem med og uden diabetisk makulopati for at få potentiel mekanistisk indsigt
• At undersøge interaktionen mellem cirkulerende markører, der er forbundet med mikrobiomet, og hvordan det kan påvirke lipidmetabolismen i nethinden og sværhedsgraden af ​​DR udtrykt af et individ
• At kortlægge lipidmetabolismeveje, der kan bidrage til udvikling af forskellige kvaliteter af DR

Metode

Undersøgelsestype

Observations case-control-undersøgelse

Undersøgsoversigt

Observationscasekontrolundersøgelse, der sammenligner lipidomisk, og metabolomiske profiler hos mennesker med diabetes og forskellige grader af DR og DMO som beskrevet nedenfor. De vil blive screenet og rekrutteret via rutinemæssig klinikdeltagelse og identifikation fra vores nuværende klinikdatabase over DR -patienter. De får oplysninger om undersøgelsen inden samtykke.

Efter disse data indsamles fra deres sagsregistre, herunder grundlæggende demografiske data, medicinsk historie, aktuel terapi for diabetes og detaljer om deres oftalmiske diagnose, herunder relevante parametre fra optisk kohærens tomografi (OLT) -scanninger og klinisk undersøgelse inklusive logaritme i minimumsvinklen (logmar) visuel skarphed. De vil tilvejebringe serum og urinprøver. For at minimere undersøgelsen af ​​undersøgelsen for deltagerne og de yderligere omkostninger, der er impliceret, vil denne prøvekollektion blive taget ved rutinemæssige klinikbesøg, hvor det er muligt af medlemmer af forskerteamet inden for Prince Philip Hospital (PPH).

Deltagerne vil have alle datapseudo-anonymiserede om indsamling med en database med identificerbare oplysninger og udpegede studie-ID'er, der opbevares i undersøgelsesfilen inden for HDDUHB på et låst sikkert kontor. Da det er en observationskontrolundersøgelse, vil der ikke være nogen randomisering, og blinding vil kun forekomme i prøvebehandlings- og analysestadiet, og forskerteamet på HDDUHB vil kun have adgang til de pseudo-anonyerede data.

Undersøgelsespopulationer, udvælgelse af emner, rekruttering og studieplan

Retrospektiv potentiel deltageridentifikation og rekruttering:

Kvalificerede patienter vil blive identificeret fra sagsregistre af Direct Care-teamet fra HDDUHB allerede eksisterende DR-database og andre kliniske kilder, herunder klinikdeltagelsesregistre. Inkludering af forskningssygeplejerskerne som en del af forskningsleveringsteamet giver mulighed for mere effektiv organisering af undersøgelsesbesøg, herunder informeret samtykke og stikprøveopsamling af forskningssygeplejerskerne som en del af undersøgelsen omkring normal klinikdeltagelse. Dette forbedrer effektiviteten af ​​organisering af undersøgelsesbesøg omkring klinikbesøg. Dette blev drøftet med patienter med diabetes, der var enige om, at dette var en acceptabel og foretrukken tilgang til at gøre det så let for dem som muligt at få arrangeret prøvekollektion.

Disse patienter vil blive kontaktet på en ad hoc -proces via invitation brev og deltagerinformationsark (PIS) og de mest opdaterede GDPR -indlægsseddel til patienter fra HDDUHB F & U -afdelingen. Dette vil blive fulgt op af forskerteamet med et telefoninterview fra F & U -sygeplejerskerne. Dette vil overholde telefonscreeningsplanen (se appendiks), hvis deltageren kommunikerer deres vilje til at deltage. Dette "interview" vil stort set omfatte kontrol af en potentiel deltager vilje til at deltage, en vurdering af deres berettigelse og organisering af undersøgelsesbesøg - dette vil ikke være en del af forskningsdataindsamlingen. Hvis de ønsker at blive inkluderet i undersøgelsen, arrangeres et besøg på F & U -afdelingen omkring deres standardklinikdeltagelse. Dette besøg vil være til yderligere vurdering af støtteberettigelse inden informeret samtykke og prøveindsamling.

Potentiel rekruttering:

Patienter, der deltager i medicinske nethindeklinikker med nyligt diagnosticeret DR i forskellige grader eller DMO, vil blive sendt et PI'er, den mest ajourførte GDPR -folder for patienter fra HDDUHB F & U -afdelingen og invitation brev inden deltagelse på klinikken. Gennemgangsklinikeren vil derefter diskutere undersøgelsen med patienten og invitere dem til at deltage inden klinisk gennemgang. I tilfælde af en berettiget patient, der er en ny sag, der er identificeret på dagen, kan klinikeren introducere undersøgelsen og give PIS og invitation til patienten, mens den afventer OLT -scanninger og klinisk gennemgang. Klinikeren vil derefter dele de potentielle deltagere detaljer med forskningsleveringsteamet for at arrangere undersøgelsesbesøg, herunder yderligere støtteberettigelsesvurdering, informeret samtykke og stikprøveindsamling.

Derudover vil der være plakater, der offentliggør undersøgelsen, der er sendt inden for PPH, som vil indeholde kontaktoplysninger for studieteamet, så interesserede potentielle deltagere kan kontakte studieteamet. Efter dette vil de modtage invitationens brev og PI'er, som vil blive efterfulgt af et telefonopkald fra forskningsleveringsteamet for at vurdere støtteberettigelse og planlægning af deres studiedeltagelse.

Dette er beskrevet i følgende flowdiagram:

Samtykke leveres under deltagelse af F & U -afdelingen, hvis personen accepterer at deltage og opfylder inkluderings- og ekskluderingskriterierne.

Vi sigter mod at rekruttere 14-20 patienter i de grupper, der er defineret nedenfor i afsnit 2.2.4, Dette ville tilfredsstille effektberegningerne, der er beskrevet nedenfor.

Kriterier for støtteberettigelse

Inkluderingskriterier vil være:

Diagnose af type 2 -diabetes mellitus mand eller kvinde i alderen 18 - 80 inklusive

Ekskluderingskriterier vil være:

Deltager, der ikke er i stand til eller uvillig til at samtykke til inkludering i undersøgelsen forudgående behandling med intravitrealbehandlinger for DMO -potentielle deltager med en kendt infektionssygdom, der kan sætte studieteamet i fare (f.eks. TB, HIV, hepatitis) alder 17 år eller mindre eller 81 år eller ældre kendt underliggende genetisk tilstand, der påvirker lipidmetabolismen

Deltagerne vil blive tildelt til en af ​​seks grupper, baseret på deres forskellige kvaliteter af diabetisk øjensygdom som beskrevet nedenfor:

Gruppe 1 - Ingen diabetisk retinopati eller makulopati Gruppe 2 - Mild forproliferativ DR -gruppe 3 - Moderat præ -proliferativ DR -gruppe 4 - Alvorlig præ -proliferativ DR -gruppe 5 - Proliferativ DR -gruppe 6 - DMO med nogen grad af DR og ingen forudgående behandling

Effektberegning

Effektberegning

For det primære resultat af lipidomiske markører har vi baseret vores beregninger på tre tidligere undersøgelser. Den første er Yun et al., 2020, som demonstrerede ændrede koncentrationer af acylcarnitin C16 (AC (C16: 0). Her var AC (C16: 0) i gennemsnit 0,35 μm lavere hos dem med DR end dem uden (gennemsnit ± standardafvigelse: 0,125 ± 0,025 μm mod 0,09 μm). Den anden undersøgelse er den af ​​He et al., 2024, der sammenligner forskellige lipider mellem dem med T2DM og DR versus dem med T2DM og NO DR. I således undersøgelse af dem med T2DM og DR demonstrerede ceramid (D18: 0/24: 0) (CER (D18: 0/24: 0)) på 22,36 log2 omdannede data til 23,00 hos dem uden DR med en standardafvigelse på ca. 0,5 log2 -enheder.

Brug af nedenstående formel til beregning af prøvestørrelser:

n = 2 [(z_α+z_π)^2/{((μ_obs-μ_con))/σ}^2]

Hvor Z er fra den standardiserede normale fordeling, der repræsenterer betydning og magt. Vi indstiller signifikansniveauet på 5% (chance for en type I -fejl), z_α = 1,96. Vi indstiller strømmen (π) til 90% (100% - β, chancen for en type II -fejl), der giver Z_π = 1,282.

Dette genererede en gruppestørrelse på 11 for AC (C16: 0) og 13 for CER (D18: 0/24: 0). Således skal grupper på mindst 14 tilvejebringe tilstrækkelig strøm baseret på ovenstående beregninger.

Statistisk analyseplan

Statistisk analyse Databehandling: Brug af standardprotokoller, der allerede er etableret i JLGs gruppe ved hjælp af standardiseret dataekstraktion og normalisering til lipidomisk og metabolomisk teknik Software: Pychem, Umetrics Simca, R Studio, Metaboanalyst 3.0 og Roccet. Dataanalyse: Egnet univariat tovejs ANOVA til parametriske data og Kruskal-Wallis-test til ikke-parametriske data vil blive brugt til statistisk test af passende kliniske parametre. Multivariat statistisk analyse inklusive PLS-DA og heirachisk klynge-analyse af metaboliske netværk udføres til lipidomiske og metabolomiske data. Regressionsanalyse vil blive brugt til analyse af kliniske parametre og potentielle biomarkører. Modtagerens driftskarakteristiske kurveanalyse vil blive brugt til vurdering af deres præstation til at diskriminere forskellige sværhedsgrader af DR og DMO.

Betydningsgrænse: P <0,05 med korrektioner for falske opdagelsesrater.

Undersøgelsesresultater

Undersøgelsesresultatet vil være afsluttet analyse af cirkulerende lipider for at give indsigt i, om der er nogen ændringer i systemiske cirkulerende lipider og metabolitter, der kan være forbundet med DR og potentielt tilvejebringe en forklarende mekanisme til ekspression af differentiel sygdom hos forskellige individer.

Tidsplan

Undersøgelsen vil ansøge om HDDUHB -sponsorering via Research Quality and Sponsorship Group (RQSG) i oktober 2024 med henblik på at fortsætte til NHS REC og HRA/HCRW Review i november/december 2024. Porteføljestatus vurderes som en del af HRA/HCRW -gennemgangen. Efter godkendelser og lokal opsætning er måldatoen for påbegyndelse af rekruttering januar 2025 med studiebesøg, der begynder fra midten af ​​januar 2025 i op til 12 måneder til januar 2026. Analyse vil forekomme fra juli 2025 og færdiggørelse af resultater og indsendelse til offentliggørelse fra april 2026 med løbende analyse af blodplasma og urinmetabolitter og lipider indtil januar 2030 kun til denne undersøgelse heri. Retentionstiden er længere end den indledende analyse, så enhver re-analyse kan udføres, hvis der skal være nogen uoverensstemmelse i resultaterne eller for at validere undersøgelsens fund. Når denne analyse er afsluttet prøver vil blive ødelagt, kan dette være før januar 2030.

Afslutningen af ​​undersøgelsen defineres som afsluttet af alle undersøgelsesbesøg og færdiggørelse af alle metabolomiske og lipidomiske analyser på indsamlede prøver.

Publikationspolitik

Resultaterne vil blive indsendt til peer review publikation og præsentation på konferencer til formidling. I ethvert tilfælde af offentliggørelse eller præsentation offentliggøres kun anonymiserede oplysninger, hvorfra ingen individuel deltager vil være identificerbar fra de grupperede data. Der vil ikke være nogen individuelle casestudier eller offentliggørelse af data, der muliggør identifikation af enhver frivillig. Til offentliggørelsesformål vil Francis Sanders være den første forfatter, Rebecca Thomas, den anden forfatter, Colm McAnden den tredje forfatter, Julian Griffin Penultimate forfatter og Eirini Skiadaresi den sidste forfatter. Enhver rapport vil blive delt med undersøgelsessponsoren, HDDUHB, HCRW og alt samarbejdsteamet, og alle deltagere får mulighed for at modtage en kopi af offentliggjorte rapporter.

Ejerskab af de data, der stammer fra denne undersøgelse, er bosiddende hos studieteamet og deres respektive arbejdsgivere. Enhver intellektuel ejendom, der opstår som et resultat af denne undersøgelse, vil blive delt mellem undersøgelsesbidragere i overensstemmelse med deres proportionelle bidrag.