Ulinastatin reducerer postoperative lungekomplikationer ved hjertekirurgi

Trin Ⅰ: Retrospektiv kohortestudie af intraoperativ ulinastatin og PPC-risiko Dette studieafsnit er designet som en retrospektiv, multicentrisk observationsundersøgelse, der omfatter voksne patienter, som gennemgik elektiv hjertekirurgi på tre medicinske centre - specifikt Tongji Guanggu Hospital, Tongji Zhongfa Hospital og Tongji Hankou Hospital, alle beliggende i Wuhan, Kina - mellem januar 2014 og december 2022. På grund af studiets retrospektive design var stikprøvestørrelsen forudbestemt[14].

Deltagere Voksne patienter, der gennemgik elektiv hjertekirurgi, herunder åben hjerteklapreparation, klapudskiftning med hjerte-lunge-maskine og off-pump koronar bypass-kirurgi, blev screenet for egnethed i rækkefølge. Eksklusionskriterier var som følger: (1) alder < 18 år; (2) gravide kvinder; (3) tidligere hjertekirurgi før den aktuelle indlæggelse; (4) tilstedeværelse af akutte luftvejssygdomme før operation, såsom luftvejsinfektioner, respiratorisk insufficiens, pleural effusion, atelektase, pneumothorax, bronkospasme og lungebetændelse; (5) administration af ulinastatin-behandling før hjertekirurgi under den aktuelle indlæggelse; (6) Lægemidlet ulinastatin blev anvendt under operationen, med en total intraoperativ dosis på mindre end 50.000 U; (7) tidligere malignitet eller knoglemarvstransplantation.

Variable Den primære eksponering var intraoperativ ulinastatin-administration, defineret ved: (1) dosis: total intraoperativ dosis (≥50.000 U); (2) timing: første administration ved anæstesiinduktion vs. under hjerte-lunge-maskine; (3) administrationsvej: intravenøs dråbe.

Demografiske karakteristika inkluderede alder, køn og rygestatus, alle fastlagt ved indlæggelse. Kliniske komorbiditeter blev dokumenteret baseret på kliniske diagnoser i patientjournaler, herunder hypertension, diabetes, kroniske lungesygdomme (kronisk obstruktiv lungesygdom, astma, kronisk bronkitis, bronkiektasier) og kronisk nyresvigt. Præoperative laboratorieindikatorer for patienter bestod af vene-blodprøveresultater opnået inden for 24 timer efter indlæggelse, herunder hvide blodlegemer og hæmoglobinkoncentration.

Baseret på tidligere litteratur og biologisk plausibilitet inkluderede målte forvirringsfaktorer variable kendt for eller formodet at påvirke risikoen for PPC. Disse kovariater omfattede alder, køn, body mass index (BMI), præoperativt hæmoglo-binniveau, præoperativt antal hvide blodlegemer, præoperativt blodtryk og komorbiditeter. Alle kovariater var forudspecificerede og inkorporeret i en multivariat justeringsmodel for at håndtere baseline-uoverensstemmelser og mindske forvirringspåvirkning i vurderingen af kliniske resultater.

Resultater Det primære resultat var udviklingen af PPC inden for 7 dage postoperativt eller før hospitalsudskrivelse. Diagnosekriterierne for PPC var baseret på definitionerne skitseret i European Perioperative Clinical Outcome definitioner, publiceret i fællesskab af European Society of Anaesthesiology og European Society of Intensive Care Medicine i 2015. I nærværende studie inkluderede PPC luftvejsinfektioner, respiratorisk insufficiens, pleural effusion, atelektase, bronkospasme og aspirationspneumoni. Bemærkelsesværdigt, da thorakotomi er en standardkomponent i hjertekirurgi og postoperativ pneumothorax således er en almindelig procedursekvel, blev postoperativ pneumothorax ekskluderet fra definitionen af PPC i dette studie.

Sekundære resultater inkluderede postoperativ delirium og hospitalsdødelighed af alle årsager. For postoperativ deliriumdiagnose blev to kriterier anvendt: (1) en dokumenteret postoperativ deliriumdiagnose blev betragtet som bekræftet og accepteret som gyldig; (2) i fravær af en indledende postoperativ deliriumdiagnose gennemså dataudtrækkere kliniske journaler retrospektivt for tegn på delirium. Kriterierne for retrospektiv postoperativ deliriumdiagnose var i overensstemmelse med de tilpassede supplerende diagnosekriterier fra Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 5. udgave (DSM-5) for delirium[7]. Hospitalsdødelighed af alle årsager blev defineret som hospitalsdød fra enhver årsag efter operation.

Bias Flere strategier blev implementeret gennem hele studiet for at mindske potentiel bias. Klinisk dataudtrækning blev udført uafhængigt af to trænede forskere i overensstemmelse med en standardiseret protokol, ved hjælp af information hentet fra elektroniske patientjournaler. Afvigelser blev afgjort af en tredje senior gennemganger for at sikre datakonsistens og nøjagtighed. Kliniske resultater blev fastlagt af et uafhængigt klinisk forskningsteam, der var blindet for eksponeringsdata, hvilket yderligere reducerede informationsbias. Foruddefinerede forvirringsvariable, identificeret baseret på biologisk plausibilitet og tidligere evidens, blev inkorporeret i multivariate modeller for at kontrollere for forvirringspåvirkning.

Trin Ⅱ: Netværksfarmakologibaseret forudsigelse og molekylær docking-simulering For at undersøge de molekylære mekanismer bag reduktionen af PPC ved ulinastatin hos hjertekirurgipatienter anvender dette afsnit en integreret tilgang, der kombinerer netværksfarmakologi og molekylær docking.

Sygdomstargetindsamling og standardisering

Disse targets omfattede seks centrale PPC-relaterede kliniske tilstande, med respektive targetantal som følger: Luftvejsinfektioner (n = 14.411); Aspirationspneumoni (n = 4.033); Lungeatelektase (n = 1.107); Pleural effusion (n = 2.282); Bronkospasme (n = 7.293); og Respiratorisk insufficiens (n = 12.467). For at sikre konsistens i targetnavne blev alle targetgennavne standardiseret ved hjælp af UniProt-databasen. Ved at screene for overlappende gener i de ovennævnte datasæt blev co-eksprimerede gener identificeret, som blev betragtet som molekylære mediatorer, der forbinder ulinastatin til potentielle patofysiologiske mekanismer for PPC.

Funktionel berigelsesanalyse For at klarlægge de biologiske funktioner af co-eksprimerede gener og deres deltagelse i signaleringskaskader blev Gene Ontology (GO) berigelsesanalyse og Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway-analyse udført parallelt[17, 18]. En statistisk tærskel på justeret P-værdi < 0,05 blev anvendt for at sikre robustheden og funktionelle relevans af berigelsesresultaterne.

Potentielt targetproteinlokalisering Ekstracellulært sekreterede proteiner blev udvalgt, fordi ulinastatin, som et bredspektret proteasehæmmer, udøver sine biologiske effekter primært i den ekstracellulære rum; således blev kun ekstracellulære targets betragtet for at sikre biologisk plausibilitet mellem ulinastatin og dens targets. Det ekstracellulært sekreterede proteindatasæt blev opnået fra Human Proteome Atlas, og hjertekirurgi-relaterede targets blev opnået fra GeneCards-databasen (Cardiac Surgical Procedures, n = 5.931). Potentielle targetproteiner blev præcist identificeret ved at tage skæringspunktet mellem postoperativt lungekomplikationsrelaterede targets, hjertekirurgi-relaterede targets og det ekstracellulært sekreterede proteindatasæt.

Protein-Protein Interaktionsnetværkskonstruktion Samtidig med funktionsanalyse blev et protein-protein interaktionsnetværk (PPI) konstrueret ved hjælp af STRING-databasen, med den analytiske scope begrænset til de overlappende targets identificeret i Venndiagrammet. For at sikre høj tillid til interaktionerne blev arten specificeret som Homo sapiens, og en streng interaktionsscoretærskel (≥0,9) blev anvendt.

Identifikation af nøgletargetgener for ulinastatin En systematisk tilgang blev anvendt til at identificere de centrale molekylære targets for ulinastatin: først blev det præcise navn og molekylformel for forbindelsen hentet fra PubChem-databasen og importeret til Swiss-Target Prediction-platformen for at forudsige og hente potentielle targetmolekyler. Derefter blev skæringsanalyse udført for at integrere ulinastatin-targetmolekyler med det ovennævnte co-ekspressionsgendatasæt, screening for molekyler, der samtidig opfylder kriterierne "reguleret af ulinastatin", "ekstracellulært sekreteret i relevante biologiske kontekster" og "co-eksprimeret". Et geninteraktionsnetværk blev derefter konstrueret ved hjælp af Friends' analyse til yderligere optimering, med vigtigheden af hvert gen evalueret baseret på netværkstopologiske målinger såsom connectivity og centrality. Endelig blev de centrale nodegener, der mediere de potentielle biologiske effekter af ulinastatin, identificeret.

Molekylær Docking og Dynamiksimuleringer Den tredimensionelle struktur af det små-molekylære ligand ulinastatin blev hentet fra PubChem-databasen (PubChem CID: 105102), mens protein MMP3-strukturen (PDB ID: 4g9l) blev opnået fra RCSB PDB-databasen. Præference blev givet til den humane proteinkonformation med den højeste strukturelle nøjagtighed for efterfølgende analyser. Pre-docking forbehandling af targetproteinet blev udført ved hjælp af PyMOL-software: først blev overflødige vandmolekyler og endogene ligander fjernet fra strukturen for at eliminere interferens fra ikke-specifikke interaktioner; efterfølgende blev hydrogenatomer tilføjet til proteinrygraden og sidekæder for at sikre fuldstændigheden af protonerings tilstanden på bindingsstedet, hvilket forbedrer nøjagtigheden af docking-beregninger. Molekylær docking-simuleringer blev udført ved hjælp af CB-Dock2 online-platformen (https://cadd.labshare.cn/cb-dock2/index.php). Efter docking blev LIGPLOT-software anvendt til at generere protein-ligand interaktionsskemaer, som visuelt illustrerer centrale bindingsrester og intermolekylære kræfter (inklusive hydrogenbindinger, hydrofobe interaktioner og van der Waals-kræfter). Denne proces klarlægger den specifikke bindingsmode mellem ligand og targetprotein.

Trin III: Validering i kliniske prøver Klinisk valideringskohortestudiedesign og emner Dette er en prospektiv observationsstudie. Plasmaprøver fra den kliniske valideringskohorte blev indsamlet fra voksne patienter, som gennemgik elektiv hjertekirurgi mellem april 2023 og september 2024, herunder åben hjerteklapreparation, hjerte-lunge-maskine-assisteret klapudskiftning og off-pump koronar bypass-kirurgi. Anvend de samme eksklusionskriterier som brugt i den første del af dette studie. Det primære resultat af dette studie er forekomsten af PPC inden for 7 dage postoperativt eller før udskrivelse.

Stikprøvestørrelse Den minimale stikprøvestørrelse blev beregnet baseret på incidensraterne for PPC i ulinastatin- og ikke-ulinastatin-grupperne. Som afledt fra den første del af studiet var PPC-incidensraterne 22,8% i ulinastatin-gruppen og 2,7% i ikke-ulinastatin-gruppen. Stikprøvestørrelsesberegning blev udført ved hjælp af PASS-software med parametre sat som følger: signifikansniveau (α) = 0,05 og statistisk styrke (1-β) = 0,80. Stikprøvestørrelsen bestod oprindeligt af 168 tilfælde, med en yderligere 15% drop-out-rate taget i betragtning, hvilket førte til en minimumskrævet stikprøvestørrelse på 193 tilfælde.

Blodprøveindsamling og testning Vene-blodprøver blev indsamlet fra patienter ved tre foruddefinerede perioperative tidspunkter: (1) præoperativt (før kirurgisk incision); (2) umiddelbart postoperativt (ved indlæggelse på intensiv afdeling); og (3) 24 timer postoperativt. Prøvebehandlingsprocedure: Blod blev indsamlet i EDTA-antikoaguleringsrør, forsigtigt vendt for blanding og transporteret på is. Plasma blev separeret via hurtig centrifugation under følgende betingelser: [3000 × g, 4℃, 10 min]. Alikvotterede plasmaprøver blev straks opbevaret ved -80°C i en dedikeret biobank til efterfølgende batch-testning. Kvantificeret ved hjælp af et enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) med kit HM10736 (Bio-swamp Company, Wuhan, Kina), efter producentens protokoller strengt.

Statistiske metoder Shapiro-Wilk-testen blev brugt til at evaluere normaliteten af kontinuerte variable. Normalfordelte variable blev udtrykt som middelværdi ± standardafvigelse (x̄ ± s), med mellemgruppesammenligninger udført ved hjælp af one-way variansanalyse (ANOVA). Hvis Levene-testen indikerede ulige varianser, blev Welch's ANOVA anvendt i stedet. Skeve kontinuerte variable blev præsenteret som median (interkvartilområde) [M (P25, P75)], og intergruppesammenligninger blev udført ved hjælp af Kruskal-Wallis-testen. Kategoriske variable blev udtrykt som antal (procenter) [n (%)], med mellemgruppesammenligninger ved hjælp af chi-i-anden-testen eller Fisher's eksakte test, afhængigt af stikprøvestørrelse og forventet frekvensfordeling.

Da PPC primært forekommer inden for 7 dage postoperativt og alle patienter blev fulgt op gennem udskrivelse, blev logistisk regression anvendt. Multivariat logistisk regressionsmodeller blev anvendt til at undersøge associationen mellem ændringer i plasma MMP3-koncentration og kliniske resultater. Foruddefinerede kovariater, udvalgt baseret på klinisk relevans og tidligere litteratur, blev inkluderet i modellerne for justering. Resultater blev rapporteret som odds ratio (OR) med 95% konfidensintervaller (95% CI), der afspejler styrken af association og statistisk præcision. En tohalede P < 0,05 blev sat som tærsklen for statistisk signifikans.

Interaktionsled blev inkorporeret i de logistiske regressionsmodeller for at udforske de modificerende effekter af faktorer såsom køn og komorbiditeter på den primære association. Likelihood ratio-testen blev brugt til at sammenligne modeller med og uden interaktionsled, og interaktions P-værdier blev beregnet for at vurdere den statistiske signifikans af disse effekter. Yderligere undergruppanalyser blev udført baseret på de ovennævnte faktorer for at identificere differentielle associationseffekter på tværs af undergrupper.