Studie zur Korrelation zwischen Metabolomik und Angstzuständen sowie Depressionen bei Bronchiektasie

Nicht-zystische Fibrose Bronchiektasie ist eine häufige Lungenerkrankung. Wiederkehrende akute Exazerbationen der Bronchiektasie können die Lungenfunktion erheblich beeinträchtigen, den Rückgang der Lungenkapazität beschleunigen, die Lebensqualität verringern und die Überlebensdauer verkürzen. Während frühere Studien Faktoren wie eine Verschlechterung der Lungenfunktion und Pseudomonas aeruginosa-Infektionen als Beitrag zu akuten Exazerbationen identifiziert haben, verhindert die Beseitigung dieser Faktoren solche Episoden bei Patienten mit Bronchiektasie nicht vollständig. Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass 20-40 % der Patienten mit Bronchiektasie Angst und/oder Depressionen erleben. Diese Zustände sind mit einem erhöhten Risiko einer Krankheitsverschlechterung verbunden, wobei Depressionen speziell mit einer kürzeren Zeit bis zur ersten Exazerbation in Verbindung gebracht werden. Daher ist die Untersuchung der intrinsischen Rolle von Angst und Depressionen im Krankheitsverlauf von entscheidender Bedeutung.

Gemäß den Ein- und Ausschlusskriterien wird diese Studie Teilnehmer aufnehmen, bei denen zwischen dem 20. Dezember 2025 und dem 31. Dezember 2030 in der Union Hospital, Tongji Medical College der Huazhong University of Science and Technology, dem Guizhou Provincial People's Hospital und dem Yichang Central Hospital eine Bronchiektasie diagnostiziert wurde. Das Studienprotokoll wurde von den Forschungsethikkommissionen jedes Krankenhauses genehmigt. Bei der Aufnahme werden die folgenden demografischen Informationen erhoben: Geschlecht, Alter, Körpergröße (in Metern) und Gewicht (in Kilogramm). Krankengeschichte, frühere Exazerbationen und Blutuntersuchungsergebnisse (einschließlich vollständigem Blutbild und biochemischen Parametern) werden ebenfalls während der ersten Konsultation erfasst. Pathogenuntersuchungsergebnisse werden ebenfalls aufgezeichnet. Darüber hinaus werden Lungenfunktionstests (z.B. FEV1% vorhergesagt) und hochauflösende Computertomographie (HRCT)-Scans der Lunge durchgeführt. Die Atemnot der Patienten wird anhand der modifizierten Medical Research Council (mMRC)-Dyspnoe-Skala bewertet, während der Angst- und Depressionsstatus mit der Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS) bewertet wird. Nach Einholung der informierten Einwilligung wurden biologische Proben, einschließlich Blut, Sputum und Stuhl, gesammelt. Die Teilnehmer wurden nach der Aufnahme alle drei Monate nachuntersucht, wobei die Häufigkeit von Exazerbationen, Krankenhausaufenthalte und Überlebensstatus aufgezeichnet wurden. Nach Abschluss der Datenerhebung wird eine metabolomische Analyse an Proben, einschließlich Blut, Sputum und Stuhl, durchgeführt, um zu untersuchen, ob die Angst- und Depressionszustände der Patienten mit den oben genannten metabolomischen Befunden assoziiert sind, entsprechende Biomarker zu identifizieren und die Rolle von Angst und Depressionen im Verlauf der Bronchiektasie zu analysieren.

Materialien und Methoden

1. Datenerfassung Ein- und Ausschlusskriterien

   Einschlusskriterien:

   • Alter ≥18 Jahre
   • Die pulmonalen Bildgebungsbefunde und das klinische Erscheinungsbild der Teilnehmer erfüllten die diagnostischen Kriterien für Bronchiektasie
   • Klinisch stabil (keine Antibiotika oder oralen Kortikosteroide innerhalb von 4 Wochen vor der Aufnahme);
   • Patienten, die bereit sind, die Einwilligungserklärung zu unterzeichnen und an der Studie teilzunehmen.

   Ausschlusskriterien:

   • Alter <18 Jahre
   • Erfüllt nicht die diagnostischen Kriterien für Bronchiektasie
   • Teilnehmer mit zystischer Fibrose oder vorheriger Lungentransplantation
   • Teilnehmer, die aufgrund von Funktionsstörungen lebenswichtiger Systeme wie Herz, Gehirn, Leber und Nieren nicht in der Lage sind, mit der Studie zusammenzuarbeiten, oder die aufgrund von komorbiden schweren Erkrankungen nicht an der Studie teilnehmen können
   • Teilnehmer mit aktiven Erkrankungen, einschließlich aktiver Tuberkulose, aktiver allergischer bronchopulmonaler Aspergillose, aktiver nichttuberkulöser Mykobakterieninfektion und Malignität oder sekundärer Traktionsbronchiektasie im Zusammenhang mit pulmonaler Fibrose
   • Schwangere oder stillende Frauen
   • Personen, die nicht in der Lage sind, eine informierte Einwilligung zu erteilen oder die sich weigern, an der klinischen Studie teilzunehmen

   Erfassung demografischer Indikatoren der Patienten und Laboruntersuchungsergebnisse. Demografische Indikatoren (Alter, Größe, Gewicht), mMRC-Score, Laboruntersuchungsergebnisse, Lungenfunktion (FEV1% vorhergesagt), radiologische Scores (modifizierter Reiff-, Bhalla-Score) wurden bei der Aufnahme der Teilnehmer erhoben.

   Bewertung des Angst- und Depressionsstatus: Alle Patienten wurden gebeten, die Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS) zum Ausgangszeitpunkt auszufüllen. Die Punktzahl für jede Subskala (HADS-Depression und -Angst) reicht von 0 bis 21 Punkten, wobei eine Punktzahl ≥8 auf wahrscheinliche Depression oder Angst hinweist.

   Bewertung des Krankheitsschweregrads: Der Krankheitsschweregrad wurde anhand des Bronchiektasie-Schweregrad-Index (BSI) bewertet.

2. Metabolomik Experimentelle MethodenMetabolomik Experimentelle Methoden 2.1 Probenvorbereitung 50 μL der gesammelten Probe wurden auf Eis aufgetaut und mit 200 μL kaltem Methanol:Acetonitril (1:1, v/v) gemischt, das den IS (1 μg/mL) enthielt. Die Mischung wurde kräftig geschüttelt, bei -20°C für 2 h inkubiert und dann bei 4°C 15 min bei 14.000 g zentrifugiert. Der Überstand wurde in ein neues Gefäß für die LC-MS-Analyse überführt. Eine gepoolte Qualitätskontroll- (QC-) Probe wurde durch Kombination gleicher Aliquots aus allen individuellen Proben hergestellt.

   2.2 LC-MS-Analyse Die chromatografische Trennung wurde auf einem Waters ACQUITY UPLC-System unter Verwendung einer HSS T3-Säule (2,1 × 100 mm, 1,8 μm) durchgeführt, die bei 40°C gehalten wurde. Die mobile Phase bestand aus (A) Wasser mit 0,1 % Ameisensäure und (B) Acetonitril mit 0,1 % Ameisensäure. Ein linearer Gradient wurde wie folgt angewendet: 0-2 min, 2 % B; 2-10 min, 2 % bis 98 % B; 10-12 min, 98 % B; 12-12,1 min, 98 % bis 2 % B; 12,1-15 min, 2 % B. Die Flussrate betrug 0,4 mL/min und das Injektionsvolumen 2 μL.

   Massenspektrometrie wurde auf einem SCIEX TripleTOF 6600+ System durchgeführt, das sowohl im positiven als auch im negativen ESI-Modus betrieben wurde. Die Parameter wurden wie folgt eingestellt: Ion Source Gas 1: 60 psi, Ion Source Gas 2: 60 psi, Curtain Gas: 35 psi, Source Temperature: 550°C, Ion Spray Voltage: ±5500 V. Daten wurden im informationsabhängigen Erfassungsmodus (IDA) erfasst.

   2.3 Datenverarbeitung und multivariate statistische Analyse Rohdatendateien wurden mit der MS-DIAL-Software zur Peakauswahl, Ausrichtung und Normalisierung gegen den IS verarbeitet. Die resultierende Datenmatrix wurde in die SIMCA-P-Software (v16.0, Umetrics, Schweden) für die multivariate Analyse importiert. Einheitsvarianzskalierung und Mittelwertzentrierung wurden vor PCA und OPLS-DA angewendet. Das OPLS-DA-Modell wurde durch einen 200-fachen Permutationstest validiert.

   Metaboliten mit einer Variablenwichtigkeitsprojektion (VIP) > 1,0 aus dem OPLS-DA-Modell und einem p-Wert < 0,05 aus dem univariaten Student-t-Test wurden als statistisch signifikant betrachtet.

   2.4 Metabolitenidentifikation Signifikante Metaboliten wurden durch Vergleich ihrer genauen Masse (Massenfehler < 10 ppm) und MS/MS-Spektren mit Einträgen in der HMDB-Datenbank identifiziert. Wo möglich, wurde die Identifikation durch Vergleich mit authentischen Standards bestätigt (Konfidenzniveau 1).

3. Statistische Analyse und Methoden klinischer Daten:

Die während der Studie erhaltenen Daten wurden vorab zusammengestellt. Für kontinuierliche Daten wurden zunächst Normalitätstests durchgeführt. Wenn alle Gruppen Normalität erfüllten, wurde der Student-t-Test für den Vergleich zwischen Gruppen verwendet. Andernfalls wurde der nichtparametrische Wilcoxon-Rangsummentest in Betracht gezogen. Für kategorische Variablen wurde der χ²-Test verwendet. Statistisch signifikante Daten wurden einer multivariaten logistischen Regressionsanalyse unterzogen. P < 0,05 wurde als statistisch signifikant erachtet.

Die statistische Analyse aller Daten wurde mit SPSS (IBM SPSS Statistics 26.0, SPSS Inc., Chicago, IL) und der Programmiersprache R (Version 4.1.3, www.R-project.org/) durchgeführt. Alle statistischen Tests waren zweiseitig, und die statistische Signifikanz wurde auf 0,05 festgelegt.