脳卒中におけるトランスレーショナル免疫診断 (TrimS) (TrImS)

序章

脳卒中は、世界中で全体的な死亡率、罹患率、障害の主な原因です。 2010 年には死亡原因の第 2 位でしたが、2019 年には障害調整生存年数 (DALY) で全体で 3 位、50 歳以上では 2 位でした。 急性虚血性脳卒中 (AIS) は、毎年 800,000 人以上の成人に影響を与える米国の死亡率と罹患率の主要な原因です。 香港では、死亡原因の第 4 位です。 一過性脳虚血発作 (TIA) が先行することが多く、これは将来の脳虚血イベントの前兆であり、90 日以内の脳卒中のリスクは 20% です。

脳卒中は、血液脳関門の破壊および血液由来のタンパク質および核酸の増加に関連する虚血性、炎症性、出血性およびアテローム性動脈硬化症のプロセスに関連しています。 非ラクナ脳卒中の進行の平均期間は 10 時間 (範囲 6 から 18 時間) であり、人間の前脳のニューロンの平均数は 220 億であると推定されています。 典型的な大型血管 AIS を経験している患者では、1 時間あたり 1 億 2000 万個のニューロン、8300 億個のシナプス、および 714 km (447 マイル) の有髄線維が失われています。 毎分、190 万個のニューロン、140 億個のシナプス、および 12 km (7.5 マイル) の有髄線維が破壊されます。 脳の老化によるニューロンの喪失の通常の速度と比較すると、虚血性脳は治療なしでは毎時3.6年老化する. 頭部外傷を含む重大な外傷の数分から数時間以内に、循環にそのような損傷が生じる証拠もあります。

脳卒中のタイムリーな診断と脳卒中の種類への病因分類は、早期の適切な介入により結果が大幅に改善されるため重要です。 まず、脳卒中の原因を特定することは、すぐに処方される治療に影響を与えます。 たとえば、AIS には早期血栓溶解療法が適応となりますが、出血性脳卒中 (HS) には禁忌です。 脳卒中発症から 4.5 時間以内に AIS と診断された後、適時に血栓溶解療法を行うことで、脳卒中の転帰が改善されます。 抗凝固薬および抗血小板療法は、心塞栓性脳卒中または TIA に対して適応となりますが、アテローム性脳卒中に対しては禁忌です。 後者の場合、抗血小板薬が推奨されます。 大血管の閉塞は、保存的治療よりも手術による治療が適しています。 診断の遅れと早期介入は、回避可能な DALY、罹患率、医療費、早期死亡率としてカウントされます。

先進国では、脳卒中が疑われ、病歴と検査によって検出され、CT および/または MRI による脳血管画像によって診断的に確認されます。 ニューロ イメージングは​​、脳卒中の識別と分類のための現在の最良の基準を提示しますが、最適とはほど遠いものです。 ニューロ イメージングは​​、神経血管損傷の全体的な推定値のみを提供し、5 ～ 15% の有意な症例で原因 (潜在性脳卒中) を特定できず、細胞および分子の病態生理学に関する情報をほとんど提供しません。 これにより、早期治療が遅れ、脳卒中の予防と回復のための潜在的な薬剤の探索が制限されます。 さらに、例えば、脳卒中の疑いで目覚めた患者において、脳卒中の発症を決定するための客観的な方法がないため、AIS患者の80%が血栓溶解療法を受けていない。 したがって、脳卒中の動的な病態生理を早期に理解する必要があります。

従来の高感度トロポニンなどの分子バイオマーカーは、急性冠症候群患者の検出とリスク層別化を変革しました。 ただし、脳卒中または TIA の早期発見、診断、分類、およびリスク層別化のためのそのようなマーカーは存在しません。 過去数十年にわたって、研究者は、脳卒中のスクリーニング、検出、診断、分類、監視、予測、および予後に役立つ可能性のある脳卒中マーカーを探してきました。 多くの候補マーカーが特定されていますが、臨床ケアの場所を見つけるのに十分なほど正確であるか、脳卒中の発症が十分に早いものはありません。

大きな課題は、脳卒中の病因を検出、診断、および区別するための高レベルの精度で、早期にアクセス可能なバイオマーカーを特定することです。 最近の技術的発見は、イムノアッセイとスペクトルプロファイリングを使用して、多くの血液ベースのマーカーが呼気と唾液で定性的および定量的に検出される可能性があることを示唆しています。 このようなテクノロジーにより、数分から数秒で正確な結果が得られます。 課題は翻訳パイプラインの下流ではなく、オミクス マーカーの上流の発見です。 発見されれば、迅速なアッセイとポイントオブケア検査を開発するための技術はすでに整っています。

脳卒中における脳特異的バイオマーカー

脳卒中における意味のあるバイオマーカーの探索は長い間行われてきました。 これには、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオミクス、代謝、およびリピドミクスのアプローチが含まれます。 たとえば、最近の研究では、全血トランスクリプトミクスが正確な AIS の識別を可能にする可能性があることが示唆されています。 Ischemia Care Biomarkers of Acute Stroke Etiology (BASE) の研究者は現在、脳卒中発症から 30 時間以内に発症した脳卒中患者の末梢血における RNA 遺伝子発現を評価しています (NCT02014896)。 BASE は、AIS または TIA が疑われる救急科 (ED) または病院に来院した推定 1,100 人の成人患者と、年齢、性別、併存疾患が一致した 100 人の対照を対象とした多施設前向き研究です。 これらの研究の結果が待たれていますが、現時点では、脳卒中の検出と診断を導くための初期の正確なバイオマーカー プラットフォームはありません。

グリア細胞の脳特異的プロテオミクスバイオマーカーに関する広範な研究が行われている [e.g. S100カルシウム結合タンパク質B（S100B）、グリア線維性酸性タンパク質（GFAP）]および神経細胞[例えば ユビキチン C 末端加水分解酵素-L1 (UCH-L1)、ニューロン特異的エノラーゼ (NSE)、アルファ II-スペクトリン分解産物 (例: SBDP120、SBDP145、および SBDP150)、ミエリン塩基性タンパク質 (MBP)、ニューロフィラメント軽鎖 (NF-L)、タウタンパク質、visinin-like protein-1 (VLP 1)、脳脊髄液 (CSF) および末梢血における NR2 ペプチド損傷脳卒中のタイムリーな診断情報の検索において[28]。 しかし、誰も臨床現場への道を見つけていません。

脳卒中における非特異的バイオマーカー

前述のように、脳卒中は、一般的、非特異的、虚血性、炎症性、出血性およびアテローム性動脈硬化症のプロセスに関連しており、血液脳関門の破壊および血液由来のタンパク質と核酸の増加に関連しています。 非特異的だが病理学に関連する脳卒中バイオマーカーの詳細なレビューは、この紹介の範囲を超えています。 ただし、オミクスのアプローチには、リピドミクスへの言及が含まれている必要があります。

脳卒中におけるリピドミクス研究には、従来の脂質アプローチと高度な脂質アプローチが含まれています。 たとえば、スフィンゴ脂質、リン脂質 (リゾ種およびエーテル種を含む)、コレステリル エステル、およびグリセロ脂質は、将来の心血管イベントおよび心血管死を予測することが示されていますが、高い精度ではありません。 14 の伝統的な危険因子と薬剤の基本モデルに 7 つの脂質種を追加すると、C 統計量が 0.680 から 0.700 (P

満たされていない臨床的ニーズ

患者は一般的に、診断の遅れが治療の遅れと非効率的な医療プロセスにつながる急性脳卒中の疑いで、ED、一般診療所、地域社会、病院前および病棟に来院します。 臨床的洞察力は可変的で主観的です。 脳卒中に関する情報を得るには、正確、客観的、早期、安全、低侵襲、診断および予後検査が必要です。 ED は、これらの病気の急性症状の最も一般的な状況の 1 つです。

未回答の質問

現在、多くの疑問が解決されていません。 脳および病理学に特異的な低分子タンパク質および核酸は、循環で定量的に検出できますか (例: 全血、血漿) および唾液は、急性脳卒中および TIA の発症から数分から数時間以内に?そのような検出は、脳卒中および TIA に関与する虚血、炎症、免疫、出血、アポトーシス、アテローム性動脈硬化、回復、および再生プロセスにおける時間的、動的、および機械的役割に適合するか?そのようなマーカーの摂動 (上昇または低下) は、脳卒中患者の検出、診断、脳卒中分類、予測、および予後において役割を果たしますか? 脳固有のバイオマーカーと非特異的な病理学的マーカーの組み合わせを行います (例: アテローム性動脈硬化症、炎症性) は、脳卒中の検出、診断、および鑑別を改善しますか? そのようなマーカーの発見は、臨床経路を導き、最終的にそのような患者に対する新しいワクチンや治療的介入につながるのでしょうか?

質問

1. 急性脳卒中が疑われる ED を呈する成人患者において、脳卒中の検出、診断、ダイナミクス、分化を最適化する初期の脳特異的および病理学特異的な panorOmics リキッドバイオプシー バイオマーカーの組み合わせは?

2. 急性脳卒中が疑われるEDを呈する成人患者において、リキッドバイオプシーバイオマーカーの初期パノロミクスプラットフォームは、脳卒中の種類を区別する際の治療への反応性、モニタリング、および予後を予測するのに役立ちますか?

   • 患者が FAST または LAPSS または ROSIER 陽性の場合、脳卒中が疑われます。 疑われる脳卒中には、脳卒中模倣、TIA、AIS、および HS が含まれます。
   • リキッドバイオプシーには、全血、血漿、血清、白血球ペレットと赤血球流出液、および唾液が含まれます
   • リキッドバイオプシーのバイオマーカーには、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオミクス、メタボロミクス、リピドミクス、および血液学的内容が含まれます。
   • 脳卒中の種類には、HS と AIS があります。

仮説

脳卒中には、虚血、壊死、アポトーシス、および脳関門の破壊の急速で複雑なプロセスが関与しており、脳血管の病態生理学の過程で早期に組織特異的なゲノム、エピゲノム、トランスクリプトーム、およびプロテオミクス マーカーが血流に放出されるという仮説を立てています。 これらのバイオマーカーは、全血、血漿、血清、唾液などの簡単にアクセスできる液体で早期に検出されます。 動的な変化は、個別化された疾患の検出、診断、リスク層別化、疾患および治療のモニタリング、予測および予後に役立ちます。 動的な変化はまた、脳卒中発症の合理的な評価を可能にし、そうでなければ脳卒中発症が不明な患者への早期介入を可能にする可能性があります。

目的

急性脳卒中が疑われる発症から 24 時間以内に ED を受診した成人患者では、次のことを目指します。

1. 発見研究 - 初期の急性脳卒中の検出、診断、ダイナミクス、分化、モニタリング、予測、および予後を可能にする、初期の脳および病理学に固有の循環、全血、血漿、および血清のパノロミック バイオマーカーを特定すること。 発見研究では、早期の急性脳卒中の検出、診断、ダイナミクス、分化、モニタリング、予測、および予後を可能にする唾液中の初期の脳および病理学に固有のパノロミック バイオマーカーを特定します。
2. トレーニング セットを使用した開発研究 - 初期の急性脳卒中の検出、診断、ダイナミクス、分化、モニタリング、予測、および予後のためのモデルのバイオマーカー プラットフォームを導き出す
3. テスト セットを使用した検証研究 - 独立した外部データセットでこれらのモデルを検証するため