COPD의 미토퀸

서론 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)은 진행성이며 거의 가역적이지 않은 기도 폐쇄를 특징으로 하며, 이는 기본적으로 작은 기도에 영향을 미치며(만성 폐쇄성 세기관지염), 폐실질 파괴(폐기종)와 가변적으로 연관됩니다. 45세 이상 인구의 10%가 COPD를 앓고 있습니다. COPD는 2020년까지 세계에서 세 번째로 큰 사망 원인이 될 것으로 예상됩니다. 서양 국가에서 COPD의 주요 원인은 산화 스트레스(OS)를 유발하는 많은 독성 물질과 반응성 산소종(ROS)이 신체에 대량 유입되는 기도와 만성적인 담배 연기 접촉입니다. COPD의 OS는 외인성(ROS 흡입)과 내인성(담배 독성 및 자체 질병에 의해 유발된 ROS)입니다. 일부 연구자들은 COPD의 OS가 호흡기계뿐만 아니라 신체의 다른 많은 부분(골격근, 심혈관계, 전체 대사 , 면역 시스템 등).

미토콘드리아 기능 장애는 산화 스트레스, 세포 노화 및 만성 염증에서 중심적인 역할을 하지만 배타적이지는 않습니다. 따라서 COPD의 기저에 있는 미토콘드리아 기능 장애에 대한 더 나은 이해는 생리 병리학을 더 잘 이해하고 가능한 새로운 치료 목표를 식별하는 것을 가능하게 할 것입니다. 기관지폐, 근육 및 면역학적 영역에서 COPD의 미토콘드리아 변이는 형태학적 및 병태생리학적으로 널리 기록되어 있습니다. 미토콘드리아 기능 장애는 일차적(선천적) 또는 이차적(담배 흡연의 경우와 같이 후천적)일 수 있습니다. 이는 손상된 세포 에너지 생산, 미토콘드리아의 Krebs 주기에서 ROS 또는 일부 대사물의 과도한 생성, 미토콘드리아 내 분자(mtDNA, ATP, cytochrome c, Romo1 등)을 세포질과 세포외액으로 이러한 분자 중 일부는 DAMP(손상 관련 분자 패턴)처럼 행동하고 선천적 면역의 활성화를 유도하여 염증을 유발합니다. Cytochrome C와 Romo1의 혈중 농도는 산화 스트레스의 지표로 제안되었습니다. 미토콘드리아의 주요 기능은 살아있는 세포의 유지를 위한 기본 에너지 운반 분자인 ATP 생성입니다. ATP 생성은 전자 전달 사슬(OXPHOS/ETC)에 결합된 산화적 인산화 시스템을 통해 미토콘드리아의 다른 에너지 전구체에서 생성됩니다. 이러한 소기관은 또한 1) 다중 세포 기능에 필수적인 탄수화물, 지질 및 단백질의 특정 대사산물 생성, 2) 헴 및 스테로이드 호르몬의 합성, 3) 세포의 "클러스터" 관리에서 근본적인 역할을 합니다. Fe 및 S, 4) 세포내 칼슘의 세포 항상성, 5) 선천적 및 후천적 면역 반응, 및 6) 일부 유형의 아폽토시스의 조절.

세포는 노출된 환경 변화에 지속적으로 반응합니다. 세포 스트레스 상황(예: 열량 부족, 특정 영양소 부족, 온도 변화 등) 세포핵은 미토콘드리아에 신호를 보내 반응하여 변화에 적응하도록 기능을 수정합니다(핵에서 미토콘드리아로의 전방 신호: 예를 들어 신체 운동은 AMPK를 활성화하는 근육 세포의 ATP, 핵 전사 보조 인자 PGC-1alpha를 활성화하여 OXPOS/ETC 및 미토콘드리아 생물 발생을 활성화합니다. 반면에 미토콘드리아 자체에 스트레스가 많은 상황(예: 미토콘드리아 손상을 예방/교정하기 위한 샤페론, 항산화제 또는 단백질 분해 효소 단백질 분해(자율 또는 세포 내 역행 신호) 단백질의 생산을 수정하기 위해 신호가 핵으로 전송됩니다. .

미토콘드리아는 최근 직접적 또는 간접적으로 펩타이드를 생산하는 자신의 세포에 영향을 미칠 뿐만 아니라 원거리 효과(비자율적 또는 세포외 역행 신호)를 갖는 펩타이드를 생성할 수 있는 것으로 나타났습니다. Dillin의 그룹이 발견한 이 물질은 미토퀸이라고 불리며 스트레스를 받은 미토콘드리아가 있는 조직에서 전신으로 신호를 보냅니다. 이는 전체 유기체가 받게 될 세포 스트레스에 반응하도록 준비시키는 호르몬입니다.

모든 종류의 미토콘드리아 스트레스(mtDNA의 선천적 또는 후천적 돌연변이, 산화 스트레스를 생성하는 OXPHOS/ETC 장애, 미토콘드리아 독소 등)가 있을 때 미토퀸이 방출됩니다. 포유류에서 미토콘드리아 스트레스는 일반적으로 소위 스트레스에 대한 통합 세포 반응(ICRS)과 관련이 있습니다." ICRS의 가장 중요한 메커니즘 중 하나는 미토콘드리아가 소포체 시스템 및 세포핵과 협력하여 참여하는 UPR(Unfolded protein response)입니다.

미토퀸에는 적어도 두 가지 유형이 있습니다. 1) 미토콘드리아 DNA(mtDNA)에 암호화된 1차 미토킨과 2) 핵 DNA(nDNA)에 암호화된 2차 미토카인은 스트레스를 받은 미토콘드리아에서 활성화 신호를 통해 분비가 조절됩니다. nDNA(예: ATF4 등). 휴마닌(HN), MOTS-c(미토콘드리아 ORF of the Twelve S-c) 및 휴마닌과 유사한 6개의 펩티드(SHLP 1-6)가 1차 미토퀸으로 간주되지만 그 수가 더 많을 수 있습니다. 최근까지 미토콘드리아 DNA는 37개의 유전자(미토콘드리아에서만 발견되는 13개의 펩타이드, 모두 ETC의 하위 단위, 22개의 전달 RNA -tRNA- 및 2개의 리보솜 RNA -rRNA-) RNA를 암호화하는 것으로 생각되었습니다. 우리는 이제 16s 및 12s rRNA가 20-30 aa에서 분비 펩티드를 번역하는 sORF("짧은 개방 판독 프레임")를 포함한다는 것을 알고 있습니다. 미토콘드리아 리보솜 활성화와 관련이 있을 가능성이 있지만, 어떤 친밀한 메커니즘이 이러한 미토퀸의 합성 및 방출을 조절하는지는 알려져 있지 않습니다. ATF4 활성화 하의 2차 미토퀸(핵 DNA에 암호화된 것)과 관련하여 우리는 섬유아세포 성장 인자 21(FGF21), 성장 및 발달 인자 15(MIC1/GDF15), 폴리스타틴 및 인터메딘-아드레노메둘린2를 알고 있습니다. 이 mitoquines은 또한 미토콘드리아와 독립적으로 다른 자극에 반응합니다.

휴마닌은 미토콘드리아 손상에 대한 다중 세포 보호 기능을 가진 21 또는 24 aa의 펩타이드입니다(4개의 접히지 않은 단백질에 대한 항산화제 및 샤페론의 합성을 증가시킵니다). 그것은 많은 조직에서 적어도 2개의 막 수용체와 다른 세포내 및 세포외 단백질과의 여러 상호 작용을 통해 항염증제(염증성 사이토카인을 낮추고 항염증성 사이토카인을 높임) 및 항세포사멸(Bak 및 IGFBP3과 같은 세포사멸 인자 차단)입니다. (신경계, 간, 심장, 혈관벽, 골격근, 망막 색소 상피, 생식선 등). 또한 유익한 대사 효과가 있습니다(중추 수준에서 인슐린 저항성을 감소시키고 산화 스트레스로부터 췌장 베타 세포를 보호하며 IGF1에 대한 부정적인 피드백을 가짐). 최근에 이 호르몬 수치가 높은 사람들이 나이가 들어도 인지 장애가 적고 장수한다는 것이 입증되었습니다.

MOTS-c는 mtDNA로 암호화된 16aa의 또 다른 작은 펩타이드이지만 세포질 리보솜에서만 독점적으로 합성되며 인슐린 저항성을 감소시키고 비만을 예방하기 때문에 유익한 항산화 및 대사 효과도 있습니다. 한편, 일부 감염에 대한 저항력을 증가시키고 골흡수를 감소시키므로 항골다공증 효과를 나타낼 수 있다. 두 호르몬 모두 ELISA로 혈액에서 측정할 수 있지만 사용된 테스트에 따라 혈장 수준에 약간의 차이가 있습니다.

FGF21은 지방산의 케톤 생성 및 베타 산화를 자극하는 잘 특성화된 호르몬입니다. 그것의 분비는 단식과 수용체 PPAR-α의 활성화에 의해 조절되지만 미토콘드리아-핵 신호를 활성화시키는 미토콘드리아 스트레스의 어떤 상황에서도 증가하는 것으로 알려져 있습니다. MIC1/GDF15는 배고픔을 줄이는 또 다른 순환 호르몬으로, 포스트레마 영역과 고립관의 핵에서 발견되는 특정 수용체 ​​수준(GFRAL)을 활성화합니다. 상승된 수준의 GDF15는 암 악액질 및 COPD 중 많은 다른 상황에서 발견되었습니다. 또한 미토콘드리아-핵 신호가 활성화될 때도 방출됩니다. COPD에서는 여기에서 검토한 모든 미토퀸 중에서 GDF15 혈중 수치에 관한 정보만 있지만 다른 미토퀸의 수치에 관한 문헌 데이터는 없습니다. COPD가 진행됨에 따라 mitoquines의 혈중 수치는 점진적으로 증가하여 미토콘드리아 기능의 추가 저하를 나타낼 수 있지만 수치는 일정 수준까지만 증가할 수 있으며 미토콘드리아 손상이 견딜 수 없을 때 감소하여 일종의 미토콘드리아 반응을 구성합니다. 가설 미토콘드리아 기능 장애의 맥락에서 표현되는 Mitoquines는 COPD 환자에서 변경되며 최악의 임상 결과와 관련이 있습니다. 또한, 미토퀸은 COPD에서 예후 인자 및 잠재적인 치료 표적으로 사용될 수 있습니다. 목표

1. - 대조군, 안정적인 COPD 외래 환자 그룹 및 악화된 COPD 환자 그룹의 미토퀸 수준을 설명합니다.
2. - 다른 그룹의 COPD 환자에서 반음 수준의 차이를 설명하기 위해(다른 폐색 수준, 악화 위험이 높은 환자와 악화 위험이 없는 환자, CAT 점수가 10 미만인 환자와 나머지 환자, Fat-Free가 낮은 환자 질량 지수(FFMI) 대 나머지 환자).
3. -반음과 FFMI, 6분 보행 테스트에서 걸은 거리, FEV1, CAT 점수와 같은 다양한 임상 결과 간의 상관관계를 평가합니다.
4. - 미토퀸이 악화 및 입원의 미래 위험을 예측하는 데 사용될 수 있는지 평가합니다.

행동 양식

연구 인구

포함 및 제외 기준:

안정적인 COPD 환자: 병원의 폐렴 외래 환자 클리닉에서 선택됩니다.

Universitario Marqués de Valdecilla. COPD 환자는 다음 기준을 충족해야 합니다.

베이스라인 기관지확장제 후 강제 호기량[FEV1]/강제 폐활량[FVC] ≤0.70인 40세 이상.

COPD 악화 환자: COPD 악화 진단을 받고 Marqués de Valdecilla 대학 병원에 입원한 환자 중에서 선택합니다.

대조군: COPD 또는 기타 급성 또는 만성 호흡기 질환이 없는 환자 및 환자의 친척으로부터 얻을 수 있습니다.

양측 검정에서 0.05의 알파 위험과 0.2의 베타 위험을 수용하면 첫 번째 그룹에는 30명의 피험자가 필요하고 두 번째 그룹에는 90명의 피험자가 필요하며 통계적으로 유의한 비율 차이는 그룹 1에서 0.45, 그룹 2에서 0.1이 될 것으로 예상됩니다. 5%의 이탈률을 예상합니다. ARCSINUS 근사. 이 계산은 우리 그룹에서 수행한 이전에 발표된 연구에 따라 수행되었습니다. COPD 환자 120명, COPD 악화 환자 30명, 대조군 30명의 간단한 크기를 계산합니다.

목표 등록/샘플 크기 180 예상 등록률 매월 25명의 환자 예상 연구 시작일: 2019년 12월 1일부터 Biobank에서 수집한 샘플 생화학 연구실로 보내진 샘플 01.03.2020 예상 연구 완료 날짜: (후속 종료) 05.04.2021 연구 설계 및 방법 관찰 전향적 연구. COPD 외래환자 클리닉, 금연 외래환자 클리닉 및 COPD 악화로 인해 입원한 환자로부터 환자를 모집합니다. 모든 환자는 참여에 대한 서면 동의서를 받게 됩니다. 이 연구는 이미 칸타브리아 윤리위원회(CEIC)의 승인을 받았습니다.

참가자들

1. 안정적인 COPD(기준선 기관지 확장제 후 강제 호기량 1초[FEV1]/강제 폐활량[FVC] ≤0.70인 40세 이상)는 정기적인 후속 조치 중에 모집됩니다.
2. 대조군: COPD 또는 기타 호흡기 질환에 대한 이전 진단이 없고 기관지 확장제 사용 후 1초 강제 호기량[FEV1]/강제 폐활량[FVC] >0.70을 가진 연령 및 성별 일치 지원자.
3. 악화된 COPD 환자: 이전에 COPD 진단을 받은 환자(40세 이상 기준 기관지확장제 후 강제 호기량 1초[FEV1]/강제 폐활량[FVC] ≤0.70)가 COPD 악화로 인해 병원 폐병동에 입원했습니다.

Charlson Comorbidity Index는 연구의 모든 참가자로부터 기록됩니다. 연구 1개월 전 급성 악화가 있는 환자, 연구 기간 동안 또는 포함 기간 6개월 전에 폐 재활에 포함된 환자, 근감소증의 다른 잠재적 원인(악성 질환, 심부전, 갑상선 기능 항진증 또는 기타 만성 파괴적 질환)이 있는 환자 알려진 만성 신장 질환 또는 최근 급성 신장 손상은 연구에서 제외됩니다. 혈액 샘플 및 기타 모든 측정은 환자가 연구 참여를 수락한 당일에 이루어집니다.

임상적 특성

연구에 등록할 때 COPD 환자는 다른 범주 그룹으로 나뉩니다: (1) 증상이 없는 환자(COPD 평가 테스트[CAT] 점수 < 10) 대 증상이 있는 환자(CAT 점수 ≥10), (2) 호흡곤란이 없는 환자 (수정된 Medical Research Council 호흡곤란 점수[mMRC] < 2) 대 호흡곤란 환자(mMRC ≥2), 악화 위험이 높은 환자(항생제 또는 전신 스테로이드 치료가 필요한 악화가 2회 이상 있거나 이전에 최소 1회 입원한 환자) 년) 대 악화 환자의 낮은 위험, 및 (4) 이전 흡연자 대 활성 흡연자. 연구에 들어간 후 혈액 샘플을 채취하고 환자를 1년 동안 추적 관찰(6개월 후 1회 방문 및 12개월 후 1회 방문)하고 악화 및 병원 입원을 전향적으로 기록합니다. 후속 조치 기간 동안 연구의 모든 임상 연구자는 미토퀸 결과에 대해 눈이 멀게 됩니다. 이 기간 동안 폐 악화 가능성이 있는 환자는 병원 응급실로 자유롭게 가도록 지시받으며 해당 의사 팀은 자체 임상 기준에 따라 입원 여부를 자유롭게 결정합니다.

mitoquines 수준에 따라 환자는 두 그룹으로 나뉩니다. 하나는 mitoquines의 최고 사분위수 내에 있는 환자로 구성되고 다른 그룹은 mitoquines 수준의 다른 세 사분위수에 있는 환자를 포함합니다.

측정 기초 호흡곤란은 mMRC 호흡곤란 척도를 사용하여 기록됩니다. CAT 점수는 자가 관리 설문지로 기록됩니다. 이전 악화는 연구에 포함된 환자의 임상 기록에서 기록됩니다. Spirometry는 모든 과목에서 American Thoracic Society/European Respiratory Society (ATS/ERS)에 따라 측정됩니다.

체성분은 생체 전기 임피던스 장치(OMROM BF511, Omrom, Japan)로 추정되며, FFMI는 FFM 대 신장의 제곱 미터 비율로 계산됩니다. 6분 보행 테스트는 American Thoracic Society의 프로토콜에 따라 수행됩니다. 환자는 중단 없이 30m 직선 복도에서 6분 동안 가능한 한 멀리 걸어야 했습니다. 테스트가 끝나면 환자가 걸은 거리와 호흡곤란이 기록됩니다. Humanin 및 MOTS-c는 ELISA(Mybiosource), FGF21 y GDF15로 측정됩니다. ELISA(Quantikine)로 측정합니다. 가능한 경우 Romo1은 ELISA로도 측정됩니다. 연구는 3회 방문으로 나누어질 것이다: 방문 1: 혈액 샘플 수집 및 임상 특성. 방문 2: 방문 1 후 6개월: 방문 1 후 악화 및 병원 입원(번호 및 날짜). 방문 3: 방문 1 후 12개월: 방문 2 후 악화 및 병원 입원(번호 및 날짜).

연구 종점 1차 종점: 미토퀸은 COPD 환자의 입원 위험을 추정하는 데 사용할 수 있습니다.

보조 끝점:

1. -Mitoquines은 COPD 환자에서 COPD 악화 위험을 추정하는 데 사용할 수 있습니다.
2. - COPD 환자에서 Mitoquines이 변경됩니다.
3. - COPD 악화 시 미토퀸이 변경됩니다.
4. - 미토퀸은 다양한 COPD 변수(FEV1, FFMI..)와 상관관계가 있습니다.

통계 계획 또는 데이터 분석 데이터는 정규 분포 데이터의 경우 평균 ± SD로, 비모수 데이터의 경우 중앙값(사분위수 범위)으로 표시됩니다. 그룹 간의 차이는 파라메트릭 데이터에 대한 짝이 없는 t 테스트 또는 비모수 데이터에 대한 Mann-Whitney 테스트를 사용하여 분석됩니다.

데이터 세트 간의 상관관계는 파라메트릭 데이터의 경우 Pearson(r) 상관 계수를 사용하거나 비모수 데이터의 경우 Spearman rank(rs) 상관 계수를 사용하여 조사했습니다. Kolmogorov-Smirnov 테스트를 사용하여 정규 분포를 테스트합니다.

Kaplan-Meier 추정치는 시간이 지남에 따라 이벤트가 있는 참가자의 비율을 계산하는 데 사용됩니다. 미토퀸의 기저 수준에 따른 최초 사건의 발생을 분석하고 악화 및 입원과 관련된 위험 요인을 파악하기 위해 PC용 SPSS 소프트웨어 버전 25.00을 사용하여 Cox 비례 위험 분석을 이용한 단변량 및 다변량 분석을 수행한다. p 값이 0.05 미만이면 차이가 유의한 것으로 간주됩니다. 보고된 모든 p 값은 양면입니다.

제한 및 윤리적 고려 사항 이것은 단일 센터 연구이므로 다른 국가에서 오는 더 많은 수의 환자를 사용하여 다중 중심 연구에서 복제되어야 합니다. 비용이 많이 들고 복잡하지만 근육 생검, 인체측정법, CT를 사용하여 정량화된 근육량 또는 셔틀 테스트와 같은 일부 기술은 이러한 환자의 근육량과 기능에 대한 더 나은 개요를 얻기 위해 수행될 수 있습니다.

이 연구에서 환자에게 잠재적인 피해는 예상되지 않습니다. 이 연구는 칸타브리아 윤리 위원회(코드::2018.276)의 승인을 받았습니다. 이 연구는 GlaxoSmithKline(GSK) 회사에서 자금을 지원받았지만 독립적인 연구이며 연구자들은 어떠한 금전적 보상도 받지 않습니다.