Mitoquines bij COPD

INLEIDING Chronische obstructieve longziekte (COPD) wordt gekenmerkt door progressieve en nauwelijks reversibele obstructie van de luchtwegen, die voornamelijk de kleine luchtwegen aantast (chronische obstructieve bronchiolitis), variabel geassocieerd met vernietiging van het longparenchym (emfyseem). 10% van de mensen ouder dan 45 jaar heeft COPD. COPD zal naar verwachting in 2020 de derde belangrijkste doodsoorzaak ter wereld zijn. De belangrijkste oorzaak van COPD in westerse landen is chronisch contact van tabaksrook met de luchtwegen, met massale invoer van veel giftige stoffen en reactieve zuurstofsoorten (ROS) in het lichaam die oxidatieve stress (OS) veroorzaken. OS bij COPD is zowel exogeen (ROS ingeademd) als endogeen (ROS geïnduceerd door tabakstoxische stoffen en door de eigen ziekte). Sommige onderzoekers zijn van mening dat OS bij COPD nauw verwant is aan een eigenaardig type versnelde cellulaire veroudering geassocieerd met een chronisch ontstekingsproces dat niet alleen het ademhalingssysteem aantast, maar ook vele andere delen van het lichaam (skeletspieren, cardiovasculair systeem, algemeen metabolisme). , immunologisch systeem, enz.).

Mitochondriale disfunctie speelt een centrale, maar niet exclusieve, rol bij oxidatieve stress, cellulaire veroudering en chronische ontsteking. Daarom zou een beter begrip van de mitochondriale disfunctie die aan COPD ten grondslag ligt, het mogelijk maken om de fysiopathologie beter te begrijpen en om nieuwe mogelijke therapeutische doelen te identificeren. De mitochondriale veranderingen van COPD in de bronchopulmonale, musculaire en immunologische gebieden zijn uitgebreid gedocumenteerd, zowel morfologisch als pathofysiologisch. Mitochondriale disfunctie kan primair (aangeboren) of secundair (verworven, zoals bij het roken van tabak) zijn. Het is een breed concept dat onder meer een gestoorde cellulaire energieproductie, overmatige productie van ROS of van sommige metabolieten uit de Krebs-cyclus in de mitochondriën omvat, en verlies van kwaliteitscontrole van essentiële mitochondriale componenten die uiteindelijk leiden tot abnormale output van intramitochondriale moleculen (mtDNA, ATP, cytochroom c, Romo1 etc.) naar het cytosol en extracellulaire vloeistoffen. Sommige van deze moleculen gedragen zich als DAMP's (schade-geassocieerde moleculaire patronen) en induceren een activering van de aangeboren immuniteit, en dus ontsteking. Bloedspiegels van Cytochroom C en Romo1 zijn voorgesteld als markers van oxidatieve stress. De belangrijkste functie van de mitochondriën is de aanmaak van ATP, het elementaire energiedragende molecuul voor het onderhoud van de levende cel. De generatie van ATP wordt geproduceerd uit andere energievoorlopers in de mitochondriën via het oxidatieve fosforylatiesysteem gekoppeld aan de elektronentransportketen (OXPHOS/ETC). Deze organellen spelen ook een fundamentele rol bij 1) het genereren van specifieke metabolieten van koolhydraten, lipiden en eiwitten, die essentieel zijn voor meerdere cellulaire functies, 2) de synthese van hemes en steroïde hormonen, 3) het beheer van de "clusters" van Fe en S, 4) cellulaire homeostase van intracellulair calcium, 5) immuunrespons, zowel aangeboren als verworven, en 6) de regulatie van sommige soorten apoptose.

Cellen reageren continu op de veranderingen in de omgeving waaraan ze worden blootgesteld. In situaties van cellulaire stress (bijv. calorietekort, gebrek aan specifieke voedingsstoffen, veranderingen in temperatuur, enz.) reageert de celkern door signalen naar de mitochondriën te sturen zodat ze hun functie aanpassen om zich aan de verandering aan te passen (anterograde signalering van de kern naar de mitochondriën: lichamelijke inspanning kost bijvoorbeeld ATP in de spiercel, die de AMPK activeert, die de nucleaire transcriptie-cofactor PGC-1alpha activeert, die op zijn beurt OXPOS/ETC en mitochondriale biogenese activeert). Aan de andere kant, wanneer er een stressvolle situatie is in de mitochondriën zelf (bijv. overmatige productie van zuurstofvrije radicalen, ongevouwen intramitochondriale eiwitten, enz.) er worden signalen naar de kern gestuurd om de productie van eiwitten te wijzigen die bedoeld zijn om mitochondriale schade te voorkomen/corrigeren, waaronder chaperones, antioxidanten of proteolytische enzymen proteolytisch (autonome of intracellulaire retrograde signalering) .

Van mitochondriën is onlangs aangetoond dat ze in staat zijn om direct of indirect peptiden te genereren die niet alleen de eigen cel beïnvloeden die ze produceert, maar die ook op afstand effecten hebben (niet-autonome of extracellulaire retrograde signalering). Deze stoffen, ontdekt door de groep van Dillin, worden mitoquines genoemd en sturen signalen van weefsels met gestreste mitochondriën naar het hele lichaam, zijnde hormonen die het hele organisme voorbereiden om te reageren op de cellulaire stress waaraan het zal worden blootgesteld.

Mitoquines komen vrij wanneer er enige vorm van mitochondriale stress is (aangeboren of verworven mutaties in het mtDNA, stoornissen van de OXPHOS/ETC die oxidatieve stress veroorzaken, mitochondriale toxines, enz.). Bij zoogdieren wordt mitochondriale stress over het algemeen geassocieerd met de zogenaamde geïntegreerde cellulaire respons op stress (ICRS)". Een van de belangrijkste mechanismen van ICRS is de UPR (Unfolded Protein Response), waarbij mitochondriën op een gecoördineerde manier deelnemen aan het endoplasmatisch reticulumsysteem en de celkern.

Er zijn ten minste twee verschillende soorten mitoquines: 1) primaire mitoquines, gecodeerd in mitochondriaal DNA (mtDNA) en 2) secundaire mytokinen, gecodeerd in het kern-DNA (nDNA), waarvan de secretie wordt gereguleerd door activeringssignalen van de gestreste mitochondria naar de nDNA (bijv. ATF4, enz.). Humanin (HN), MOTS-c (Mitochondrial ORF of the Twelve S-c) en zes peptiden vergelijkbaar met humanin (SHLP's 1-6) worden beschouwd als primaire mitoquines, hoewel het aantal hoger kan zijn. Tot voor kort dacht men dat mitochondriaal DNA codeerde voor slechts 37 genen (13 peptiden die uitsluitend in de mitochondriën worden aangetroffen, allemaal subeenheden van de ETC, 22 transfer-RNA's -tRNA- en 2 ribosomale RNA's -rRNA-) RNA's. We weten nu dat 16s en 12s rRNA sORF's ("short open reading frames") bevatten die secretoire peptiden van 20-30 aa vertalen. Het is niet bekend welke intieme mechanismen de synthese en afgifte van deze mitoquines reguleren, hoewel het mogelijk is dat ze verband houden met een mitochondriale ribosomale activering. Met betrekking tot secundaire mitoquines (die gecodeerd in nucleair DNA) onder de activering van ATF4 kennen we fibroblastische groeifactor 21 (FGF21), groei- en ontwikkelingsfactor 15 (MIC1/GDF15), follistatine en intermedine-adrenomedullin2. Deze mitoquines reageren ook op andere prikkels, onafhankelijk van de mitochondriën.

Humanin is een peptide van 21 of 24 aa, met meerdere cytoprotectieve functies tegen mitochondriale schade (verhoogt de synthese van antioxidanten en chaperonnes voor 4 ongevouwen eiwitten). Het is ontstekingsremmend (verlaagt de inflammatoire cytokines en verhoogt de ontstekingsremmende cytokines) en anti-apoptotisch (blokkeert apoptotische factoren zoals Bak en IGFBP3), via ten minste 2 membraanreceptoren en verschillende interacties met andere intracellulaire en extracellulaire eiwitten, in veel weefsels (zenuwstelsel, lever, hart, vaatwand, skeletspieren, retinaal pigmentepitheel, geslachtsklieren enz.). Het heeft ook gunstige metabolische effecten (verlaagt de insulineresistentie op centraal niveau, beschermt de bètacel van de pancreas tegen oxidatieve stress en heeft negatieve feedback met IGF1). Onlangs is bewezen dat mensen met hoge niveaus van dit hormoon minder cognitieve stoornissen hebben naarmate ze ouder worden en ook erg langlevend zijn.

MOTS-c is een ander klein peptide van 16 aa, gecodeerd mtDNA, maar exclusief gesynthetiseerd in de cytosolische ribosomen, dat ook gunstige antioxiderende en metabolische effecten heeft, omdat het de insulineresistentie vermindert en obesitas voorkomt. Aan de andere kant verhoogt het de weerstand tegen sommige infecties, verhoogt en verlaagt het de botresorptie, dus het kan anti-osteoporotische effecten hebben. Beide hormonen zijn meetbaar in het bloed met ELISA, hoewel er bepaalde verschillen zijn in hun plasmaspiegels, afhankelijk van de gebruikte test.

FGF21 is een goed gekarakteriseerd hormoon dat ketogenese en bèta-oxidatie van vetzuren stimuleert. De secretie ervan wordt gereguleerd door vasten en activering van receptoren PPAR-α, maar het is ook bekend dat het stijgt in elke situatie van mitochondriale stress die mitochondria-naar-nucleussignalen activeert. De MIC1/GDF15 is een ander circulerend hormoon dat honger vermindert en een specifiek receptorniveau (GFRAL) activeert dat wordt aangetroffen in het postrema-gebied en de kern van het solitaire kanaal. Verhoogde niveaus van GDF15 zijn gevonden bij kankercachexie en in veel andere situaties, waaronder COPD. Het komt ook vrij wanneer de mitochondriale-naar-kernsignalen worden geactiveerd. Bij COPD is er van alle hier besproken mitoquines alleen informatie over GDF15-bloedspiegels, maar er zijn geen gegevens in de literatuur over de niveaus van de andere mitoquines. Naarmate COPD voortschrijdt, zullen de bloedspiegels van mitoquines waarschijnlijk geleidelijk toenemen, wat een verdere verslechtering van de mitochondriale functie tot uitdrukking brengt, hoewel hun niveaus slechts tot een bepaald niveau kunnen stijgen en vervolgens afnemen wanneer de mitochondriale schade ondraaglijk is, en vormen zo een soort mitohormetische respons. HYPOTHESE Mitoquines, uitgedrukt in de context van mitochondriale disfunctie, zijn veranderd bij COPD-patiënten en worden geassocieerd met de slechtste klinische resultaten. Bovendien kunnen mitoquines worden gebruikt als prognostische factoren en potentiële therapeutische doelen bij COPD. DOELSTELLINGEN

1. - Mitoquinesspiegels beschrijven in een controlegroep, een groep stabiele COPD-poliklinische patiënten en een groep verergerde COPD-patiënten.
2. - Om verschillen in halvetonenniveaus te beschrijven in verschillende groepen COPD-patiënten (verschillende niveaus van obstructie, patiënten met een hoog risico op exacerbatie versus geen risico op exacerbatie, patiënten met een CAT-score <10 versus de rest van de patiënten, patiënten met een lage vetvrije Massa-index (FFMI) vs. rest van de patiënten).
3. -Om de correlatie tussen halve tonen en verschillende klinische uitkomsten te evalueren, zoals FFMI, afstand gelopen in 6 minuten looptest, FEV1, CAT-score.
4. - Om te evalueren of mitoquines kunnen worden gebruikt om het toekomstige risico op exacerbatie en ziekenhuisopname te voorspellen.

METHODEN

Studie bevolking

In- en uitsluitingscriteria:

Stabiele COPD-patiënten: worden geselecteerd uit poliklinieken Pneumologie van het Ziekenhuis

Universitario Marqués de Valdecilla. Patiënten met COPD moeten aan de volgende criteria voldoen:

40 jaar of ouder met baseline post-bronchusverwijdend geforceerd expiratoir volume in 1 s [FEV1]/geforceerde vitale capaciteit [FVC] ≤0,70.

Patiënten met verergerde COPD: worden geselecteerd uit patiënten die zijn opgenomen in Hospital Universitario Marqués de Valdecilla met de diagnose COPD-exacerbatie.

Controlegroep: wordt verkregen van patiënten zonder COPD of enige andere acute of chronische ademhalingsaandoening en familieleden van patiënten.

Acceptatie van een alfarisico van 0,05 en een bètarisico van 0,2 in tweezijdige test 30 proefpersonen zijn nodig in de eerste groep en 90 in de tweede om een ​​statistisch significant proportieverschil te vinden dat naar verwachting 0,45 zal zijn in groep 1 en 0,1 in groep 2 Vooruitlopend op een uitvalpercentage van 5%. De ARCSINUS-benadering. Deze berekening is uitgevoerd volgens eerder gepubliceerde studies uitgevoerd door onze groep. We berekenen een eenvoudige grootte van 120 patiënten met COPD, 30 patiënten met COPD-exacerbatie en 30 controles.

Beoogde inschrijving/steekproefgrootte 180 Verwacht aantal inschrijvingen 25 patiënten per maand Geschatte startdatum van de studie: Monsters verzameld in Biobank vanaf 01.12.2019 Monsters verzonden naar biochemisch laboratorium 01.03.2020 Geschatte einddatum van de studie: (einde van de follow-up) 05.04.2021 Studieopzet en methoden Observationeel prospectief onderzoek. Patiënten worden geworven uit COPD-poliklinieken, Stoppen met Roken-poliklinieken en uit patiënten die zijn opgenomen vanwege COPD-exacerbatie. Alle patiënten krijgen schriftelijke geïnformeerde toestemming om deel te nemen. Deze studie werd al goedgekeurd door de Ethische Commissie van Cantabria (CEIC).

Deelnemers

1. Stabiele COPD (40 jaar of ouder met baseline post-bronchusverwijdend geforceerd expiratoir volume in 1 s [FEV1]/geforceerde vitale capaciteit [FVC] ≤0,70) zal worden gerekruteerd tijdens hun reguliere follow-up.
2. Controlegroep: vrijwilligers van dezelfde leeftijd en geslacht zonder eerdere diagnose van COPD of andere respiratoire aandoeningen, en met geforceerd expiratoir volume na bronchodilatator in 1 s [FEV1]/geforceerde vitale capaciteit [FVC] >0,70.
3. Patiënten met exacerbatie van COPD: Patiënten met een eerdere diagnose van COPD (40 jaar of ouder met baseline post-bronchusverwijdend geforceerd expiratoir volume in 1 s [FEV1]/geforceerde vitale capaciteit [FVC] ≤0,70) opgenomen op de longafdeling van het ziekenhuis vanwege COPD-exacerbatie.

De Charlson-comorbiditeitsindex zal worden geregistreerd van alle deelnemers aan het onderzoek. Patiënten met acute exacerbaties 1 maand voorafgaand aan de studie, patiënten opgenomen in longrevalidatie tijdens de studie of 6 maanden vóór de inclusieperiode, met andere mogelijke oorzaken van sarcopenie (kwaadaardige ziekten, hartfalen, hyperthyreoïdie of andere chronische verwoestende ziekten) en patiënten met bekende chronische nierziekten of recent acuut nierletsel zullen van het onderzoek worden uitgesloten. Bloedmonsters en alle andere metingen worden gedaan op dezelfde dag dat patiënten accepteren om deel te nemen aan het onderzoek.

Klinische kenmerken

Bij de inschrijving in het onderzoek worden COPD-patiënten verdeeld in verschillende categorische groepen: (1) niet-symptomatische patiënten (COPD Assessment Test [CAT]-score < 10) versus symptomatische patiënten (CAT-score ≥10), (2) niet-dyspneupatiënten (aangepaste Medical Research Council dyspneuscore [mMRC] < 2) versus dyspneupatiënten (mMRC ≥2), patiënten met een hoog risico op exacerbaties (patiënten met 2 of meer exacerbaties die behandeling met antibiotica of systemische steroïden vereisen of ten minste één ziekenhuisopname in de voorgaande jaar) versus laag risico op exacerbatiepatiënten, en (4) voormalige rokers versus actieve rokers. Na deelname aan de studie zullen bloedmonsters worden genomen en zullen patiënten gedurende 1 jaar worden gevolgd (één bezoek na 6 maanden en één bezoek na 12 maanden) en exacerbaties en ziekenhuisopnames zullen prospectief worden geregistreerd. Tijdens de follow-upperiode zullen alle klinische onderzoekers in de studie blind zijn voor de resultaten van mitoquines. Gedurende deze periode zullen patiënten met mogelijke longexacerbaties worden geïnstrueerd om vrijelijk naar de afdeling spoedeisende hulp van het ziekenhuis te gaan en dat team van artsen zal vrijelijk beslissen om hen al dan niet in het ziekenhuis op te nemen, volgens hun eigen klinische criteria.

Volgens de mitoquines-niveaus zullen patiënten in twee groepen worden verdeeld: de ene groep bestaat uit degenen binnen het hoogste kwartiel van de mitoquines en de andere groep omvat patiënten in de andere drie kwartielen van de mitoquines-niveaus.

Metingen Basale dyspneu wordt geregistreerd met behulp van de mMRC-dyspneuschaal. De CAT-score wordt geregistreerd door middel van een zelf in te vullen vragenlijst. Eerdere exacerbaties zullen worden geregistreerd uit klinische dossiers van patiënten die in het onderzoek zijn opgenomen. Spirometrie zal bij alle proefpersonen worden gemeten volgens de American Thoracic Society/European Respiratory Society (ATS/ERS).

De lichaamssamenstelling wordt geschat door een bio-elektrisch impedantieapparaat (OMROM BF511, Omrom, Japan), en de FFMI wordt berekend als de verhouding van de FFM tot de lengte in vierkante meters. De looptest van 6 minuten wordt uitgevoerd volgens het protocol van de American Thoracic Society: patiënten werd gevraagd om in 6 minuten zo ver mogelijk te lopen in een rechte gang van 30 meter zonder enige onderbreking. Aan het einde van de test wordt de door de patiënten gelopen afstand en dyspnoe geregistreerd. Humanin en MOTS-c zullen worden gemeten door ELISA (Mybiosource), FGF21 en GDF15. Wordt gemeten door ELISA (Quantikine). Indien mogelijk wordt Romo1 ook door ELISA gemeten. De studie zal worden verdeeld in 3 bezoeken: BEZOEK 1: Bloedafname en klinische kenmerken. BEZOEK 2: 6 maanden na bezoek 1: Exacerbaties en ziekenhuisopnames (aantal en datum) na bezoek 1. BEZOEK 3: 12 maanden na bezoek 1: Exacerbaties en ziekenhuisopnames (aantal en datum) na bezoek 2.

Studie-eindpunten Primair eindpunt: Mitoquines kunnen worden gebruikt om het ziekenhuisopnamerisico bij COPD-patiënten in te schatten.

Secundaire eindpunten:

1. -Mitoquines kunnen worden gebruikt om het risico op exacerbatie van COPD bij COPD-patiënten in te schatten.
2. - Mitoquines zijn veranderd bij COPD-patiënten.
3. - Mitoquines zijn veranderd bij COPD-exacerbaties.
4. - Mitoquines correleren met verschillende COPD-variabelen (FEV1, FFMI...).

Statistisch plan of gegevensanalyse Gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± SD voor normaal verdeelde gegevens of mediaan (interkwartielbereik) voor niet-parametrische gegevens. Verschillen tussen groepen zullen worden geanalyseerd met behulp van ongepaarde t-toetsen voor parametrische gegevens of Mann-Whitney-toetsen voor niet-parametrische gegevens.

Correlaties tussen datasets werden onderzocht met behulp van de Pearson (r) correlatiecoëfficiënt voor parametrische gegevens of de Spearman rang (rs) correlatiecoëfficiënt voor niet-parametrische gegevens. De normale verdeling wordt getest met behulp van een Kolmogorov-Smirnov-test.

Kaplan-Meier-schattingen zullen worden gebruikt om het percentage deelnemers te berekenen dat in de loop van de tijd een evenement heeft. Univariate en multivariate analyse met behulp van de Cox proportionele risicoanalyse zal worden uitgevoerd met behulp van SPSS Software versie 25.00 voor pc om de ontwikkeling van de eerste gebeurtenissen te analyseren op basis van basale niveaus van mitoquines, en om risicofactoren te identificeren die verband houden met exacerbaties en ziekenhuisopname. Verschillen worden als significant beschouwd als p-waarden kleiner waren dan 0,05. Alle gerapporteerde p-waarden zullen tweezijdig zijn.

Beperkingen en ethische overwegingen Dit is een onderzoek in één centrum, dus het moet worden gerepliceerd in multicentrische onderzoeken, waarbij een groter aantal patiënten uit verschillende landen wordt gebruikt. Hoewel duur en gecompliceerd, kunnen sommige technieken zoals spierbiopsie, ergometrie, spiermassa gekwantificeerd met behulp van CT of shuttletest worden uitgevoerd om een ​​beter overzicht te krijgen van de spiermassa en -functie bij deze patiënten.

Er wordt geen potentiële schade voor patiënten verwacht van deze studie. Deze studie werd goedgekeurd door de ethische commissie van Cantabria (Code: :2018.276). Hoewel de studie wordt gefinancierd door het bedrijf GlaxoSmithKline (GSK), is het een onafhankelijke studie en ontvangen de onderzoekers geen financiële vergoeding.