De klinische waarde van de componenten van het stikstofmonoxidesysteem bij astma en COPD (ASCONO)

Chronische obstructieve longziekte en bronchiale astma hebben een leidende positie onder luchtwegaandoeningen. Exacerbaties van COPD leveren een belangrijke bijdrage aan het ziektebeeld en de langetermijnprognose, waardoor het relevant is om te zoeken naar methoden om deze te voorspellen en te voorkomen. Volgens het wereldwijde initiatief voor bronchiale astma (GINA) wordt bronchiale astma gekenmerkt door een hoge heterogeniteit en het bestaan ​​van vele fenotypes en endotypes, waardoor het relevant is om gepersonaliseerde geneeskundemethoden te gebruiken bij het beheer van patiënten en in het bijzonder bij het zoeken naar nieuwe biomarkers van astma. Momenteel worden in de klinische praktijk enkele biomarkers van obstructieve longziekten veel gebruikt. Onder hen zijn er het niveau van eosinofielen in het bloed en sputum, het niveau van immunoglobuline E en de uitgeademde fractie van stikstofmonoxide (FeNO). Obstructieve longziekten worden gekenmerkt door aanhoudende ontsteking in de luchtwegen, die gepaard gaat met de manifestatie van elementen van systemische ontsteking en endotheliale disfunctie, die gepaard gaat met een veranderde afgifte van vasoactieve mediatoren, een daarvan is stikstofmonoxide (NO). NO is een krachtige vasodilatator die wordt gesynthetiseerd uit L-arginine met behulp van het enzym NO-synthase (NOS). Het NO-molecuul heeft een korte levensduur van 3 tot 30 s, daarom is de zoektocht naar biomarkers met een stabielere levensduur relevant. Sommigen van hen zijn stikstofoxidemetabolieten, zoals nitraten (NO3-), nitrieten (NO2-), S-nitrosothiolen, 3-nitrotyrosine. Nitraten en nitrieten, metabolieten van stikstofmonoxide, kunnen van belang zijn als een van de veelbelovende biochemische markers die het NO-metabolisme in het menselijk lichaam weerspiegelen. Eerder in onze studie werd de relatie tussen de plasmaspiegel van stikstofmonoxidemetabolieten en de ernst van bronchiale astma aangetoond, wat een voorwaarde kan zijn voor verder onderzoek naar de componenten van het stikstofmonoxidesysteem als potentiële biomarkers van bronchiale obstructieve ziekten.

Een veelbelovende richting in de zoektocht naar biomarkers gerelateerd aan het stikstofmonoxidesysteem is de studie van L-arginine, dat fungeert als een substraat in de reactie van NO-vorming. De biologische beschikbaarheid van L-arginine voor NO-synthasen bepaalt de activiteit van de vorming van stikstofmonoxide in de luchtwegen, zoals blijkt uit het effect van geïnhaleerde L-arginine op het niveau van de uitgeademde fractie van stikstofmonoxide. Eerder, in een Amerikaans onderzoek, vertoonden 26 patiënten met bronchiale astma een significante daling van de L-argininespiegels in het plasma in vergelijking met gezonde vrijwilligers, en laboratoriumdiermodellen toonden aan dat een daling van de L-argininespiegels leidt tot hyperreactiviteit van de luchtwegen. Momenteel zijn er een aantal pilot klinische interventionele studies uitgevoerd waarin de toediening van L-arginine de manifestaties van bronchiale astma bij sommige patiënten verbeterde, maar de frequentie van exacerbaties in de totale steekproef van patiënten niet veranderde. Dit duidt op het mogelijke bestaan ​​van een endotype van bronchiale astma geassocieerd met een verminderde werking van het stikstofmonoxidesysteem, en maakt het veelbelovend om het niveau van L-arginine in het bloed te bestuderen als een potentiële biomarker van obstructieve longziekten.

Naast het bestuderen van stikstofmonoxidemetabolieten, moeten stoffen die de vorming van NO beïnvloeden, worden beschouwd als potentiële biomarkers van de ziekte. Een van die stoffen is arginase, onder invloed waarvan L-arginine wordt omgezet in L-ornithine en ureum. Bij mensen zijn twee iso-enzymen van arginase, arginase 1 en arginase 2, geïdentificeerd, die verschillen in cellulaire locatie en weefselverdeling. Beide arginase-enzymen komen tot expressie in de luchtwegen en kunnen worden aangetroffen in endotheel- en epitheelcellen, fibroblasten, macrofagen en gladde spiercellen van de luchtwegen. Verder metabolisme van L-ornithine leidt tot de vorming van polyaminen en L-proline, die betrokken zijn bij celproliferatie en -differentiatie, evenals bij de productie van collageen. Wetenschappers hebben aangetoond dat verhoogde arginase-activiteit in de luchtwegen bijdraagt ​​aan luchtwegobstructie en hyperreactiviteit door de beschikbaarheid van substraat voor NOS te verminderen. Als gevolg hiervan neemt de productie van NO af en vormen zich superoxiden, die met NO reageren om peroxynitriet te vormen, waardoor de contractiliteit en ontsteking van de luchtwegen toenemen. Bovendien leidt een verhoogde activiteit van arginase in de luchtwegen tot een toename van de productie van L-ornithine, wat mogelijk bijdraagt ​​aan de remodellering van de luchtwegen door stimulatie van celproliferatie en collageenvorming.

Het metabolisme van L-arginine hangt niet alleen af ​​van arginase, maar ook van het methyltransferase-enzym, dat L-arginineresiduen methyleert, die proteolyse ondergaan met de vorming van asymmetrische en symmetrische dimethylarginine (ADMA en SDMA). Deze aminozuren remmen de NOS-activiteit, aangezien ADMA een competitieve remmer van het enzym is, terwijl SDMA een concurrent is van L-argininetransport. Serum ADMA en SDMA, evenals L-arginineconcentraties nemen toe met COPD en nemen verder toe met de ontwikkeling van exacerbatie. Het is belangrijk op te merken dat de concentratie van ADMA in het bloedserum waarschijnlijk een onafhankelijke risicofactor is voor sterfte op lange termijn door alle oorzaken van obstructieve longziekten en wordt geassocieerd met een verhoogde luchtwegweerstand. In de afgelopen jaren zijn er verschillende onderzoeken uitgevoerd naar de associatie van ADMA met obstructieve longziekten. Eerder werd de associatie van ADMA met de ontwikkeling van obstructieve longziekten, luchtwegweerstand en indicatoren van de functie van externe ademhaling bij patiënten met obstructieve longziekten aangetoond.

Er zijn dus voorwaarden voor het bestuderen van de componenten van het stikstofoxidesysteem, zoals metabolieten van stikstofmonoxide, L-arginine, arginase en asymmetrische dimethylarginine, als biomarker van obstructieve longziekten. Op basis hiervan is het de bedoeling om stikstofmonoxidemetabolieten (nitraten en nitrieten), L-arginine, arginase-1 en asymmetrische dimethylarginine te bestuderen bij patiënten met bronchiale astma en chronische obstructieve longziekte, gevolgd door observatie om de prognose van de ziekte.

De studie is gericht op het bestuderen van de klinische waarde van de modulatoren van de stikstofoxidesynthese (L-arginine, arginase-1 en asymmetrische dimethylarginine) bij patiënten met bronchiale astma en chronische obstructieve longziekte, evenals het beoordelen van hun effect op de prognose en het beloop van ziekten.

De leerdoelen zijn

1. Om de niveaus van modulatoren van de synthese van stikstofmonoxide (L-arginine, arginase-1 en asymmetrische dimethylarginine) in het bloed van patiënten met astma en chronische obstructieve longziekte en hun relatie met het klinische verloop van de ziekte te beoordelen.
2. Om de klinische waarde te evalueren van de verhouding van de niveaus van modulatoren van de synthese van stikstofmonoxide (L-arginine, arginase-1 en asymmetrische dimethylarginine) en het niveau van metabolieten van stikstofmonoxide (nitraten en nitrieten) bij patiënten met bronchiale astma en chronische obstructieve longziekte.
3. De mogelijkheid beoordelen om de bepaling van de niveaus van modulatoren van stikstofmonoxidesynthese te gebruiken om het verloop van obstructieve longziekten te voorspellen en de ontwikkeling van exacerbaties van bronchiale astma en chronische obstructieve longziekte te voorkomen.
4. De mogelijkheid beoordelen om gepersonaliseerde behandelingsregimes voor obstructieve longziekten te ontwikkelen, gebaseerd op de beoordeling van de niveaus van modulatoren van de synthese van stikstofmonoxide (L-arginine, arginase-1 en asymmetrische dimethylarginine) in het bloed van patiënten met astma en chronische obstructieve longziekte.

Het is de bedoeling om een ​​prospectieve case-control studie uit te voeren in de drie studiegroepen. Bij alle patiënten wordt uitgevoerd: algemeen klinisch onderzoek; Test van therapietrouw aan inhalatoren; klinische en biochemische analyse van het bloed; spirometrie; beoordeling van het niveau van stikstofmonoxidemetabolieten in serum met behulp van de fotocolorimetrische methode in Griss-reactie; bepaling van het niveau van L-arginine, arginase-1 en asymmetrische dimethylarginine in serum door enzymimmunoassay met behulp van de laboratoriumkit Immundiagnostik (Duitsland). In de tweede fase van de studie, die 2 jaar duurt, zullen de prognostische mogelijkheden van de beoordeling van de niveaus van modulatoren van stikstofmonoxidesynthese worden geëvalueerd met behulp van een gecombineerd eindpunt, inclusief verhoging van het niveau van basistherapie, exacerbatie, ziekenhuisopname en mors geassocieerd met astma en COPD.