Mitokiner ved KOLS

INNLEDNING Kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS) er karakterisert ved progressiv og knapt reversibel obstruksjon av luftveiene, som i utgangspunktet påvirker de små luftveiene (kronisk obstruktiv bronkiolitt), varierende forbundet med ødeleggelse av lungeparenkymet (emfysem). 10 % av personer over 45 år har KOLS. Kols forventes å være den tredje ledende dødsårsaken i verden innen 2020. Den ledende årsaken til KOLS i vestlige land er kronisk tobakksrøykkontakt med luftveiene, med massiv inntreden av mange giftige stoffer og reaktive oksygenarter (ROS) til kroppen som induserer oksidativt stress (OS). OS ved KOLS er både eksogent (ROS inhalert) og endogent (ROS indusert av tobakksgifter og av egen sykdom). Noen forskere mener at OS ved KOLS er nært knyttet til en særegen type akselerert cellulær senescens assosiert med en kronisk inflammatorisk prosess som ikke bare påvirker luftveiene, men også mange andre deler av kroppen (skjelettmuskulatur, kardiovaskulært system, global metabolisme). , immunologisk system, etc.).

Mitokondriell dysfunksjon spiller en sentral, men ikke eksklusiv, rolle i oksidativt stress, cellulær senescens og kronisk betennelse. Derfor vil en bedre forståelse av mitokondriell dysfunksjon som ligger til grunn for KOLS gjøre det mulig å bedre forstå fysiopatologien og identifisere nye mulige terapeutiske mål. Mitokondrieendringene av KOLS i bronkopulmonale, muskulære og immunologiske områder er bredt dokumentert både morfologisk og patofysiologisk. Mitokondriell dysfunksjon kan være primær (medfødt) eller sekundær (ervervet, som ved tobakksrøyking). Det er et bredt konsept som inkluderer svekket cellulær energiproduksjon, overdreven generering av ROS eller av noen metabolitter fra Krebs-syklusen i mitokondriene, og tap av kvalitetskontroll av essensielle mitokondrielle komponenter som til slutt fører til unormal produksjon av intramitokondrielle molekyler (mtDNA, ATP, cytokrom c, Romo1 etc.) til cytosol og ekstracellulære væsker. Noen av disse molekylene oppfører seg som DAMPs (skadeassosierte molekylære mønstre) og induserer en aktivering av medfødt immunitet, og dermed betennelse. Blodnivåer av Cytokrom C og Romo1 har blitt foreslått som markører for oksidativt stress. Hovedfunksjonen til mitokondriene er generering av ATP, det grunnleggende energibærende molekylet for vedlikehold av den levende cellen. Genereringen av ATP produseres fra andre energiforløpere i mitokondriene gjennom det oksidative fosforyleringssystemet koblet til elektrontransportkjeden (OXPHOS/ETC). Disse organellene spiller også en grunnleggende rolle i 1) dannelsen av spesifikke metabolitter av karbohydrater, lipider og proteiner, som er essensielle for flere cellulære funksjoner, 2) syntesen av hemer og steroidhormoner, 3) håndteringen av "klyngene" av Fe og S, 4) cellulær homeostase av intracellulært kalsium, 5) immunrespons, både medfødt og ervervet, og 6) regulering av noen typer apoptose.

Celler reagerer kontinuerlig på miljøendringene de utsettes for. I situasjoner med cellulært stress (f.eks. kalorimangel, mangel på spesifikke næringsstoffer, endringer i temperatur osv.) cellekjernen reagerer ved å sende signaler til mitokondriene slik at de modifiserer funksjonen sin for å tilpasse seg endringen (anterograd signalering fra kjernen til mitokondriene: for eksempel fysisk trening forbruker ATP i muskelcellen, som aktiverer AMPK, som aktiverer den nukleære transkripsjonskofaktoren PGC-1alpha, som igjen aktiverer OXPOS/ETC og mitokondriell biogenese). På den annen side, når det er en stressende situasjon i selve mitokondriene (f.eks. overdreven produksjon av frie oksygenradikaler, utfoldede intramitokondrielle proteiner, etc) sendes signaler til kjernen for at den skal modifisere produksjonen av proteiner beregnet på å forhindre/korrigere mitokondriell skade, inkludert chaperoner, antioksidanter eller proteolytiske enzymer proteolytisk (autonom eller intracellulær retrograd signalering) .

Mitokondrier har nylig vist seg å være i stand til direkte eller indirekte å generere peptider som ikke bare påvirker den egen cellen som produserer dem, men de har effekter på avstand (ikke-autonom eller ekstracellulær retrograd signalering). Disse stoffene, oppdaget av Dillins gruppe, kalles mitokiner og sender signaler fra vev med stressede mitokondrier til hele kroppen, og er hormoner som forbereder hele organismen til å reagere på cellebelastningen den kommer til å bli utsatt for.

Mitokiner frigjøres når det er noen form for mitokondrielt stress (medfødte eller ervervede mutasjoner i mtDNA, forstyrrelser i OXPHOS/ETC som genererer oksidativt stress, mitokondrietoksiner, etc.). Hos pattedyr er mitokondrielt stress generelt assosiert med den såkalte integrerte cellulære responsen på stresset (ICRS)". En av de viktigste mekanismene til ICRS er UPR (Unfolded protein response), der mitokondrier deltar på en koordinert måte med det endoplasmatiske retikulumsystemet og cellekjernen.

Det finnes minst to forskjellige typer mitokiner: 1) primære mitokiner, kodet i mitokondrielt DNA (mtDNA) og 2) sekundære mytokiner, kodet i kjerne-DNA (nDNA), hvis sekresjon reguleres gjennom aktiveringssignaler fra de stressede mitokondriene til nDNA (f.eks. ATF4 osv.). Humanin (HN), MOTS-c (Mitochondrial ORF of the Twelve S-c), og seks peptider som ligner på humanin (SHLPs 1-6) regnes som primære mitokiner, selv om antallet kan være høyere. Inntil nylig ble det antatt at mitokondrie-DNA bare kodet for 37 gener (13 peptider funnet utelukkende i mitokondriene, alle underenheter av ETC, 22 overførings-RNA-tRNA- og 2 ribosomale RNA-rRNA-) RNA-er. Vi vet nå at 16s og 12s rRNA inneholder sORFs ("short open reading frames") som oversetter sekretoriske peptider fra 20-30 aa. Det er ikke kjent hvilke intime mekanismer som regulerer syntesen og frigjøringen av disse mitokinene, selv om det er mulig at de er relatert til en mitokondriell ribosomal aktivering. Når det gjelder sekundære mitokiner (de som er kodet i kjernefysisk DNA) under aktivering av ATF4 kjenner vi til fibroblastisk vekstfaktor 21 (FGF21), vekst- og utviklingsfaktor 15 (MIC1/GDF15), follistatin og intermedin-adrenomedullin2. Disse mitokinene reagerer også på andre stimuli, uavhengig av mitokondriene.

Humanin er et peptid på 21 eller 24 aa, med flere cytobeskyttende funksjoner mot mitokondriell skade (øker syntesen av antioksidanter og chaperoner for 4 utfoldede proteiner). Det er antiinflammatorisk (senker de inflammatoriske cytokinene og øker de antiinflammatoriske cytokinene) og antiapoptotisk (blokkerer apoptotiske faktorer som Bak og IGFBP3), gjennom minst 2 membranreseptorer og flere interaksjoner med andre intracellulære og ekstracellulære proteiner, i mange vev (nervesystem, lever, hjerte, karvegg, skjelettmuskulatur, retinal pigmentepitel, gonader etc). Det har også gunstige metabolske effekter (reduserer insulinresistens på sentralt nivå, beskytter betacellen i bukspyttkjertelen mot oksidativt stress og har negativ tilbakemelding med IGF1). Nylig har det blitt bevist at personer med høye nivåer av dette hormonet har mindre kognitiv svikt med alderen og er også svært langvarige.

MOTS-c er et annet lite peptid på 16 aa, kodet mtDNA, men syntetisert utelukkende i de cytosoliske ribosomer, som også har gunstige antioksidanter og metabolske effekter, da det reduserer insulinresistens og forhindrer fedme. På den annen side øker det motstanden mot noen infeksjoner, øker og reduserer benresorpsjonen, så det kan ha antiosteoporotiske effekter. Begge hormonene kan måles i blodet med ELISA, selv om det er visse avvik i plasmanivåene deres avhengig av testen som brukes.

FGF21 er et velkarakterisert hormon som stimulerer ketogenese og beta-oksidasjon av fettsyrer. Dens sekresjon reguleres av faste og aktivering av reseptorer PPAR-α, men det er også kjent at den stiger i enhver situasjon med mitokondrielt stress som aktiverer mitokondrier-til-kjerne-signaler. MIC1/GDF15 er et annet sirkulerende hormon som reduserer sult, og aktiverer et spesifikt reseptornivå (GFRAL) som finnes i postrema-området og kjernen i solitærkanalen. Forhøyede nivåer av GDF15 er funnet i kreftkakeksi og i mange andre situasjoner, blant dem KOLS. Det frigjøres også når mitokondrie-til-kjerne-signalene aktiveres. Ved KOLS, av alle mitokinene som er gjennomgått her, er det kun informasjon om GDF15-blodnivåer, men det er ingen data i litteraturen om nivåene av de andre mitokinene. Etter hvert som KOLS utvikler seg, vil det sannsynligvis øke nivået av mitoquiner i blodet gradvis, noe som uttrykker ytterligere forverring av mitokondriell funksjon, selv om nivåene deres bare kan øke opp til et visst nivå, og deretter reduseres når mitokondriell skade er uutholdelig, og dermed utgjøre en slags mitohormetisk respons. HYPOTESE Mitokiner, uttrykt i sammenheng med mitokondriell dysfunksjon, er endret hos KOLS-pasienter og er assosiert med verste kliniske utfall. Videre kan mitokiner brukes som prognostiske faktorer og potensielle terapeutiske mål ved KOLS. MÅL

1. - Å beskrive mitokinnivåer i en kontrollgruppe, en gruppe stabile KOLS-polikliniske pasienter og en gruppe forverrede KOLS-pasienter.
2. - For å beskrive forskjeller i halvtonenivåer i ulike grupper av KOLS-pasienter (ulike nivåer av obstruksjon, pasienter med høy risiko for forverring vs. ingen risiko for forverring, pasienter med CAT-score <10 vs resten av pasienter, pasienter med lavt fettfritt- Masseindeks (FFMI) vs. resten av pasientene).
3. -For å evaluere korrelasjonen mellom halvtoner og ulike kliniske utfall som FFMI, distanse gikk i 6 minutters gangtest, FEV1, CAT-score.
4. - For å evaluere om mitokiner kan brukes til å forutsi fremtidig risiko for forverring og sykehusinnleggelse.

METODER

Studiepopulasjon

Inkluderings- og eksklusjonskriterier:

Stabile KOLS-pasienter: vil bli valgt fra Pneumologiske poliklinikker fra Sykehus

Universitario Marqués de Valdecilla. Pasienter med KOLS må oppfylle følgende kriterier:

40 år eller eldre med baseline post-bronkodilatator tvungen ekspirasjonsvolum på 1 s [FEV1]/tvungen vitalkapasitet [FVC] ≤0,70.

Forverrede KOLS-pasienter: Vil bli valgt fra pasienter innlagt ved Hospital Universitario Marqués de Valdecilla med diagnosen KOLS-eksaserbasjon.

Kontrollgruppe: vil bli hentet fra pasienter uten KOLS eller annen akutt eller kronisk luftveislidelse og og pasienter pårørende.

Å akseptere en alfarisiko på 0,05 og en betarisiko på 0,2 i tosidig test 30 forsøkspersoner er nødvendig i den første gruppen og 90 i den andre for å finne en statistisk signifikant andelsforskjell som forventes å være på 0,45 i gruppe 1 og 0,1 i gruppe 2 Forventer et frafall på 5 %. ARCSINUS-tilnærmingen. Denne beregningen er utført i henhold til tidligere publiserte studier utført av vår gruppe. Vi beregner en enkel størrelse på 120 pasienter med KOLS, 30 pasienter med KOLS-eksaserbasjon og 30 kontroller.

Mål påmelding/prøvestørrelse 180 Forventet påmeldingsrate 25 pasienter hver måned Estimert studiestartdato: Prøver samlet inn i Biobank fra 01.12.2019 Prøver sendt til biokjemi lab 01.03.2020 Estimert studiesluttdato: (slutt på oppfølging) 05.04.2021 Studie Design og metoder Observasjonsprospektiv studie. Pasienter vil bli rekruttert fra KOLS-poliklinikker, Røykesluttpoliklinikker og fra pasienter innlagt på sykehus på grunn av KOLS-forverring. Alle pasienter vil få skriftlig informert samtykke til å delta. Denne studien var allerede godkjent av Etikkkomiteen i Cantabria (CEIC).

Deltakere

1. Stabil KOLS (40 år eller eldre med baseline post-bronkodilatator tvungen ekspirasjonsvolum på 1 s [FEV1]/tvungen vital kapasitet [FVC] ≤0,70) vil bli rekruttert under deres vanlige oppfølging.
2. Kontrollgruppe: alders- og kjønnsmatchede frivillige uten tidligere diagnose av KOLS eller andre respiratoriske tilstander, og med post-bronkodilatator tvungen ekspiratorisk volum på 1 s [FEV1]/tvungen vitalkapasitet [FVC] >0,70.
3. Forverrede KOLS-pasienter: Pasienter med tidligere diagnose KOLS (40 år eller eldre med baseline post-bronkodilatator tvungen ekspirasjonsvolum på 1 s [FEV1]/tvungen vitalkapasitet [FVC] ≤0,70) innlagt på lungeavdeling på sykehus på grunn av KOLS-eksaserbasjon.

Charlson Comorbidity Index vil bli registrert fra alle deltakerne i studien. Pasienter med akutte eksacerbasjoner 1 måned før studien, pasienter inkludert i lungerehabilitering i løpet av studien eller 6 måneder før inklusjonsperioden, med andre potensielle årsaker til sarkopeni (maligne sykdommer, hjertesvikt, hypertyreose eller andre kroniske ødeleggende sykdommer) og pasienter med kjente kroniske nyresykdommer eller nylig akutt nyreskade vil bli ekskludert fra studien. Blodprøver og alle andre målinger vil bli gjort samme dag som pasientene aksepterer å delta i studien.

Kliniske egenskaper

Ved innrulleringen i studien vil KOLS-pasienter deles inn i ulike kategoriske grupper: (1) ikke-symptomatiske pasienter (COPD Assessment Test [CAT]-score < 10) versus symptomatiske pasienter (CAT-score ≥10), (2) pasienter uten dyspné. (modifisert Medical Research Council dyspné-score [mMRC] < 2) versus dyspnépasienter (mMRC ≥2), høy risiko for eksacerbasjonspasienter (de med 2 eller flere eksacerbasjoner som krever behandling med antibiotika eller systemiske steroider eller minst én sykehusinnleggelse i forrige år) versus lav risiko for eksacerbasjonspasienter, og (4) tidligere røykere versus aktive røykere. Etter inntreden i studien vil det bli tatt blodprøver, og pasientene følges opp i 1 år (ett besøk etter 6 måneder og ett besøk etter 12 måneder) og forverringer og sykehusinnleggelser vil bli registrert prospektivt. I løpet av oppfølgingsperioden vil alle kliniske etterforskere i studien bli blindet for resultatene av mitokinene. I løpet av denne perioden vil pasienter med mulige lungeeksaserbasjoner bli instruert om å gå fritt til akuttmottaket på sykehuset, og det legeteamet vil fritt bestemme om de skal legges inn på sykehus eller ikke, i henhold til deres egne kliniske kriterier.

I henhold til mitokinnivåene vil pasienter bli delt inn i to grupper: en sammensatt av de innenfor den høyeste kvartilen av mitokinene og den andre gruppen vil inkludere pasienter i de tre andre kvartilene av nivåene av mitokinene.

Målinger Basal dyspné vil bli registrert ved hjelp av mMRC dyspnéskala. CAT-poengsum vil bli registrert av selvadministrert spørreskjema. Tidligere eksaserbasjoner vil bli registrert fra kliniske journaler fra pasienter inkludert i studien. Spirometri vil bli målt i henhold til American Thoracic Society/European Respiratory Society (ATS/ERS) i alle fag.

Kroppssammensetningen vil bli estimert av en bioelektrisk impedansenhet (OMROM BF511, Omrom, Japan), og FFMI vil bli beregnet som forholdet mellom FFM og høyden i meter i kvadrat. Gangtesten på 6 minutter vil bli utført i henhold til protokollen til American Thoracic Society: pasienter ble bedt om å gå så langt de kan på 6 minutter i en 30 m rett korridor uten avbrudd. På slutten av testen vil avstanden som pasientene har gått og dyspné bli registrert. Humanin og MOTS-c vil bli målt ved ELISA (Mybiosource), FGF21 og GDF15. Vil bli målt med ELISA (Quantikine). Om mulig vil Romo1 også bli målt med ELISA. Studien vil bli delt inn i 3 besøk: BESØK 1: Blodprøvetaking og kliniske karakteristikker. BESØK 2: 6 måneder etter besøk 1: Forverringer og sykehusinnleggelser (antall og dato) etter besøk 1. BESØK 3: 12 måneder etter besøk 1: Forverringer og sykehusinnleggelser (antall og dato) etter besøk 2.

Studieendepunkter Primært endepunkt: Mitokiner kan brukes til å estimere sykehusinnleggelsesrisiko hos KOLS-pasienter.

Sekundære endepunkter:

1. -Mitokiner kan brukes til å estimere KOLS-eksaserbasjonsrisiko hos KOLS-pasienter.
2. - Mitokiner er endret hos KOLS-pasienter.
3. - Mitokiner endres ved KOLS-eksaserbasjoner.
4. - Mitokiner korrelerer med ulike KOLS-variabler (FEV1, FFMI..).

Statistisk plan eller dataanalyse Data vil bli presentert som gjennomsnitt ± SD for normalfordelte data eller median (interkvartilt område) for ikke-parametriske data. Forskjeller mellom grupper vil bli analysert ved å bruke uparrede t-tester for parametriske data eller Mann-Whitney-tester for ikke-parametriske data.

Korrelasjoner mellom datasett ble undersøkt ved å bruke Pearson (r) korrelasjonskoeffisient for parametriske data eller Spearman rank (rs) korrelasjonskoeffisient for ikke-parametriske data. Normalfordeling vil bli testet ved hjelp av en Kolmogorov-Smirnov-test.

Kaplan-Meier estimater vil bli brukt for å beregne andelen deltakere som har et arrangement over tid. Univariat og multivariat analyse ved bruk av Cox proporsjonal risikoanalyse vil bli utført ved bruk av SPSS Software versjon 25.00 for PC for å analysere utviklingen av de første hendelsene i henhold til basale nivåer av mitokiner, og for å identifisere risikofaktorer forbundet med eksaserbasjoner og sykehusinnleggelse. Forskjeller vil bli ansett som signifikante hvis p-verdier var mindre enn 0,05. Alle rapporterte p-verdier vil være tosidige.

Begrensninger og etiske hensyn Dette er en enkeltsenterstudie, og den må derfor replikeres i multisentriske studier, med bruk av et høyere antall pasienter fra forskjellige land. Selv om det er kostbart og komplisert, kan enkelte teknikker som muskelbiopsi, ergometri, muskelmasse kvantifisert ved hjelp av CT eller skytteltest utføres for å få bedre oversikt over muskelmasse og funksjon hos disse pasientene.

Det forventes ingen potensiell skade for pasienter fra denne studien. Denne studien ble godkjent av Cantabria etikkkomité (Kode: :2018.276). Selv om studien er finansiert av selskapet GlaxoSmithKline (GSK), er den en uavhengig studie og etterforskerne mottar ingen økonomisk kompensasjon.