Undersøk de metabolske og lipidomiske profilene som er assosiert med varierende karakterer av diabetisk makulopati og retinopati i Sør -Wales (IMLADRIS)

Introduksjon

Diabetisk retinopati (DR) legger en enorm belastning for oftalmiske kliniske tjenester over hele verden som en av de viktigste årsakene til redusert syn hos voksne i yrkesaktiv alder [1,2]. Dette kommer bare til å forverres etter hvert som befolkningen vokser med estimater på 700 millioner pasienter over hele verden innen 2045, med økning hos personer med DR fra anslagsvis 103 millioner i 2020 til 160 millioner i 2045 [3]. Patofysiologien til DR er dårlig karakterisert, og selv om vi forstår noen aspekter av sykdomsprosessen, forblir noen uutforsket.

Tidlig i utviklingen av DR er det en sammenbrudd av blod-retinalbarrieren med tap av pericytter. Dette muliggjør lekkasje av vaskulære bestanddeler i netthinnen og også strømning av metabolske markører fra netthinnevev til den systemiske sirkulasjonen [4]. Det er en rekke aspekter ved denne prosessen som garanterer videre undersøkelse fra et perspektiv på de metabolske forstyrrelsene som oppstår, og hva som kan drive dem.

Tidlig i utviklingen av DR er det forstyrrelse av autoregulering av blodstrøm til netthinnen med en tilsynelatende forstyrrelse i argininmetabolismen som reflektert i metabolomisk serumanalyse [5,6]. Dette beviset og bevisene på påfølgende endringer i fettsyreoksidasjon så vel som kompleks lipidsyntese er avledet fra dyremodeller og små populasjonsstudier i veldig spesifikke etniske årskull, for eksempel Pima -indianerne i USA [5,7]. Videre ser det ut til å være begrenset bevis for en effekt på purinmetabolismen som er avgjørende for fosfokolin og fosfatidyletanolaminsyntese [8].

Sammen med forstyrrelse i syntese av disse avgjørende lipidene, forstyrres ceramidmetabolismen med en reduksjon i "probarrieren", veldig lange kjedekeramider og økt produksjon av kortere kjede "pro-apoptotiske" ceramider [9-12]. Dette gir en kobling til den potensielle terapeutiske fordelen med fenofibrat som har vist seg i storskala studier å ha en gunstig effekt på DR uavhengig av dens effekter på serum med lav tetthet lipoprotein (LDL) nivåer [9,13]. Dette er postulert for potensielt skyldes endret ceramidmetabolisme og syntese, en prosess som er godt etablert for å bli forstyrret hos personer med diabetes [14].

Alt dette beviset gir innsikt i noen små områder med dysregulert lipidmetabolisme og funksjon i netthinnen, men et mer sammenhengende bilde er nødvendig for å virkelig forstå rollen i potensiell biomarkørutvikling, samt forstå de potensielt mekanistiske rollene forstyrret lipidmetabolisme kan spille i sammenheng med DR.

Et fremvoksende interesseområde er samspillet mellom tarmmikrobiomet og retinal sykdom. I dette nye feltet er det noen bevis for at konstitusjonen av tarmen mikrobiom kan påvirke retinalpatologien som enkeltpersoner utvikler gjennom et komplekst samspill av sirkulerende faktorer. Når en slik faktor er metabolitten til en gallesyre-tauroursodeoxycholic acid (TUDCA) [15-18]. Dette virker på takeda g proteinkoblet reseptor 5 (TGR5) reseptor uttrykt i netthinnen, og har noen bevis for at det reduserer tilgangen til inflammatoriske celler til netthinnen som beskytter den mot DR-utvikling og bevarer fotoreseptorer [15-18]. Bevisene er imidlertid noe knappe, og det er ikke en fullstendig forståelse av hvordan denne effekten kan oppstå, og om den virkelig er reproduserbar i forskjellige eksperimentelle miljøer.

Som en del av denne studien tar vi sikte på å undersøke endringene i lipider i blodet som kan gjenspeile skadelige endringer i netthinnelipidmetabolisme, ikke bare som følge av, men også bidra til tap av integritet av blod-retinalbarrieren, og hvordan dette kan påvirkes av sirkulerende markører som er assosiert med endret tarmmetabol.

Bakgrunn

DR presenterer en stor utfordring for klinisk praksis og offentlig helseomsorg fra lav- og mellominntektslandene til høyinntektsland som Storbritannia [1]. Som sådan enhver innsikt i mekanistiske veier som kan utnyttes for å behandle DR på et tidligere stadium potensielt gir stor fordel i å lindre helsevesenet med en enorm mengde pasienter som krever mer intensiv behandling med en større belastning av oppfølging.

Vital for utvikling av en vellykket ny terapi eller biomarkør er en grundig forståelse av de grunnleggende patofysiologiske mekanismene som sykdommen initierer og utvikler seg. For øyeblikket er det god forståelse for visse aspekter ved DR som rollen som vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF) ved å drive proliferativ endring og økt karpermeabilitet som ligger til grunn for diabetisk makulært ødem (DMO) [19]. Imidlertid forstås relativt lite om de metabolske endringene som oppstår i netthinnen for å drive produksjonen av VEGF.

Fundamentalt er det godt etablert at dårlig glykemisk kontroll disponerer for verre DR [20,21]. Imidlertid utgjør denne variasjonen i hemoglobin A1c (HbA1c) sannsynligvis bare omtrent 6,6% av risikoen for å utvikle visjoner som truer DR [5,22]. Det er viktig at vi bedre forstår den uforklarlige risikoen for å gi bedre tidlig omsorg for dem med DR.

For øyeblikket har vi en håndfull studier på endringene i lipidmetabolisme hos de med DR og flere studier i murine modeller [7,7,9-12,18]. For tiden danner dette ikke et sammenhengende bilde av hvilke lipidveier som virkelig er forstyrret og godt kan underbygge de tidlige endringene i DR. I tidligere studier har det blitt postulert at kompleks sfingolipid- og ceramidmetabolisme delvis kan gjenspeile forskjeller hos de med og uten DR [7,10,11]. Dette har imidlertid ikke blitt gjentatt i forskjellige grupper av pasienter og ikke validert i en annen populasjon.

På samme måte er det et antall studier som undersøker rollen som tarmmikrobiomet ved netthinnesykdommer [16,23-26]. Det er et enda mindre antall som fokuserer på tarmmikrobiommangfold og DR -utvikling [26,27]. Avgjørende ser det ut til å være noen gode bevis på at tarmmikrobiomet kan påvirke utviklingen av DR via ennå dårlig definerte veier [27].

Vår foreslåtte studie har som mål å undersøke endringene i lipidmetabolisme hos personer med forskjellige karakterer av DR, med denne kunnskapen vil vi kunne forstå hvordan disse endringene kan disponere individer til å utvikle forskjellige karakterer av DR, og potensielt gi nye terapeutiske mål for fremtidig intervensjon.

Forskningsspørsmål

Er det blodplasmalipider som kan gjenspeile forskjellige stadier av DR, potensielt fungere som en biomarkør for å veilede screening og gi mekanistisk innsikt i patofysiologien til DR?

Studieoversikt

Mål og mål

Hovedmål

- Å undersøke serum lipidom hos personer med forskjellig alvorlighetsgrad av DR

Sekundære mål

• For å sammenligne de lipidomiske markørene i de med og uten diabetisk makulopati for å få potensiell mekanistisk innsikt
• For å undersøke interaksjonen mellom sirkulerende markører assosiert med mikrobiomet og hvordan det kan påvirke lipidmetabolismen i netthinnen og alvorlighetsgraden av DR uttrykt av et individ
• For å kartlegge lipidmetabolismeveiene som kan bidra til utvikling av forskjellige karakterer av DR

Metode

Studietype

Observasjonssakskontrollstudie

Studieoversikt

Observasjons-casekontrollstudie som sammenligner lipidomiske og metabolomiske profiler hos personer med diabetes og varierende grad av DR og DMO som beskrevet nedenfor. De vil bli screenet og rekruttert via rutinemessig deltakelse og identifikasjon fra vår nåværende klinikkdatabase over DR -pasienter. De vil få informasjon om studien før samtykke.

Etter at disse dataene vil bli samlet inn fra deres saksregister, inkludert grunnleggende demografiske data, medisinsk historie, aktuell terapi for diabetes og detaljer om deres oftalmiske diagnose, inkludert relevante parametere fra optisk koherens tomografi (OCT) -skanninger og klinisk undersøkelse inkludert logaritme for minimumsoppløsningsvinkelen (logmar). De vil gi serum og urinprøver. For å minimere effekten av studien på deltakerne og tilleggskostnadene som er implisitt, vil denne eksemplarinnsamlingen bli tatt på rutinemessige klinikkbesøk der det er mulig av medlemmer av forskerteamet i Prince Philip Hospital (PPH).

Deltakerne vil ha alle data pseudo-anonymisert på innsamling med en database med identifiserbar informasjon og utpekte studie-IDer som er holdt i studiefilen i HDDUHB på et låst sikkert kontor. Ettersom det er en observasjonell case-control-studie, vil det ikke være noen randomisering, og blending vil bare forekomme på prøvebehandlings- og analysestadiet, og forskerteamet ved HDDUHB vil bare ha tilgang til de pseudo-anonyme dataene.

Studiepopulasjoner, fagvalg, rekruttering og studieplan

Retrospektiv potensiell deltakeridentifikasjon og rekruttering:

Kvalifiserte pasienter vil bli identifisert fra saksregister av Direct Care-teamet fra HDDUHB-eksisterende DR-database og andre kliniske kilder, inkludert klinikkoppmøtejournaler. Inkludering av forskningssykepleierne som en del av forskningsleveringsteamet vil gi mulighet for mer effektiv organisering av studiebesøket inkludert informert samtykke og prøveinnsamling av forskningssykepleierne som en del av studien rundt normal klinikkoppmøte. Dette forbedrer effektiviteten av organisering av studiebesøk rundt klinikkbesøk. Dette ble diskutert med pasienter med diabetes som var enige om at dette var en akseptabel og å foretrekke tilnærming for å gjøre det så enkelt for dem som mulig å få prøveinnsamlingsbesøket ordnet.

Disse pasientene vil bli kontaktet på en ad hoc -prosess via invitasjonsbrev og deltakerinformasjonsark (PIs) og den mest oppdaterte GDPR -brosjyren for pasienter fra HDDUHB FoU -avdelingen. Dette vil bli fulgt opp av forskerteamet med et telefonintervju fra FoU -sykepleierne. Dette vil følge telefonscreeningsplanen (se vedlegg) dersom deltakeren kommuniserer sin vilje til å delta. Dette "intervjuet" vil stort sett omfatte å sjekke en potensiell deltakers vilje til å delta, en vurdering av deres valgbarhet og organisering av studiebesøket - dette vil ikke være en del av forskningsdatainnsamlingen. Hvis de ønsker å bli inkludert i studien, vil et besøk på FoU -avdelingen bli arrangert rundt deres standard klinikkoppmøte. Dette besøket vil være for videre vurdering av valgbarhet før informert samtykke og prøveinnsamling.

Potensiell rekruttering:

Pasienter som deltar på medisinske netthinnestjenester med nylig diagnostiserte DR i ulik grad eller DMO vil bli sendt en PI -er, den mest oppdaterte GDPR -brosjyren for pasienter fra HDDUHB FoU -avdelingen, og invitasjonsbrev før deltakelse på klinikken. Den gjennomgangsklinikeren vil deretter diskutere studien med pasienten og invitere dem til å delta før klinisk gjennomgang. Når det gjelder en kvalifisert pasient som er en ny sak identifisert på dagen, kan klinikeren introdusere studien og gi PI -er og invitasjonsbrev til pasienten mens han venter på OCT -skanninger og klinisk gjennomgang. Klinikeren vil deretter dele potensielle deltakere detaljer med forskningsleveringsteamet for å sørge for studiebesøket, inkludert ytterligere valgbarhetsvurdering, informert samtykke og eksempler på innsamling.

I tillegg vil det være plakater som publiserer studien som er lagt ut i PPH som vil inneholde kontaktinformasjon for studieteamet slik at interesserte potensielle deltakere kan kontakte studieteamet. Etter dette vil de motta invitasjonsbrevet og PI -er, som vil bli fulgt av en telefon fra forskningsleveringsteamet for å vurdere valgbarhet og plan for studiedeltakelsen.

Dette er skissert i følgende flytskjema:

Samtykke vil bli gitt under oppmøte av FoU -avdelingen hvis personen samtykker i å delta og oppfyller inkludering og eksklusjonskriterier.

Vi vil ta sikte på å rekruttere 14-20 pasienter i gruppene som er definert nedenfor i avsnitt 2.2.4, Dette vil tilfredsstille strømberegningene som er beskrevet nedenfor.

Kvalifiseringskriterier

Inkluderingskriterier vil være:

Diagnose av type 2 diabetes mellitus mann eller kvinne i alderen 18 - 80 inkluderende

Eksklusjonskriterier vil være:

Deltaker som ikke er i stand til eller uvillig til å samtykke til inkludering i studien tidligere behandling med intravitreal terapier for DMO -potensiell deltaker med en kjent infektiv sykdom som kan sette studieteamet i fare (f.eks. TB, HIV, hepatitt) alder 17 år eller mindre eller 81 år eller eldre kjent underliggende genetisk tilstand som påvirker lipidmetabolismen

Deltakerne vil bli tildelt en av seks grupper, basert på deres forskjellige karakterer av diabetisk øyesykdom som beskrevet nedenfor:

Gruppe 1 - Ingen diabetisk retinopati eller makulopati Gruppe 2 - mild preproliferativ DR -gruppe 3 - Moderat pre -proliferativ DR -gruppe 4 - alvorlig pre -proliferativ DR -gruppe 5 - Proliferativ DR -gruppe 6 - DMO med noen grad av DR og ingen tidligere behandling

Kraftberegning

Kraftberegning

For primært utfall av lipidomiske markører har vi basert våre beregninger på tre tidligere studier. Den første er Yun et al., 2020, som demonstrerte endrede konsentrasjoner av acylkarnitin C16 (AC (C16: 0). Her var AC (C16: 0) i gjennomsnitt 0,35 μm lavere hos de med DR enn de uten (gjennomsnitt ± standardavvik: 0,125 ± 0,025 μm mot 0,09 μm). Den andre studien er at han et al., 2024, som sammenligner forskjellige lipider mellom de med T2DM og DR kontra de med T2DM og ingen DR. I således studerte de med T2DM og DR ceramid (D18: 0/24: 0) (CER (D18: 0/24: 0)) på 22.36 Log2 transformerte data til 23.00 i de uten DR med et standardavvik på omtrent 0.5 log2 -enheter.

Bruke formelen nedenfor for beregning av prøvestørrelser:

n = 2 [(z_α+z_π)^2/{((μ_obs-μ_con))/σ}^2]

Hvor z er fra standardisert normalfordeling, som representerer betydning og kraft. Vi satte signifikansnivået på 5% (sjanse for en type I -feil), Z_α = 1,96. Vi setter kraften (π) til 90% (100% - β, sjansen for at en type II -feil) gir z_π = 1.282.

Dette genererte en gruppestørrelse på 11 for AC (C16: 0) og 13 for CER (D18: 0/24: 0). Dermed bør grupper på minst 14 gi tilstrekkelig kraft basert på de ovennevnte beregningene.

Statistisk analyseplan

Statistisk analyse Databehandling: Bruke standardprotokoller som allerede er etablert i JLGs gruppe ved bruk av standardisert dataekstraksjon og normalisering for lipidomiske og metabolomiske teknikker programvare: Pychem, Umetrics Simca, R Studio, Metaboanalyst 3.0 og Roccet. Dataanalyse: Egnet univariat toveis ANOVA for parametriske data og Kruskal-Wallis-testing for ikke-parametriske data vil bli brukt for statistisk testing av passende kliniske parametere. Multivariat statistisk analyse inkludert PLS-DA og arvingsklyngeanalyse av metabolske nettverk vil bli utført for lipidomiske og metabolomiske data. Regresjonsanalyse vil bli brukt for analyse av kliniske parametere og potensielle biomarkører. Mottakerens driftskarakteristiske kurveanalyse vil bli brukt til vurdering av deres ytelse ved å diskriminere forskjellige alvorlighetsgrader av DR og DMO.

Betydningsterskel: P <0,05 med korreksjoner for falske oppdagelsesrater.

Studieutfall

Studieutfallet vil være fullført analyse av sirkulerende lipider for å gi innsikten om det er noen endringer i systemiske sirkulerende lipider og metabolitter som kan være assosiert med DR og potensielt gi en forklaringsmekanisme for differensial sykdomsuttrykket hos forskjellige individer.

Tidsskala

Studien vil søke om HDDUHB -sponsing via forskningskvalitet og sponsorgruppe (RQSG) innen oktober 2024, med tanke på å fortsette til NHS REC og HRA/HCRW Review i november/desember 2024. Porteføljestatus vil bli vurdert som en del av HRA/HCRW -gjennomgangen. Etter godkjenninger og lokalt oppsett, er måldatoen for å starte rekruttering januar 2025, med studiebesøk for å begynne fra midten av januar 2025 i opptil 12 måneder til januar 2026. Analyse vil skje fra juli 2025 og avslutte resultatene og innsending for publisering fra april 2026 med pågående analyse av blodplasma og urinmetabolitter og lipider frem til januar 2030 bare for denne studien her. Retensjonstiden er lengre enn den innledende analysen, slik at eventuell omrealyse kan utføres dersom det skal være noe avvik i resultater eller for å validere funnene fra studien. Når denne analysen er fullført vil prøver bli ødelagt, kan dette være før januar 2030.

Slutten av studien er definert som fullføring av alle studiebesøk, og fullføring av alle metabolomiske og lipidomiske analyser på prøver samlet.

Publikasjonspolitikk

Resultatene vil bli sendt inn for fagfellevurdert publisering og presentasjon på konferanser for formidling. I ethvert tilfelle av publisering eller presentasjon vil bare anonymisert informasjon bli publisert som ingen individuell deltaker vil være identifiserbar fra grupperte data. Det vil ikke være noen individuelle casestudier eller publisering av noen data som vil gi mulighet for identifisering av frivillige. For publiseringsformål vil Francis Sanders være den første forfatteren, Rebecca Thomas den andre forfatteren, Colm McAlinden den tredje forfatteren, Julian Griffin nest siste forfatter og Eirini Skiadaresi den endelige forfatteren. Enhver rapport vil bli delt med studiesponsoren, HDDUHB, HCRW og alle samarbeidsteamet, og alle deltakerne vil få muligheten til å motta en kopi av publiserte rapporter.

Eierskap av dataene som oppstår fra denne studien er bosatt i studieteamet og deres respektive arbeidsgivere. Enhver intellektuell eiendom som oppstår som følge av denne studien vil bli delt mellom studiens bidragsytere i samsvar med deres proporsjonale bidrag.