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支氣管肺發育不良和非支氣管肺發育不良早產兒血漿蛋白質組學的兩個時間點比較分析

摘要

背景

在本研究中,我們旨在分析支氣管肺發育不良(BPD)和非支氣管肺發育不良(BPD)嬰兒血漿蛋白豐度的差異,以更好地了解該疾病的發病機製。

方法

新生兒(≤30周胎齡)出生時抽取臍血,經後第36周(36 PMA)抽取外周血。根據BPD的發展情況,回顧性將血液樣本細分為BPD(+)組和BPD(−)組。

結果

BPD患兒的特征是臍帶血中維生素、凝膠蛋白和羧肽酶N亞基2水平降低,半乳糖凝集素-3結合蛋白和血紅蛋白-1亞基水平降低,血漿中血清轉鐵蛋白含量在36 PMA時增加。

結論

BPD的發生與早產兒血漿蛋白質組變化相關,這進一步證明了維生素E可用性紊亂和免疫過程受損可能與早產兒肺部並發症的進展有關。此外,它還指出了在診斷為BPD的嬰兒中,與感染抵抗和維持適當的紅細胞壓積水平有關的蛋白質的差異。

背景

盡管新生兒護理得到了無疑的改善,但支氣管肺發育不良(BPD)仍然是早產最常見的不良結局[1].到目前為止,對BPD的病理生理學還沒有完全了解,針對這種疾病的有效的、預防性的、有針對性的治療策略也很少[2].已知的BPD危險因素包括:子宮內肺發育改變,早產導致正常肺泡發育和肺血管形成的停止,呼吸機和氧氣對未成熟肺的損傷,損害肺成熟的營養缺陷,炎症反應和遺傳易感性[23.].然而,盡管屬於BPD發展的高危組,並非所有早產兒都患有這種肺部並發症[4].蛋白質組學可能有助於開發急需的肺損傷早期生物標誌物,闡明病理途徑,並確定與疾病進展相關的蛋白質豐度變化,這可能有助於開發新的治療策略。這也有助於解釋一些早產新生兒對BPD的易感性。到目前為止,有限的研究已經確定了一些蛋白質,如唾液酸結合的igg樣凝集素14、基底細胞粘附分子和血管生成素樣蛋白3,血漿中水平的改變與BPD風險的增加有關[5].對BPD患兒支氣管肺泡灌洗液的研究也揭示了一些潛在參與BPD病理機製的蛋白質,如基質金屬蛋白酶-3 [6].然而,血液樣本仍然是篩查標記物和獲得有關疾病過程的額外信息的首選和最佳可用材料。

在我們之前的論文中,我們描述了不同胎齡早產兒童(包括臍帶血和經後第36周(36 PMA))所有血漿蛋白豐度的比較[789].文章指出蛋白質組差異與胎齡高度相關。最近,我們也發表了描述患有和未患早產兒視網膜病變(ROP)的早產兒血漿蛋白豐度差異的數據[10].

在這項研究中,我們的目的是通過比較有和沒有BPD的嬰兒組中兩個時間點(出生時和36 PMA時)的蛋白質組譜,確定潛在的BPD血漿生物標誌物,並提供更多基於分子的對BPD的理解。然而,根據我們之前的觀察,早產水平對血漿蛋白定量變化有根本性的影響[789].因此,我們對所得結果進行了胎齡標準化處理。

方法

在這篇論文中,我們分析了從一項多中心研究中獲得的數據,以探索早產兒的蛋白質組。這項研究得到了雅格倫大學生物倫理委員會的批準,並遵循了《赫爾辛基宣言》的原則。

登記病人

我們調查了2013年9月1日至2015年11月30日在華沙醫科大學新生兒重症監護室(NICU)連續登記的所有胎齡≤30周的新生兒。父母在產前簽署知情同意書。

血液采樣

在孩子出生後,我們收集了所有研究參與者的臍帶血樣本。第二份血樣(外周靜脈血)在36 PMA取。血漿樣本進一步用於組合肽配體庫-相對和絕對定量等壓標記(CPLL-iTRAQ)定量分析,如前所述[810].

蛋白質組分析

ProteoMiner珠(CPLL珠,Bio-Rad, Hercules, CA)用於富集過程,參考之前發表的協議進行優化[1112].采用iTRAQ方法(Sciex, Framingham, MA)進行定量分析。樣品被富集,胰酶消化,隨機分配到iTRAQ試劑,根據製造商說明標記,最後結合到相應的8plex組件。為了數據的標準化,每個8plex組合包含一個內部的共同參考,該參考由從測量中包含的所有樣本中組合等量的蛋白質生成。接下來,在SCX Macrospin色譜柱(Harvard儀器)上通過強陽離子交換(SCX)層析對標記的多肽進行脫機分離,通過離心(2000×g, 1分鍾)收集流過的部分和11次連續注射洗脫緩衝液,包括5、10、20、40、60、80、100、150、200、300和500 mM醋酸銨在5% ACN和0.1% FA中。因此,每個8plex組合中的標記肽分布在12個SCX餾分中。然後通過反相液相色譜分離每個組分,並通過納米電噴霧離子源在線應用於Velos Pro (Thermo Scientific, Waltham, MA)質譜計。標記的多肽被注射到PepMap100 RP C18 75 μm id .d × 15 cm柱上(Thermo Scientific, Waltham, MA),通過陷阱柱PepMap100 RP C18 75 μm id .d × 2 cm柱(Thermo Scientific, Waltham, MA)。使用65分鍾7 - 45% B相線性梯度(a相- 2% ACN和0.1% FA;B相- 80% ACN和0.1% FA)在UltiMate 3000 HPLC係統(Thermo Scientific, Waltham, MA)上以300 nL/min的流速運行。 Spectra were collected in full scan mode (400–1500 Da), followed by five pairs of Collisional-Induced Dissociation (CID) and Higher Energy Collisional Dissociation (HCD) tandem mass spectrometry (MS/MS) scans of the five most intense precursor ions from the survey full scan and, subsequently, merged to hybrid HCD-CID spectra by EasierMGF software [13].這些都是X!串聯(GPM組織)[14]和彗星[15]搜索引擎,使用PeptideProphet進行統計驗證,並與iProphet集成[16]在跨蛋白質組學管道(TPP)套件軟件下(美國華盛頓州西雅圖係統生物學研究所)[17].多肽錯誤發現率(FDR)由Mayu [18] (TPP)和FDR低於1%的肽鑒定被認為是正確的匹配。在MaxQuant環境中進行肽豐度缺失值的歸責[19在日誌上2-轉換的歸一化iTRAQ,通過從正態分布中提取值,報告強度的準則至少是數據集中肽的值的75%,參數優化以模擬典型的低豐度測量。丹特軟件[20.]用於蛋白質定量和itraq標記肽的統計分析。在肽水平上使用線性模型進行方差分析,並使用Benjamini和Hochberg錯誤發現率(FDR)校正進行調整p值。蛋白質折疊變化被報道為相應的獨特肽的中值。

住院期間的監測

所有參與研究的受試者都接受了BPD症狀的仔細臨床監測,作為護理標準。在經後36周或出院回家時,根據NICHD診斷標準評估BPD的存在和嚴重程度(以先發生者為準)[21].一名接受氧氣治療至少28天的兒童被確診為BPD,另外:輕度BPD -在經後36周呼吸室內空氣或出院回家,以先發生者為準;中度BPD -經後36周需氧< 30%或出院回家,以先到者為準;嚴重的BPD -在經後36周需要≥30%的氧氣和/或正壓(正壓通氣或鼻持續正壓)或出院回家,兩者以先到者為準。

分組

出現BPD(任何嚴重程度)的患者被納入BPD(+)組,而未診斷出BPD的患者組成BPD(−)組。

數據收集

同時收集患者的資料,包括圍產期病史、住院時間和早產並發症的發生率,特別是BPD的發生。

樣本量的合理性

沒有進行正式的樣本量計算,以便實現產生假設的研究。大致的樣本量是基於主要研究的計算[7].簡單地說,主要項目的基本目標是比較不同成熟度組之間的蛋白質豐度水平。功率分析(https://www.dssresearch.com/resources/calculators/)表示用n=每個早產組19例患者,該研究在1.15水平下驗證測量的折疊變化的估計威力為0.98 (p= 0.05)。因此,n= 19例患者被納入每個早產亞組。使用上麵提到的計算,我們可以聲明目前研究的力量至少與上麵提到的出版物一樣——我們可以檢測到BPD(−)和BPD(+)患者之間至少1.15倍的蛋白質豐度變化。

統計分析

兩組間的差異用Wilcoxon-test(單向,Chi2近似)或皮爾遜-齊2-test,酌情使用。研究組直接比較(粗資料)和孕齡標準化後比較(調整資料)。用線性模型擬合每種蛋白質的蛋白質豐度,並計算各對照組指標和胎齡的t檢驗和f統計量。對於每一種被發現在兩組之間有不同濃度的蛋白質,即有錯誤發現率調整的蛋白質p在分析的第一部分中-value < 0.05,使用logistic回歸分析來檢驗這種存在是否由組指標和/或胎齡解釋。為了進行統計分析,一個SPSS軟件包(IBM SPSS Statistics For iOS,版本24.0。阿蒙克,紐約州:IBM公司)。

結果

研究包括57名早產新生兒。兩個時間點的抽血結果共114份血漿樣本用於蛋白質組學分析。在NICU住院期間,36例發生BPD的嬰兒組成BPD(+)組,21例不符合BPD診斷標準的嬰兒組成BPD(−)組(圖)。1)。

圖1
圖1

iTRAQ分析中包含的樣品的流程圖

隊列的總體特征和被分析組間所選變量的差異見表1

表1入選人口學變量與研究組患者住院資料比較

在住院期間發生BPD的兒童,其特征是較低的胎齡和出生體重,他們也更常發生肺炎、動脈導管未閉和ROP。在BPD患兒中29例為輕度BPD, 7例為中度BPD,無一例為重度BPD。中度BPD亞組通常由中位胎齡為24周的最不成熟嬰兒組成[24;26],出生體重- 700克[670;730]女性- 7(100%),產前類固醇- 5(71%),敗血症- 1(14%),腦室3/4 - 1級出血(14%),動脈導管未閉- 7(100%),肺炎- 3(43%),壞死性小腸結腸炎- 1 (14%),ROP - 6(86%),需要激光光凝的ROP - 2(29%)。

在第一階段,我們分析了從臍帶血中獲得的富含cpll的血漿中的蛋白質濃度。住院期間發生BPD的組中33種蛋白質的豐度水平與未發生該並發症的早產兒相比有顯著差異(表2)2)。

表2隨後在NICU住院期間發生BPD的嬰兒與未發生BPD的嬰兒臍帶血血漿蛋白質組的基線差異,調整胎齡前後

從BPD(+)組和BPD(−)組中收集的36個PMA樣品之間的定量比較顯示,27個蛋白質的豐度水平顯著不同(表2)3.)。

表3在36 PMA評估胎齡調整前後,BPD患兒與未發病患兒血漿蛋白質組的差異

經胎齡標準化後,BPD患兒的特征為:維生素、凝膠蛋白和羧基肽酶N亞基2豐度降低,臍帶血載脂蛋白a - i水平呈邊緣性下降。他們還降低了半乳糖凝集素-3結合蛋白和血紅蛋白亞單位-1水平,以及血漿中血清轉鐵蛋白水平在36 PMA升高(表2而且3.)。

討論

我們的研究提出了血漿蛋白質組分析的結果,≤30孕周的嬰兒發生或不發生BPD。我們的研究結果支持了之前的文獻,顯示較低的胎齡和出生體重與較高的BPD風險相關[2].值得注意的是,BPD(+)組更常發生ROP,這可能是由於這些早產並發症具有共同的病因因素[22].此外,我們還確定了三種蛋白質,它們在臍帶血血漿中含量的降低將患有和未患BPD的兒童區分開來。此外,我們還發現,在36 PMA時,確診的BPD兒童的其他三種蛋白質的血漿水平不同,這表明BPD兒童暴露在其他並發症中。

famin是一種結合維生素e的血清糖蛋白,對α-和γ-生育酚異構體具有最高親和力[2324].此外,它還參與與氧化應激相關的抗凋亡細胞過程[25].血液中的維生素a與載脂蛋白A-I (ApoA1)部分相關,載脂蛋白A-I含有高密度脂蛋白亞組分[24].iTRAQ方法證實,這兩種蛋白質在臍帶血樣本中具有相同的濃度變化。值得注意的是,脂蛋白被認為是生育酚的主要血液載體[26].氧化應激的作用被認為在BPD的複雜發病機製中,目前的研究報告了抗氧化褪黑素對齧齒類動物高氧肺損傷的保護作用[27和早產兒[2829].生育酚是最有效的抗氧化劑之一,維生素E缺乏與BPD風險增加有關[30.31].我們試圖推測,臍帶血中維生素和ApoA1含量的降低可能表明生育酚的可用性受到幹擾,因此,在早產兒生命開始時,中和氧化損傷的潛力較低。因此,他們患慢性肺損傷的風險增加。幾項研究表明,早產新生兒在出生後不久維生素E水平會下降[32].不幸的是,到目前為止,旨在通過補充維生素E降低BPD發生頻率的臨床研究並沒有帶來預期的良好結果[33].我們的發現可能支持重新審視迄今為止關於維生素E和BPD之間聯係的知識,以及通過在母嬰有機體中獲得這種抗氧化劑的適當亞型的足夠水平來預防或減輕這一嚴重的早產並發症的可能方法的想法[34].我們還認為,即使補充維生素E,維生素E載體蛋白的低水平是否會降低維生素E的生物利用度也是值得研究的。

羧肽酶N (CPN)由兩個小亞基(CPN1)和兩個大亞基(CPN2)組成。它可以通過從選定蛋白質的羧基端切割氨基酸(賴氨酸和精氨酸)來間接調節免疫反應[35].CPN降低參與急性和慢性炎症反應的卡裏丁活性[36],並滅活過敏性毒素[37].此外,它還支持一氧化氮的產生[35].我們推測,發生BPD的新生兒臍帶血中CPN豐度較低可能與上述機製受損有關。

膠質蛋白參與調節細胞骨架的形成[38].它的缺乏與血小板、中性粒細胞和成纖維細胞對應激條件的反應減弱有關,導致止血功能受損、炎症和傷口愈合[39].值得注意的是,在齧齒類動物中,凝膠蛋白不足也被證明會導致肺血管通透性增加,這表明凝膠蛋白對肺損傷的局部反應很重要[38].

半乳糖凝集素-3結合蛋白(Gal-3BP)是先天免疫的重要組成部分[40],可調節多種細胞因子的分泌[41增加了對免疫反應很重要的表麵抗原的數量[424344].此外,它具有抗病毒的特性[45],在細菌感染的情況下,它抑製脂多糖(LPS)誘導的細胞因子的分泌[46],以及產生活性氧[47].我們推測,BPD患兒中該蛋白在36 PMA的豐度較低,可能與觀察到的對感染的抵抗力下降有關[484950],而且,它可能會加劇bpd損害兒童肺部的感染。然而,在嬰兒早期之後,這種蛋白質的含量是否也較低還需要進一步研究。

胎兒血紅蛋白(HbF)由兩條α鏈和兩條γ鏈組成,在嬰兒後期逐漸被成人變體(兩條α鏈和兩條β鏈)所取代。HbF的特點是對氧有較強的親和力,並能在較低的分壓下與氧飽和。推測BPD兒童中Hb亞單位-1豐度較低可能與該組患者以前更頻繁地輸注成人紅細胞有關。然而,我們的研究結果與Bard和Prosmanne的研究相反,他們觀察到BPD患兒在出生後第一年HbF的生成增加,這可能是低氧血症引起的紅細胞生成反應的結果[51].

血清轉鐵蛋白將鐵從儲存部位運輸到鐵代謝部位[52].在缺鐵的情況下,其水平會增加。慢性呼吸係統疾病兒童常出現低鐵症和貧血[53],我們認為我們發現BPD兒童血清轉鐵蛋白含量增加可能與這一觀察結果有關。此外,血清轉鐵蛋白也是一種急性期蛋白,可能表明BPD組兒童PMA為36時存在低級別炎症。

局限性:研究人群的具體特征可能會影響所獲得的結果;也就是說,他們傾向於統計上的顯著差異。患者人群可能不適用於其他nicu(例如:BPD率),因此我們的結果可能不容易推廣。BPD組主要由輕度BPD的兒童組成,這可能會引起關於它是一種慢性肺部疾病還是隻是一種更嚴重的呼吸窘迫綜合征的懷疑——缺乏嚴重BPD的兒童是本研究的局限性之一。由於中度BPD亞組的規模較小,我們沒有對這些嬰兒進行單獨的分析。此外,由於我們的研究性質,在控製胎齡時可能存在潛在的碰撞偏倚,低胎齡與早產高度相關,這與BPD和潛在的病理生理因素有關。此外,我們不能排除某些因素的潛在影響,如動脈導管未閉或肺炎對BPD組和非BPD組之間觀察到的蛋白質豐度差異的影響。此外,用另一種方法驗證蛋白質組學結果將加強iTRAQ定量結果。必須強調的是,我們研究的挑戰是深入篩選血漿蛋白的變化,這不可避免地要求大量的樣品和特定的製備協議,以用於多維色譜-質譜分析。然而,這種獨特的方法本身就提供了克服血漿中蛋白質濃度的特定動態範圍的可能性,以實現無偏性的、無目標的蛋白質組範圍定量測量。 Thus, we present here a blueprint of plasma proteome changes in preterm neonates for further, targeted studies, designed to unravel the influence of the individual proteins on BPD development and progression, as well as for their biomarker utility.

結論

我們的研究顯示,BPD的發展與早產兒血漿蛋白質組的變化有關,這為他們可能參與新生兒肺部並發症進展中的維生素E可用性紊亂和免疫過程受損提供了額外的證據。此外,它還指出了與感染抵抗和保持足夠的紅細胞壓積有關的蛋白質的差異,這些蛋白質被診斷為BPD的兒童。

數據和材料的可用性

本研究中使用和/或分析的數據集可根據合理要求從通訊作者處獲得。

縮寫

ApoA1:

載脂蛋白-ⅰ

桶:

支氣管肺的發育不良

CID:

Collisional-Induced離解

CPLL:

組合肽配體文庫

尼共:

羧肽酶N

羅斯福:

錯誤發現率

Gal-3BP:

Galectin-3-binding蛋白質

住宅:

胎兒血紅蛋白

HCD:

高能碰撞解離

iTRAQ:

等壓標記用於相對和絕對定量

有限合夥人:

脂多糖

女士/小姐:

串聯質譜法

NICU:

新生兒加護病房

PMA:

Postmenstrual周

羅普:

早產兒視網膜病變

SCX:

強陽離子交換

泛太平洋夥伴關係:

Trans-Proteomic管道

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下載參考

確認

沒有一個

資金

波蘭-挪威研究方案,由國家研究和發展中心在2009-2014年挪威財政機製下運營,項目合同編號為Pol-Nor/196065/54/2013。資助機構在設計研究、收集、分析和解釋數據以及撰寫手稿方麵沒有任何作用。

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作者和隸屬關係

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貢獻

對概念和設計有重大貢獻- MZ, MMS, ODS, JJP, PK;數據采集- RB, MSD, MKBK;數據分析和解釋- MZ, MS, JM, BBG, AMT, PK;對重要的知識內容——MZ, MS, CR, LOB, ODS, JJP, PK進行批判性的起草或修改;出版版本的最終批準-所有作者。

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倫理批準和同意參與

這項研究得到了雅格倫大學生物倫理委員會的批準,並遵循了《赫爾辛基宣言》的原則。在產前獲得父母的知情同意,並解釋研究的性質和可能的後果。

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Zasada, M, Suski, M, Bokiniec, R。et al。支氣管肺發育不良和非支氣管肺發育不良早產兒血漿蛋白質組學的兩個時間點比較分析。Ital J兒科45, 112(2019)。https://doi.org/10.1186/s13052-019-0676-0

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關鍵字

  • 早產
  • 支氣管肺的發育不良
  • 蛋白質組
  • 等離子體
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