文摘
铜绿假单胞菌产生群体感应信号分子的潜在生物标记物的感染。
一个60慢性囊性纤维化患者的前瞻性研究铜绿假单胞菌,需要静脉注射抗生素治疗肺急性加重,是谁。临床测量和生物样本获得治疗的开始和结束时间。额外的数据被用于29这些患者临床时稳定。
横向比较,群体感应信号分子检测痰,血浆和尿液的86%,75%和83%的病人,分别。他们三个biofluids之间呈正相关。正相关性观察对于大多数群体感应信号分子在痰,血浆和尿液,肺的定量度量铜绿假单胞菌负载在肺恶化的开始。等离子体浓度2-nonyl-4-hydroxy-quinoline (NHQ)显著高于肺的开始恶化相比临床稳定(p < 0.01)。管理系统性抗生素后,血浆2-heptyl-4-hydroxyquinoline (p = 0.02)和NHQ浓度显著降低(p < 0.01)。
总之,群体感应信号分子检测与肺囊性纤维化患者铜绿假单胞菌感染和与定量措施呈正相关铜绿假单胞菌。NHQ与临床状态和有潜力的新型生物标志物铜绿假单胞菌感染。
文摘
铜绿假单胞菌QS分子与囊性纤维化的临床状态和生物标志物的感染http://ow.ly/MhzZp
介绍
大多数的成年人与囊性纤维化(CF)是慢性感染铜绿假单胞菌相关的,这是一个加速肺功能下降(1),更频繁的肺急性加重和死亡率上升2]。的成功铜绿假单胞菌,作为一个机会病原体,部分归功于整个细菌种群的这种细菌的能力使用细胞间的沟通协调他们的活动,由群体感应信号分子(QSSMs) [3]。群体感应(QS)调节超过10%的铜绿假单胞菌基因组包括大量的能动性、生物膜的成熟和抗菌素耐药性,以及生产弹性蛋白酶等致病因素,绿脓菌素、氰化物和外毒素3]。QS依赖毒性因素升高在支气管分泌物的CF患者肺急性加重(4]。这些事实提供间接证据表明QSSMs可能导致临床状态的变化。
QSSMs从CF患者痰中检测得到5,6)和QSSM痰液的浓度与血浆水平呈正相关(7]。这表明QSSMs有潜在生物标志物铜绿假单胞菌在肺和肺动脉以外的生物样品和可能被用来促进这种细菌的诊断和对治疗的反应。本研究的目的是测试假设QSSMs痰,血浆和尿液与临床状态的成年人在开始和结束与CF肺恶化,并与临床稳定。我们的数据表明,系统性的几个QSSMs浓度与临床状态的变化,表明他们有潜力作为呼吸道感染的新型生物标志物铜绿假单胞菌。
方法
参与者
参与者招募了两个英国成年人CF专家中心,诺丁汉大学医院NHS信托,英格兰诺丁汉和心脏NHS信托基金会,伯明翰。入选标准是一个CF的诊断,益岁和慢性肺部感染铜绿假单胞菌(定义为> 50%的文化呈阳性铜绿假单胞菌在≤12个月)。慢性患者铜绿假单胞菌和病毒与其他生物都包括在这项研究。慢性肺部感染的持续时间被定义为已知的最早日期铜绿假单胞菌被隔离,导致> 50%阳性痰文化在随后的12个月。排除标准是以往任何隔离伯克不过复杂的痰,肺移植,妊娠或先进的疾病。当地伦理委员会批准了这项研究(诺丁汉研究伦理委员会1 ref。09年/ H0407/1),这项研究是在英国注册临床研究网络(http://public.ukcrn.org.uk/search/标识号7206)。通知所有参与者获得书面同意。
研究设计
这是一个前瞻性研究标准的CF患者接受静脉注射治疗肺恶化,罗森菲尔德使用定义标准(8]。抗生素治疗和治疗的持续时间都是自由裁量权的选择病人的临床医生,和治疗决策是基于当前的临床指南(9]。自发的痰,8毫升血液和25毫升尿液样本中获得72 h的开始和结束注射。抗生素治疗。肺功能测试是根据标准化标准执行(10开始和结束的注射。治疗。也可比配对样本收集临床稳定病人的一个子集,之前或之后感兴趣的恶化,当参与者没有经历肺恶化要求注射。抗生素在前4周。患者只有一次进入研究。CF有关糖尿病的定义根据国家指导方针11]。痰或咳嗽拭子在医院实验室使用标准的微生物处理技术(12]。
样品分析
痰栓是收获和加工微分单元分析(13),定量微生物学、测量QSSMs [14,15)和常规医院微生物文化(12]。痰栓了定量微生物分析与同等体积的二硫苏糖醇混合和稀释0.9%重量/体积生理盐水和100µL×10−2×10−4解决方案在血液和镀假单胞菌隔离琼脂(Difco;BD,火花,医学博士,美国)。板块在孵化37°C和菌落计数进行每天24小时至72 h,直到最大增长。
QSSM分析
痰液样本QSSM分析提取使用酸化乙酸乙酯(费舍尔化工、拉夫堡、英国)14,15]。尿液和血浆样本中提取的固相萃取(在线补充材料提供了更多细节)。准备样本然后由液体chromatography-tandem质谱分析(质/ MS),进一步的细节在网上提供的补充材料(14]。
统计数据
斯皮尔曼等级相关和Wilcoxon配对符号秩测试是使用适当的(在线补充材料提供了更多细节)。
结果
研究人群
60个参与者(50例为来自诺丁汉大学医院NHS信托和10位病人心脏英国NHS信托基金会)34(57%)是男性。一个参与者在住院期间死亡,数据只用于这个病人在恶化的开始。附加的样本收集来自29个临床稳定,与会者有八个样本之前感兴趣的恶化和21个样本后恶化。
的注射。治疗包括至少两个antipseudomonal抗生素,通常一个氨基糖苷类加上antipseudomonalβ-lactam (表1)值(范围)的14天(9-29天)。中位数(差)期间肺部感染铜绿假单胞菌7.6年(3.7 - -12.5)。55例(92%)患者胰腺外分泌不足,33例(55%)患者诊断糖尿病相关的CF, 13例(22%)患者CF相关的肝脏疾病,8例(13%)患者过敏性支气管肺的曲霉病2例(3%)有哮喘。57(95%)参与者产生痰液样本医院微生物分析和三个需要咳嗽拭子。铜绿假单胞菌53例(88%)样品隔绝,其中42例(70%)样品了吗铜绿假单胞菌只有从他们孤立和11(18%)样品铜绿假单胞菌结合其他微生物(隔离表1)。
个人QSSMs痰,血浆和尿液是彼此密切相关的肺恶化
横向比较,至少一个QSSM检测痰,血浆和尿液的51例(86%),42(75%)和49(83%),分别提供的患者样本在肺恶化的开始。八个不同QSSMs检测痰,六在等离子体和四个检测可检测尿液中(表2)。2-nonyl-3-hydroxy-4 (1H喹诺酮(C9-PQS),只有一个病人的血浆中发现并没有包含在进一步分析。检测率在每个biofluid QSSMs的抗生素包括等离子2-heptyl-3-hydroxy-4(1 8例(14%)H喹诺酮(pq)为尿2-heptyl-4-hydroxyquinoline - 48例(81%)N氧化(HQNO) (表2)。53岁的患者积极的铜绿假单胞菌文化从医院实验室基线,QSSMs在痰液,检测血浆和尿液的47(89%),39(78%)和44例(85%)样品分别。的七个病人的痰没有隔离铜绿假单胞菌在医院实验室基线,QSSMs被发现在所有三个biofluids从两个病人的痰液和尿液从两个病人,一个病人的尿液和血浆中没有检测到任何biofluids测试的两个病人(表S1)。随后医院实验室痰文化孤立铜绿假单胞菌在所有7例中值(差)的4.0个月(1.5 - -6.9个月)后住院治疗。之前没有明显关联之间观察到的维护使用阿奇霉素和QSSM biofluids的水平。
2-heptyl-4-hydroxyquinoline (HHQ) 2-nonyl-4-hydroxyquinoline (NHQ) HQNO 2-nonyl-4 -羟基喹啉N氧化(NQNO)有明显的峰值在所有三个体液允许对比在不同biofluids这些分子的水平。在肺的开始恶化,痰,血浆和尿HHQ NHQ和HQNO在所有三个biofluids相互呈正相关(表3)。HHQ的最强的关系被发现,总的来说,与痰信号与等离子体呈正相关(r = 0.72, p < 0.0001),尿浓度(r = 0.63, p < 0.0001)。所有四个分子,等离子体水平显著相关与痰为所有比较(p < 0.001),尿水平(p = 0.02 < 0.001)。
QSSMs与定量负荷的增加呈正相关铜绿假单胞菌在肺恶化的开始
一个更高的铜绿假单胞菌负载,在抗生素治疗,增加信号集中在六个八QSSMs检测痰(表4)最高的相关证明N-butanoyl-L-homoserine内酯(r = 0.53, p < 0.0001)。在抗生素治疗,等离子QSSMs都是相关联的铜绿假单胞菌密度;最强的细菌之间的关系加载和QSSM HHQ证明(r = 0.51, p < 0.001)。同样,在抗生素治疗的开始所有的尿液QSSMs水平也与定量措施有关铜绿假单胞菌负载;NQNO最强协会观察(r = 0.36, p < 0.01)。显著正关联被发现之间的每分钱预计在1 s (FEV用力呼气量1)和痰HHQ (r = 0.31, p = 0.02)(图S1)和NHQ (r = 0.30, p = 0.02)(图S2),而不是与其他QSSMs在任何媒体。之间没有明显的关联被发现痰中性粒细胞浓度和QSSM水平(数据未显示)。
开始和结束的恶化:纵向分析等离子体HHQ,输液抗生素后NHQ浓度显著下降
抗生素的管理后,血浆浓度HHQ和NHQ显著降低(表2)。HHQ,探测信号的样本数量从40(71%)下降到33(59%)后抗生素的管理(p = 0.02)和NHQ可比数据从25下降(45%)与探测信号样本,15例(27%)阳性样品(p = 0.004)。然而,相应的痰和尿信号要么QSSM(没有明显变化表2)。没有证明QSSM信号浓度的变化对其余QSSMs痰中发现,用抗生素治疗后血浆或尿液(表2)。在同一时期,FEV意味着(95% CI)增加1是253毫升(179 - 326毫升)或6.1% pred pred(4.0 -8.1%)和增加的FVC是269毫升(145 - 393毫升)或6.3% pred pred (3.3 -9.2%)。意思是痰中性粒细胞浓度从7.1下降到6.9日志细胞·g−1抗生素治疗后(p < 0.001),但没有定量微生物负载变化演示了使用血液(p = 0.22)(表S2)隔离或假单胞菌琼脂(p = 0.98)(表S2)。
纵向分析从一开始的恶化与临床稳定性:等离子NHQ增加与恶化表示
数据可以从29个人提供配对的数据开始的临床恶化,也是临床稳定的时期。临床稳定的时期相比,等离子体NHQ增加治疗在演讲开始时的恶化(p = 0.008) (图1),而痰NQNO、痰C7-PQS和等离子NQNO此时较低(p = 0.009, p = 0.03, p = 0.003)。在定量微生物负载没有差别铜绿假单胞菌以临床稳定相比,肺的开始恶化(平均1.2×10的价值观7CFU·g−1和1.0×107CFU·g−1分别为痰)。
讨论
这是第一个研究来测试假设QSSMs可能与临床状态上下文中的成人肺恶化与CF和慢性肺铜绿假单胞菌。我们第一次观察到许多不同的QSSMs检测痰,血浆和尿液在这个病人组肺恶化的开始。特别是,一个QSSM (NHQ)等离子体是在肺的开始恶化,与基线相比,在治疗后显著降低,表明这个分子变化可能是敏感的临床地位和特殊的潜在生物标志物在此设置。
本研究的优势包括预定的前瞻性研究设计和测试假设。广泛的群体特征是肺部疾病严重程度,说明我们的发现可能适用于更广泛的人群提供类似的呼吸道疾病的严重程度,但不一定是轻度或终末期疾病。样本收集后严格的协议和处理符合传统惯例,从而减少随机误差所产生的信号中的任何差异。我们排除了病人先前孤立其他呼吸道病原体能够生产烷基喹诺酮类等伯克不过复杂的(16),使用医院微生物文化来验证我们的发现,和定量微生物的措施铜绿假单胞菌允许更详细的统计评估感兴趣的关联。这额外的好处,允许新的候选生物标记与传统方法的比较,证明一个积极QSSM信号出现,即使传统的微生物培养为阴性铜绿假单胞菌。肺功能指标和定量指标的可用性肺部炎症的客观确认个人的观察临床康复的病人。额外配对的临床稳定的数据允许更详细的纵向比较QSSM浓度与临床状态大约一半的参与者。
我们的研究有一些局限性,需要考虑。所需的研究设计测量八QSSMs使用目标和量化质/ MS方法。这是一个必要的需求本研究设计允许QSSMs的识别,具有最大的潜在生物标志物,和多个假设的测试需要考虑当解释这些数据。大量的负值,我们观察到所有biofluids已知感染的病人铜绿假单胞菌提出了一种可能性,QSSMs在场但低于下限的量化(LLOQ)(详情请参阅在线补充材料)质/ MS检测的方法。或者,大多数的CF患者并发使用阿奇霉素在这项研究可能导致减少QSSM浓度(17),或一些的数量铜绿假单胞菌可能减少或没有能力生产QSSMs [18]。收集尿液样本不是标准化的,使用一个随机的“捕捉”,这将增加任何分子的随机误差测量的浓度可能不同。未来的研究评估潜在的尿QSSMs作为生物标志物应该考虑为尿肌酐浓度,以便纠正微分稀释。未来的研究也可以考虑比较QSSM水平和系统性炎症生物标记,如C反应蛋白。最后,我们都无法生成详细的表型的人口从临床分离细菌样本由于资源约束,这是一个选择在这个群体未来的研究。
有几个观察数据,需要进一步考虑。首先,QSSMs改变抗生素治疗的等离子体被发现下降而不是痰样本收集。所有样本收集和分析在相同的严格的方式和我们怀疑这是一个人工制品,认为它可能是一个真正的负的。可能QSSMs浓度在等离子体可能反映了总QSSM负载在主机更准确地比肺部的痰样本,易受抽样变异为感染的异构特性的结果铜绿假单胞菌CF的航空公司(19]。肺内的当地环境条件的差异,如营养可用性,可能会影响QSSM生产(20.),可能导致相对贫困QSSM水平和数量之间的相关性铜绿假单胞菌在这项研究中观察到和别人21]。另外,QSSMs可能不同痰和等离子体之间的间隙和间隔大于一个值可能需要14天检测这些措施在肺的变化。QSSMs血液中可能排出或代谢速度比那些在肺部,因此,会有一个更短的半衰期,假设是与我们的数据一致。这对将来的研究有重要的影响,旨在监测痰和等离子QSSMs。第二步,需要考虑的是,一些QSSMs FEV呈正相关1在横断面分析肺的开始恶化,这种意外发现的原因还不为人知。一个可能的解释是,降低患者肺功能可能会有更高的累积暴露于抗生素,可能会减少QSSM生产铜绿假单胞菌(22,23]。另外,降低患者肺功能可能有感染持续时间更长铜绿假单胞菌这可能与减少QSSM水平有关的结果随时间累积QS法规的突变基因(24,25]。
总的来说,我们的数据表明,临床状态可能与系统性QSSMs变化有关,而不是绝对的细菌数量的变化,注射。抗生素可能导致减少系统性QSSMs上下文中的肺恶化。一个潜在的解释这个观察是系统性抗生素的疗效可能介导通过QSSMs。这个假说是一致的研究表明,细菌负荷与不良临床状态(26,27),CF微生物相对耐抗生素(28)和几类抗生素通常用于管理的CF患者可能抑制QSSM或QS-mediated毒性因子生产(22,23,29日,30.]。
这些数据的影响是QSSMs有潜力提供生物标志物铜绿假单胞菌这可能导致肺动脉以外的可能性感染措施使用血浆或尿液样本。特别是,等离子体敏感的生物标志物注射。抗生素和随后的临床改善可能提供一种新的工具来评估未来对治疗的反应。我们观察到一致的信号分子烷基喹诺酮类,这是兼容的假设他们有最大的潜力作为新颖的生物标志物铜绿假单胞菌它们只由这种细菌和一些物种和密切相关铜绿假单胞菌是唯一一种生产pq (16]。这项研究代表的早期调查QSSMs作为小说的生物标志物铜绿假单胞菌并把这个测试常规临床实践需要进一步验证步骤和简单的护理点分析的发展,类似于用于糖尿病控制监测。这些数据还表明,调查的潜在使用QSSMs作为早期诊断的生物标志物铜绿假单胞菌应该探索,鉴于目前诊断下呼吸道感染的局限性在那些无法咳出痰痰。在未来,这个测试可能在其他疾病中更广泛的临床应用铜绿假单胞菌是一个重要的病原体,如non-CF支气管扩张(31日)和慢性阻塞性肺疾病(32]。
总之,我们报告第一次QSSMs检测痰,血浆和尿液的CF患者肺恶化。特别是,等离子体NHQ增加在恶化的表现相比,临床稳定,并减少后管理注射。抗生素,暗示这个分子可能对临床变化过于敏感,有可能作为一种生物标志物来评估未来对治疗的反应。
确认
我们要感谢所有的人参加了这项研究对他们的帮助。作者的贡献如下:海伦·l·巴尔的采集、分析和解释数据,写了初稿的手稿和批准最终版本出版。奈杰尔·哈利迪导致采集、分析和解释数据,起草最终版本的手稿和最终批准出版;米格尔卡马拉保罗·威廉姆斯,大卫·a·巴雷特阿兰·r·史密斯和艾伦·j·诺克斯的概念和设计,采集的数据和解释,重要的修订手稿和最终批准的版本发布;丽贝卡·希姆斯造成了数据的采集和分析,重要的修订手稿和版本发布的最终批准;道格拉斯·l·佛瑞斯特的概念和设计,采集和解释数据,起草的手稿和最终批准出版的版本;大卫•Honeybourne爱德华·f·纳什,乔安娜·l·怀特豪斯安德鲁·克莱顿和简杜瓦导致数据的采集,重要的修订手稿和最终批准的版本发布;推/拉导致了概念和设计,分析和解释数据,起草的手稿和最终批准的版本发布,担保人。
脚注
临床试验:这项研究是注册http://public.ukcrn.org.uk/search/标识符号码7026
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
支持声明:这项研究是由英国医学研究理事会资助G0801558/1数量。为这篇文章一直存放在资助信息FundRef。
利益冲突:披露可以找到与本文的在线版本www.qdcxjkg.com
- 收到了2014年12月8日。
- 接受2015年4月8日。
- 版权©2015人队
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