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基本原理我们提出,急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者可以集群基于等离子体生物标志物浓度,从而确定生物表型与死亡率有关。
方法连续ARDS患者包括在这个前瞻性队列研究。聚类分析20炎症生物标记、凝固和内皮激活提供了表型训练队列,不考虑任何结果数据。逻辑回归与逆向选择是最预测生物标志物,用于选择和这些表型预测在一个单独的队列进行验证。多变量逻辑回归是用来量化独立与死亡率。
结果两个表型鉴定在454名患者,我们叫“uninflamed”(N = 218)和“活性”(N = 236)。选择四个生物标志物(白细胞介素- 6、干扰素γ,检验1/2和纤溶酶原激活物inhibitor-1)可以用来准确预测培训群的表型(接受者操作特征曲线下的面积:0.98,95%可信区间0.97到0.99)。死亡率分别为15.6%和36.4% (p < 0.001),培训组和13.6%和37.5% (p < 0.001)的验证组(N = 207)。“反应性表型”是独立于混杂因素与重症监护室死亡率(训练队列:或1.13,95%可信区间1.04到1.23;验证人:或1.18,95%可信区间1.06到1.31)。
结论ARDS患者可以聚集成两个生物表型,用不同的死亡率。四种生物标记物可以用于预测精度高的表型。军团中的表型非常类似于来自随机对照试验,这些结果可能改善病人的选择对未来临床试验目标主机ARDS患者的反应。
- ARDS
- 细胞因子生物学
来自Altmetric.com的统计
关键信息
关键问题是什么?
可以在等离子体生物标记的聚类分析患者的急性呼吸窘迫综合征(ARDS)被用来识别表型不同的死亡率?
底线是什么?
至少有两个表型ARDS和“活性”的表型与死亡率独立于相关疾病的严重性。
为什么要读吗?
药理干预ARDS患者到目前为止都失败了;本研究揭示了两种表型的ARDS,将来可能会针对不同的随机对照试验。
介绍
急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是危重患者的主要并发症,发病率和死亡率高。1 - 4尽管有前景的结果在临床前实验测试免疫调节干预与肺损伤的动物,5,6ARDS患者的临床试验的结果令人失望。7号到9号肺损伤的病理表现之间的差别在动物和ARDS患者只能部分解释动物实验和临床试验之间的差异。10此外,临床前实验总是天生的动物为了限制异质性。临床试验,然而,不得不依靠临床、放射学和生理参数诊断和分层ARDS。11因此,ARDS患者纳入临床试验是通过定义更多的异构。12
生物图表类型的病人可以改善病人的选择与靶向治疗的临床试验,包括免疫调节干预措施,已被证明在其他肺和肺动脉以外的疾病。13,14表现型的ARDS患者可以使用临床特点,引起的肺损伤,15个人或组生物标志物,16或结合临床和生物变量。17分层生物反应(即生物表型)的患者可能允许一个更好的选择,例如,关于潜在受益于一个特定的干预(预测浓缩),允许排除患者有较低的机会利益甚至可能伤害的人。18 - 20事实上,事后分析的随机对照试验(相关的)显示,表型与炎症标记物增加和减少血浆碳酸氢盐水平与应对高呼气末正压通气的关联和限制性液体管理。17,21
我们提出,ARDS患者可以集群基于血浆浓度的生物标志物炎症、凝固和内皮细胞激活,这些集群相关的临床结果。重要的是,表型确认没有考虑任何临床数据或结果。此外,我们提出,集群可以歧视基于数量限制的等离子体生物标志物,这将有利于在今后的试验中采用这种表型与适当的药物治疗ARDS患者。
方法
研究设计
本研究生物计划的一部分,被称为“分子诊断和危险分层对脓毒症(火星),一个前瞻性群组研究中执行两个大学校园的重症监护病房(icu)三级保健医院(学术医疗中心在阿姆斯特丹和乌得勒支大学医学中心在乌得勒支,在荷兰)从2011年到2013年8(ClinicalTrials.gov标识符NCT01905033)。两个医院的机构审查委员会批准了这项研究协议和退出同意方法用于这项研究(IRB: 10 - 056 - c)。病人或其法定代理人是一个小册子和退出形式,完成的不愿意参与。
设置
ICU都封闭模式单位,一个团队的执照重症监护医生,同伴在危重病医学和执照ICU护士照顾混合外科病人的人口。护士对病人比率为1:1,1:2,根据疾病的严重程度。协议显示改善的结果ARDS患者在icu。这包括lung-protective机械通气与低潮汐卷,22,23高呼气末正压通气的水平24患者更严重形式的ARDS和定位。25此外,使用限制性液体协议,26并使用验证执行analgo-sedation镇静天平宁愿丸和连续的镇静。27
包含和排除标准
连续成年病人的ICU预计长度保持24小时>从2011年1月至2013年6月都有资格参与火星研究。所有ARDS患者从等离子体,得到的是谁在ARDS诊断是在本研究的生物都有资格。这个群是前面描述的一部分,虽然不同的科学问题,定义等于那项研究中使用的那些。28ARDS的定义根据欧美标准规定的共识会议ARDS:29日即所需的诊断急性发作症状,胸片双边浸润,肺动脉楔压< 18毫米汞柱和/或缺乏左心室功能障碍的迹象,和一个pO2在动脉血液的氧气比(PaO的启发2/ FiO2)≤200。患者符合上述标准,但PaO2/ FiO2≤300,分为急性肺损伤(ALI)根据欧美共识会议(AECC)标准,也包括在分析自定义更新ARDS根据“柏林”的定义11这个类别分类为轻度ARDS。本文从此ALI患者根据AECC标准归类为轻度ARDS。虽然我们的研究开始于2011年,在最近的“柏林”之前更新ARDS定义的发表,11我们发现没有病人会被排除在我们的最新定义用于ARDS。没有额外的包含或排除标准。
ARDS诊断
专门小组研究人员的定期培训通过研究案例片段筛选ARDS每天的存在而病人仍在重症监护病房。患者分为轻度,中度或重度根据PaO ARDS2/ FiO2目前的诊断。ARDS患者分离的基础上有间接(例如,系统性炎症反应syndrome-associated或sepsis-associated ARDS)或直接ARDS(即肺炎相关性,aspiration-associated或与另一个肺原因)。
培训和验证组
病人被包括在头18个月的研究包括在训练队列。包括在来年的病人被用作验证队列。
血液采样和生物标志物测定
大约一天的ARDS诊断,血液收集所有的病人在一个塑料真空容器充满了EDTA。15分钟后离心(1500克)等离子体是冻结在−80°C进行分批的分析。白介素(IL) 1β,IL - 6,引发,肿瘤坏死因子α,IL - 10, IL-13,干扰素γ(IFN-γ)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子,可溶性E-selectin、可溶性p-selectin和fractalkine仪测量在所有样本珠阵列(CBA) Flex设置多路复用分析根据制造商的指示(BD生物科学,圣何塞,加利福尼亚,美国)。纤溶酶原激活物抑制剂1 (PAI)、肺动脉栓塞、组织纤溶酶原激活物,抗凝血酶、可溶性细胞间粘附molecule-1,矩阵metalloproteinase-8,组织抑制剂metalloprotease 1,检验(ANG) 1和ANG2测量在所有样本与Luminex根据制造商的指示(BioRad,赫拉克勒斯,加州,美国)。低于下限的量化值被设置为最小值,我们可以准确地量化。检测是没有达到上限,除了两个标记(IFN-γ和il - 10)在一个样本;这些值被设置为量化的上限。这些标记被选来代表的一些主要途径与关键相关疾病(见在线补充表S1)。
统计分析
分析管道进行分析的生物集群有六个步骤。首先,生物标志物数据日志10将获得正态分布变量,由qq检查情节。第二,病房集群与患者的数据进行训练队列。病房的方法最小化集群内的方差,从而选择患者同质的特点,在这种情况下,生物标志物浓度。重要的是,它不考虑病人的临床结果。确定最优数量的集群中使用“NbClust”包统计量与默认设置。30.该算法结合了30指数演绎最优数量的集群在一个给定的数据集(见在线补充更多的细节)。第三,集群使用热图和系统树图的视觉效果gplots”包中。第四,集群进行比较的临床特征和独立协会(纠正急性生理和慢性健康评估(APACHE IV)评分,31日年龄、PaO2/ FiO2和高原压力得分(应用)32和性别)的逻辑回归研究的生物集群与死亡率。PaO2/ FiO2率和直接原因为ARDS研究潜在的额外的混杂因素。缺失的临床数据被使用多个归罪链方程33与标准设置(五个罪名;五个迭代;在网上看到的补充表S2)。同时,正交性,或者独立的关系,生物集群和柏林的分类对ICU死亡率调查逻辑回归的视觉与酒吧的情节。第五,集群成员是由多变量逻辑回归预测,与20生物标志物作为独立的变量。自动化的逆向选择是用来确定最优预测。这个模型被用来预测验证群的表型。通常可用临床和生化变量以同样的方式进行测试。最后,步骤6号是一个重复第四步中描述的方法(如ICU死亡率的独立协会)包含在验证组的病人。重要的是,验证组的分析是完全独立于训练队列。
进行灵敏度分析ARDS患者的直接原因,没有慢性呼吸衰竭患者和医院死亡率而非ICU死亡率的结果感兴趣。绝对还是评估量化敏感性的变化。此外,表型之间的关系和类固醇曝光ICU和时机的样本集合(诊断,每天早上之前或之后)与逻辑回归评估。
数据提出了与差值,意味着与SD或绝对发生和百分比。组之间的差异分析Mann-Whitney U,克鲁斯卡尔-沃利斯方差分析或χ2测试基于变量分布和组的数量。接受者操作特征曲线分析被用来量化的歧视。一个p值< 0.05是所有测试用于确定统计学意义和95% CIs。所有分析R (V.3.2.2)使用R-studio接口(R核心团队。R:语言和环境统计计算。2013。http://www.r-project.org/)。
结果
包括病人
ICU连续6994年入学,873例患者符合ARDS的标准两年半期间参与两家医院,其中有700(80%)有完整的生物标记数据和被包含在目前的分析。总共454名患者中包括培训组和246年验证组。百分之七十三的患者在训练队列和验证组64%的患者来自医院1所示。病人可以在特征表1。总体而言,262名(37%)患者有轻微,331(47%)有中度和107(15%)有严重ARDS。另外,429名(61%)患者肺ARDS的原因。ICU死亡率是26%。
生物表型的鉴定
两个集群基于血浆炎症生物标记物分离,凝固和内皮激活不考虑临床结果(图1)。病人在集群1被称为uninflamed表型。病人在集群2被称为“活性”表型,高血浆水平的炎症标记物,凝固和内皮激活(见在线补充图S1)。
热图的表型。列:生物标志物。行:病人。第一列:绿色块:“uninflamed表型”;红色:“反应性表型”。第二列:患者死亡与黑色表示,患者幸存的灰色。热图:浓度更高,相对于其他包括患者显示红色,低浓度时用蓝色表示。而ANG-1;细胞间粘附molecule-1 ICAM-1;ICU重症监护室; IFN, interferon; IL, interleukin; MMP8, matrix metalloproteinase-8; PAI-1, plasminogen activator inhibitor 1; TIMP1, tissue inhibitor of metalloprotease 1; TNF, tumour necrosis factor; tPA, tissue plasminogen activator.
协会的表型与临床结果训练队列
患者“活性”表型ICU病死率较高(36.4%)的患者相比uninflamed表型(15.6%,p < 0.001)。他们也有更高的APACHE IV分数,更多的器官衰竭和经常有一个间接ARDS的原因(表2)。“活性”与ICU病死率相关表型仍然独立后修正APACHE IV(或1.13,95%可信区间1.04到1.23)。添加其他潜在混杂因素(应用程序,PaO2/ FiO2比值、肺ARDS)并没有改变这个协会的原因(或1.11)。生物表型之间的死亡率的差异也是独立于柏林ARDS的分类(图2或3.1,95%可信区间2.0到4.8)。
正交性表型和柏林的分类。重症监护室(ICU)死亡率/表型和柏林的分类。框显示表型和培训或验证组,独立的酒吧柏林类别。死亡率的差异之间的“活性”表型和uninflamed的表型是柏林的独立分类急性呼吸窘迫综合征(或3.1,95%可信区间2.0到4.8)在训练队列和验证队列(或3.8,95%可信区间2.0到7.2)。
表型预测基于一组有限的生物标记
血浆il - 6的浓度、IFN-γANG1/2和PAI-1可以用来准确区分这两种生物表型训练队列(图3;接受者操作特征曲线下的面积:0.98,95%可信区间0.97到0.99)。回归系数可以在网上找到补充表S3。表型的预测通常可用变量之间明显不同的表型(APACHE IV,年龄、乳酸、白蛋白、碳酸氢盐,平均动脉压、碳酸氢盐,血小板,C反应蛋白,最大吸气压力,积极的呼气压力(偷看)和PaO结束2/ FiO2)显著降低精度比生物标记(图3;p < 0.001)。同样的歧视也可以通过只使用血浆白蛋白和碳酸氢盐浓度。
生物表型的歧视基于一组有限的生物标记的训练队列。接受者操作特征曲线基于(1)生物标志物的生物表型中描述黑人:血浆白细胞介素- 6的浓度,interferon-γangiopoietin-1/2和纤溶酶原激活物inhibitor-1(见在线补充表S3)和(2)可用常规临床变量描述的灰色;同样的精度可以得到与白蛋白和碳酸氢盐。AUC,曲线下的面积。
协会的表型与临床结果验证队列
在验证中,预计“uninflamed”和“活性”表型的死亡率分别为13.6%和37.5% (p < 0.001),。不同的临床特点与那些在训练队列(网上找到补充表S4数据S3和S4)。“活性”表型是独立与修正后的ICU病死率相关APACHE IV(或1.18,95%可信区间1.06到1.31)和柏林分类为ARDS的严重程度(或3.8,95%可信区间2.0到7.2)。
混杂因素和表型协会医院死亡率
样本的病人被诊断之前或之后的第二天ARDS不或多或少可能被归类为拥有一个“uninflamed”或“活性”表型为样本(p = 0.34, p = 0.13之后)。灵敏度分析对ARDS患者肺原因,没有慢性呼吸衰竭患者或还显示没有变化。敏感性分析在表型和医院死亡率之间的关系显示出类似的结果作为主要的分析(或1.10,95%可信区间1.03到1.18)。暴露在ICU类固醇(147/700,21%)与更高的“活性”表型的可能性(或2.1,95%可信区间1.5到3.1)。
讨论
两个生物截然不同的集群的ARDS患者可以被识别。结果数据时没有考虑分离这些集群。患者反应性的表现型大约两倍死在ICU期间。重要的是,生物表型包含额外的信息相比,两个死亡率预测分数和ARDS的柏林分类,而这些研究结果验证了在一个独立的组患者。“活性”表型可以预测的血浆浓度四个生物标志物和经常可用变量导致不准确的预测。我们推测,这些生物表型可能用于包括适当的药物治疗的患者的临床试验。
据我们所知,这是第一个研究集群ARDS患者基于生物标志物浓度。聚类分析最大化患者之间的差异,没有考虑到病人的临床结果。因此,它是非常不同的,例如,逻辑回归和单一的生物标志物。34Calfee等之前显示,两个截然不同的集群的ARDS患者群内两个大型临床试验。17临床和生物标志物数据用于集群的病人,和集群回应不同呼吸机设置随机分配的变化。有趣的是,我们确定死亡的表型是类似于他们的研究发现在表型(如±20% vs±45%)。中的表型Calfee人口研究复制另一个随机对照试验,在液体复苏治疗的影响进行了测试。21这项研究也显示类似的死亡率,发现响应随机分配液体管理每表型不同。所有这三个研究发现等离子体引发和PAI-1浓度的增加和减少碳酸氢盐浓度“反应性”或“hyperinflammatory”表现型。因此,我们可以推测,确定表型之间可能是相同的观察性研究和三个相关的,即使“活性”表型的患病率更高的在我们的研究中。这一发现将是值得注意的,因为研究之间的差异;观察和介入,招聘不同大洲和包容时期跨越> 15年之间的ARMA试验和研究。此外,Calfee等和著名的等研究用于临床和生物标志物数据虽然我们有限的生物标志物的分析数据。最后,研究使用不同的聚类方法。事实上,结果显示非常相似的表型的鉴定表明潜在的生物识别信号很强。
“活性”表型ICU病死率较高,可以用来选择更严重的病人临床试验(预后浓缩)。重要的是,这个协会是独立于APACHE第四得分,一个常用的反复验证和校准预后评分ICU的死亡率。也有附加值的生物集群柏林定义的预测死亡率。结果暗示“活性”表型不仅仅是一种更严重的ARDS、最绝对不是捕获同一等级的严重性柏林分类。这个发现也说明表型聚类提供了额外的信息,在临床使用的更频繁和生理信息。西藏扶贫办2/ FiO2直到现在,唯一的特点,已被用于表型包容与ARDS患者的临床试验,24,25,35与温和的成功。一些干预措施对死亡率会有积极的影响所选的组与低PaO ARDS2/ FiO2比率。24,25,35有趣的是,这些都是针对生理变化的干预措施,改善氧合。形成鲜明对比的是,药理干预措施针对免疫系统一再显示没有好处,当应用于未ARDS患者团体。7号到9号
我们推测,表型,来自生物数据,确定在本研究可以用于目标药理干预措施中受益最大的那些病人在未来临床试验。改善病人的选择和有针对性的干预的前提是这个所谓的“分层医学”或“精密医学”。36一些的几种可能的功效提高了正确选择子组的患者显示分子易感性(预测浓缩)的迹象。同时,这种方法可能会限制接触的病人都没有好处,但会有副作用。因此,分层药可能会增加药物的效率在两个方面:增加效益和减少伤害。至于表型鉴定在这项研究中,我们假设,从免疫调节活性的表型可能受益最多干预措施,如糖皮质激素、大环内酯类或其他人。另一方面,uninflamed的表型可能不太可能受益于这些方法和/或可能更容易受到伤害,死亡率是罕见,几乎没有炎症反应。
ARDS表现型可以允许更有针对性的药理干预在临床试验中,如果证明是有益的,在临床实践中。然而,有几个先决条件之前,假设可以进行测试。第一,集群成员的最小数量的预测生物标志物,探索。血浆中il - 6、IFN-γANG1/2和PAI-1浓度绘制的时候ARDS诊断是足以区分患者和没有反应的表型。four-biomarker化验是足够小,以便表现型的病人仅在临床试验和临床实践和临床数据不充分歧视。第二个前提是这些生物标记物的快速分析。我们使用了CBA和Luminex量化研究中的生物标志物浓度。这些方法非常适用于分批的分析观察研究但很不切实际的选择病人列入到临床试验。理想情况下,测试的结果将在几个小时,这样可用药物治疗可以在发病的早期开始。
一些限制和对我们的研究优势明显。首先,我们调查了生物集群仅通过有限数量的等离子体生物标志物。可以这样说,我们仍然失踪的几个相关的生物标志物,会披露更多的表型。例如,在可溶性thrombomodulin有报道称,37高机动组框1蛋白质和sRAGE。38然而,即使我们限制我们的分析选择一组有限的只有20个生物标记物,这些生物标记代表三个主要途径参与肺损伤。39我们不能排除,添加其他标记将为我们提供不同的表型。同一点可以为集群的大小。因此,我们并不认为两个是ARDS表型的确切的数量,但我们建议至少有两个表型,这在未来的研究应该考虑。此外,我们无法将表型与治疗反应。这是由于我们研究的观察自然。会有附加价值的识别这些表型的患者,包括相关的测试针对免疫系统的药物干预。
本研究的观察自然也是它的一个优势,因为它允许连续的包容ARDS患者在3年两个大学医院,因此结果更有可能代表人口在日常实践中遇到在加护病房。这是说明了ARDS的代表流行,大约10%的ICU患者,2,4虽然ICU死亡率低于肺安全研究。2结果验证了随着时间的群体分离;未来的研究应该关注复制这些结果在一个完全独立的队列。因为生物标志物和临床特点完全分离的分析,我们可以确定有相当大的生物反应之间的正交性在病人和临床条件从外部观察到的。这是是不现实的,甚至可能是无法预测仅由临床表型变量,在最近的研究也显示出名et al。21最后,医生治疗的患者完全失明的生物标志物测定结果分析后才完成了这项研究。因此,本研究不是由“自我实现预言”的偏见;临床参数经常使用的死亡率预测或表现型也可用治疗临床医生可能有意或无意调整治疗策略基于这些信息,进而可能影响临床结果或变量和结果之间的关系。
总之,两个生物截然不同的集群的ARDS患者可能与一组20炎症生物标记,凝固和内皮激活。“活性”表型组的死亡率的两倍比uninflamed表型组。“活性”表型可以预测的血浆浓度四个独立生物标志物,并与死亡率相关,还在验证队列。这些结果可以改善病人的选择对未来临床试验针对ARDS患者的免疫系统。
确认
作者真诚地感谢大家参与火星项目。更多的信息在这个公共,私人财团可以找到http://www.ctmm.nl/en/projecten/infectie/mars?set_language=en。磅有完全访问所有的数据研究,负责数据的完整性和数据分析的准确性。
引用
脚注
合作者火星财团乔斯F Frencken(重症监护医学和朱利叶斯健康科学中心和初级保健,乌特勒支大学医学中心,乌得勒支荷兰);Marc粗毛格子围巾,彼得•克莱恩mc Klouwenberg大卫。昂(医学微生物学、乌得勒支大学医学中心,乌得勒支荷兰)和Roosmarijn T M·范·Hooijdonk米Huson,劳拉·R思,玛莲海峡,Lonneke van Vught, Maryse Wiewel,以斯帖Witteveen, Gerie J格拉斯和Luuk Wieske,(重症监护医学部门、学术医学中心、阿姆斯特丹大学);布兰登P Scicluna,阿扬J Hoogendijk H Belkasim-Bohoudi,汤姆van der调查(实验分子医学中心;CEMM、学术医学中心、阿姆斯特丹大学)。火星联盟成员的列表也可以作为在线补充附件。
贡献者LDB LRS和乔丹:研究设计、数据收集、数据分析、数据解释和写作。洗手间,胃,OC和AJH:数据收集、数据分析、数据解释和写作。AA,安恩科技TvdP, JH和NF:研究设计、数据分析、数据解释和写作。CSC:数据分析、数据解释和写作。
资金平移分子医学中心,10.13039 / 501100006020,火星项目。
相互竞争的利益CC是由美国国立卫生研究院(HL133390和HL131621)支持。
伦理批准UMCU和AMC (irbno.10 - 056 c)。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。