Resumen
Antecedentes
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es una causa principal de mortalidad global, con exacerbaciones agudas de la EPOC (AECOPD) que aumenta significativamente la morbilidad y la mortalidad de la enfermedad. Entre los patógenos implicados en AECOPD, Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) se reconoce cada vez más como una importante bacteria coinfecta. A pesar de su importancia clínica, los mecanismos moleculares y los objetivos terapéuticos subyacentes a AECOPD con la infección por P. aeruginosa permanecen inadecuadamente entendidos.
Métodos
Empleamos un enfoque múltiple múltiple, integrando análisis proteómicos del líquido de lavado broncoalveolar (BALF) y plasma con análisis transcriptómico de sangre periférica. Se analizó una cohorte de descubrimiento de 40 AECOPD con pacientes con infección por P. aeruginosa y 20 controles sanos, seguido de validación en una cohorte independiente de 20 pacientes y 10 controles. Se identificaron proteínas expresadas diferencialmente (DEP) y genes (DEG) y se sometieron a análisis de red de interacción proteína-proteína (PPI), análisis de red de coexpresión de genes ponderado (WGCNA) y análisis de infiltración inmune. Se realizaron simulaciones de acoplamiento molecular para explorar posibles agentes terapéuticos.
Resultados
Nuestro análisis integrador identificó biomarcadores clave, que desempeñaron papeles críticos en el estrés oxidativo y la formación de trampas extracelulares de neutrófilos (neto), los cuales fueron fundamentales en la patogénesis de AECOPD con infección por P. aeruginosa. El análisis combinado de BALF, plasma y sangre periférica subrayó la interacción entre los cambios pulmonares locales y las respuestas inmunes sistémicas. Los análisis de enriquecimiento funcional destacaron vías significativas relacionadas con la defensa bacteriana, la inflamación y la activación inmune. La validación en una cohorte independiente confirmó el valor de diagnóstico de tres proteínas clave (AZU1, MPO y RETN), con un área alta bajo los valores de la curva (AUC) en los análisis ROC. El acoplamiento molecular indicó fuertes afinidades de unión de estas proteínas con pioglitazona y rosiglitazona, lo que sugiere una utilidad terapéutica potencial.
Conclusiones
Este estudio proporciona una comprensión integral de los mecanismos moleculares subyacentes a AECOPD con la infección por P. aeruginosa, destacando los roles fundamentales del estrés oxidativo y la formación neta en la progresión de la enfermedad. Los biomarcadores identificados ofrecen objetivos de diagnóstico y terapéuticos prometedores. Nuestros hallazgos allanan el camino para nuevas estrategias para mejorar los resultados de los pacientes con AECOPD con infección por P. aeruginosa. Si bien el diseño del estudio limita nuestra capacidad de establecer la causalidad, estos resultados proporcionan información importante que justifican una investigación adicional, particularmente a través de estudios longitudinales, para confirmar las contribuciones específicas de P. aeruginosa en exacerbaciones.
Número de ensayo clínico
No aplicable.
Introducción
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es una condición respiratoria prevalente que se proyecta que se convierta en la cuarta causa de muerte a nivel mundial en 2060, lo que representa aproximadamente 5,4 millones de muertes anuales (1). La EPOC impone una carga significativa para los sistemas de salud y se asocia con altas tasas de mortalidad temprana (2). Los pacientes que experimentan exacerbaciones frecuentes sufren de una calidad de vida reducida, una disminución acelerada en la función pulmonar, medido por el volumen espiratorio forzado en un segundo (FEV1) y una mayor mortalidad ((3). Una historia de exacerbaciones anteriores sigue siendo el predictor más fuerte de episodios futuros (4).
Las exacerbaciones agudas de la EPOC (AECOPD) a menudo son complicadas por infecciones respiratorias, lo que puede intensificar la inflamación y contribuir al daño progresivo de las vías respiratorias (5). Una revisión sistemática indicó que las infecciones bacterianas están presentes en aproximadamente el 50% de los casos de exacerbación (6). Sin embargo, las estrategias preventivas actuales descritas en las pautas de oro se limitan a un antibiótico, azitromicina y dos vacunas, dejando una brecha significativa en las terapias profilácticas efectivas ((1). La compleja interacción de los factores que desencadenan exacerbaciones sugiere que se necesitan estrategias de gestión más integrales (2).
Entre los patógenos implicados en AECOPD, Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) se reconoce cada vez más como una importante bacteria coinfecta (7). Las infecciones con P. aeruginosa se asocian con una mayor morbilidad y mortalidad, principalmente debido a un extenso daño en el tejido pulmonar, muerte celular y una respuesta inmune robusta (8). Los estudios de observación han demostrado que los pacientes con la disminución de la función pulmonar exhiben la diversidad reducida de microbioma pulmonar, con P. aeruginosa predominando en este grupo (9). A pesar de la extensa investigación, los mecanismos patógenos subyacentes a AECOPD con la infección por P. aeruginosa, particularmente las interacciones complejas dentro del sistema inmune, siguen siendo poco conocidos. Además, la conexión entre la patogénesis pulmonar local y las respuestas inmunes sistémicas, como se refleja en las vías de sangre periférica, aún no se ha aclarado por completo (9, 10). Abordar estas brechas es esencial para desarrollar estrategias terapéuticas más efectivas.
Los neutrófilos juegan un papel central en la defensa inicial del cuerpo contra las infecciones bacterianas (11), y la neutrofilia de la vía aérea es un rasgo característico de las enfermedades respiratorias, incluida la EPOC (12). Las trampas extracelulares de neutrófilos (NET), compuestas de ADN, histonas y proteínas granulares, son cruciales para atrapar y neutralizar patógenos (13). Sin embargo, mientras las redes inmovilizan efectivamente los patógenos, también pueden exacerbar el daño tisular y la inflamación, lo que complica la patología de las neumonías bacterianas (14). En el contexto de las infecciones por P. aeruginosa, se ha demostrado que las redes contribuyen a la persistencia y la gravedad de la infección al inducir respuestas inflamatorias excesivas y promover el estrés oxidativo. El estrés oxidativo, resultante de un desequilibrio entre la producción reactiva de especies de oxígeno (ROS) y las defensas antioxidantes, contribuye aún más al daño celular y es fundamental en la formación neta (15). En AECOPD con la infección por P. aeruginosa, es probable que las redes y ROS jueguen roles igualmente significativos, lo que puede causar daños en lugar de ofrecer protección. Sin embargo, esto aún no se ha investigado.
En este estudio, nuestro objetivo fue dilucidar los mecanismos moleculares subyacentes a la AECOPD con la infección por Pseudomonas aeruginosa e identificar biomarcadores relevantes utilizando un enfoque multi-múltiple integral. Establecimos una cohorte de descubrimiento de 40 AECOPD con pacientes con infección por P. aeruginosa, junto con 20 controles sanos, y una cohorte de validación que comprende 20 pacientes y 10 controles. Utilizando el análisis proteómico avanzado del líquido de lavado broncoalveolar (BALF) y el plasma, junto con el análisis transcriptómico de sangre periférica, exploramos las respuestas locales y sistémicas a AECOPD con infecciones por P. aeruginosa. Nuestro análisis integrador, incluidas las redes de interacción proteína-proteína (PPI), el análisis de la red de coexpresión de genes ponderados (WGCNA) y el análisis de infiltración inmune, las vías críticas identificadas e interacciones moleculares involucradas en AECOPD con infección por P. aeruginosa (16). Según estos objetivos clave, empleamos la base de datos DSIGDB para predecir posibles agentes terapéuticos y realizamos un acoplamiento molecular para validar la eficiencia de unión de estos medicamentos a proteínas clave (17). Este enfoque múltiple múltiple ofrece una visión integral de los mecanismos moleculares subyacentes a AECOPD con infección por P. aeruginosa y destaca los objetivos potenciales para la intervención terapéutica.
Métodos
Diseño de estudio y selección de participantes
Este estudio se realizó con la aprobación ética del comité de ética del primer hospital afiliado de la Universidad Médica de Guangzhou (Códigos de aprobación: 2022 No.121 y 2024 No. G-007). El consentimiento informado por escrito se obtuvo de todos los participantes antes de la inscripción.
Los pacientes con AECOPD con infección por P. aeruginosa se seleccionaron en base a la iniciativa global 2024 para la definición de enfermedad pulmonar obstructiva crónica (oro) de AECOPD, caracterizado por exacerbaciones con empeoramiento de síntomas respiratorios, como la disnea, la tos o la producción de esputo, dentro de un período de 14 días, con P. aeruginosa confirmado por cultivo bacteriano. Los pacientes que experimentaban exacerbaciones leves a moderadas que eran clínicamente estables para someterse a broncoscopia se incluyeron en el estudio. Los criterios de exclusión fueron los siguientes: (1) trastornos respiratorios conocidos que no sean EPOC; (2) historia de cirugía pulmonar o tuberculosis; (3) diagnóstico de cáncer; (4) transfusión de sangre reciente (dentro de las cuatro semanas posteriores a la inscripción); (5) enfermedades autoinmunes; (6) participación en un ensayo de drogas cegadas; (7) uso de antibióticos en las últimas ocho semanas; (8) trastornos endocrinos como la diabetes y las enfermedades del tejido conectivo; (9) otras enfermedades inflamatorias sistémicas; y (10) trastornos cardiovasculares graves, cerebrovasculares, hepáticos, renales o psiquiátricos, o antecedentes de cirugía pulmonar. Los controles saludables fueron reclutados de un centro de examen de salud y se seleccionaron para garantizar la ausencia de afecciones respiratorias crónicas u otras enumeradas.
Según estos criterios, 40 AECOPD con pacientes con infección por P. aeruginosa y 20 controles sanos fueron reclutados como la cohorte de descubrimiento entre enero de 2023 y marzo de 2024 del primer hospital afiliado de la Universidad de Medicina de Guangzhou. Además, se reclutaron 20 AECOPD con pacientes con infección por P. aeruginosa y 10 controles sanos como cohorte de validación. Los análisis comparativos entre cohortes incluyeron evaluaciones de datos demográficos, función pulmonar (FEV1, FVC, FEV1/FVC) y marcadores inflamatorios (WBC, Neu, Lym, Mono, EOS). Todos los participantes se sometieron a broncoscopia para obtener muestras de BALF para el análisis proteómico, junto con la proteómica plasmática y la transcriptómica sanguínea periférica (Fig. 1). Para más detalles, consulte Métodos complementarios 1–3.
Fig. 1Análisis multi-múltiple para AECOPD con infección por P. aeruginosa. Este estudio utiliza un diseño de dos etapas que comprende una cohorte de descubrimiento inicial, que posteriormente se valida en una cohorte separada. Realizamos análisis proteómicos del lavado broncoalveolar …
(Tagstotranslate) aecopd
