Диагностика заболеваний легких на основе протеомного анализа конденсата выдыхаемого воздуха


https://doi.org/10.18093/0869-0189-2017-27-2-187-197

Полный текст:


Аннотация

Исследование конденсата выдыхаемого воздуха (КВВ) является неинвазивным методом диагностики заболеваний органов дыхания. Протеомный анализ КВВ – перспективный метод диагностики, позволяющий понять патологические механизмы и выявить различные фенотипы легочных заболеваний. Цель. Сравнительное изучение белкового спектра КВВ у здоровых добровольцев и пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), пневмонией и немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ), а также оценка возможности использования протеомного анализа КВВ для диагностики и дифференциальной диагностики этих заболеваний. Материалы и методы. Обследованы лица с ХОБЛ (n = 18), внебольничной пневмонией (n = 13), НМРЛ (n = 26) и здоровые некурящие добровольцы (n = 24). КВВ собран стандартизованным методом с помощью аппарата ECoScreen (Viasys Healthcare, Германия). Лиофилизированные и подвергнутые гидролизу трипсином образцы КВВ проанализированы с помощью нанопоточной высокоэффективной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии. Для поиска и идентификации белков использованы предоставленные Европейским институтом биоинформатики базы данных Mascot (Matrix Science, Великобритания) и IPI-human (version 3.82). Результаты. При протеомном анализе КВВ обследованных доноров 4 групп выявлено > 300 различных белков, бoльшую часть которых составляют цитоскелетные кератины I и II типов. Отмечено значительно более высокое содержание некоторых кератинов (5, 6 и 14) в образцах КВВ больных НМРЛ по сравнению с таковым у здоровых добровольцев. В КВВ у здоровых добровольцев, а также у больных ХОБЛ и пневмонией идентифицированы дермцидин, иммуноглобулин-α, кининоген, цитоплазматический актин, сывороточный альбумин, цинк-α2-гликопротеин. Высокое содержание пероксиредоксина в КВВ у больных ХОБЛ указывает на выраженный окислительный стресс. В образцах КВВ у пациентов с пневмонией обнаружен высокий уровень белков острой фазы воспаления и гипоксии (аннексины A1 и A2, HSP90B, цистатины М и В, фрагменты коллагенов и гистонов). В КВВ у больных НМРЛ определены β- и α-субъединицы гемоглобина, ядерный убиквитиновый казеин, POTEE, белки группы высокой мобильности (HMG-I / HMG-Y), лактоферрин. Заключение. В образцах КВВ у здоровых людей, больных ХОБЛ, пневмонией и НМРЛ обнаружен характерный белковый спектр. Большинство выявленных белков могут быть предложены в качестве панели для диагностики указанных заболеваний.


Об авторах

Э. Х. Анаев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт пульмонологии Федерального медико-биологического агентства России»
Россия
Анаев Эльдар Хусеевич – доктор медицинских наук, заведующий лабораторией неинвазивных методов диагностики клинического отдела


К. Ю. Федорченко
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» Российской академии наук
Россия
Федорченко Кристина Юрьевна – ассистент Международного учебно-научного биотехнологического центра МГУ им.,М.В.Ломоносова; научный сотрудник лаборатории кинетики и механизмов ферментативных и каталитических реакций Института биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» РАН


М. Э. Кушаева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт пульмонологии Федерального медико-биологического агентства России»
Россия
Кушаева Миясат Эльдаровна – младший научный сотрудник лаборатории неинвазивных методов диагностики


А. М. Рябоконь
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» Российской академии наук
Россия
Рябоконь Анна Монолитовна – кандидат химических наук, научный сотрудник кафедры химической энзимологии химического факультета ГУ им.,М.В.Ломоносова;  старший научный сотрудник лаборатории кинетики и механизмов ферментативных и каталитических реакций Института биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» РАН


А. С. Кононихин
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» Российской академии наук
Россия
Кононихин Алексей Сергеевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории масс-спектрометрии биомакромолекул


В. В. Бармин
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П.А.Герцена» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Бармин Виталий Валерьевич – младший научный сотрудник отделения торакальной хирургии


О. В. Пикин
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П.А.Герцена» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Пикин Олег Валентинович – доктор медицинских наук, руководитель отделения торакальной хирургии


И. А. Попов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» Российской академии наук
Россия
Попов Игорь Алексеевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории масс-спектрометрии биомакромолекул


Е. Н. Николаев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» Российской академии наук
Россия
Николаев Евгений Николаевич –доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией масс-спектрометрии биомакромолекул


С. Д. Варфоломеев
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Институт биохимической физики имени Н.М.Эмануэля» Российской академии наук
Россия
Варфоломеев Сергей Дмитриевич – доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент Российской академии наук, заведующий кафедрой химической энзимологии химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова», научный руководитель Института биохимической физики имени Н.М.Эмануэля Российской академии наук


А. Г. Чучалин
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт пульмонологии Федерального медико-биологического агентства России»
Россия
Чучалин Александр Григорьевич – доктор медицинских наук, профессор, академик Российской академии наук, директор


Список литературы

1. Konstantinidi E.M., Lappas A.S., Tzortzi A.S., Behrakis P.K. Exhaled Breath Condensate: Technical and Diagnostic Aspects. Scientific World Journal. 2015; 2015: 435160. DOI: 10.1155/2015/435160.

2. Borrill Z.L., Roy K., Singh D. Exhaled breath condensate biomarkers in COPD. Eur. Respir. J. 2008; 32 (2): 472–486. DOI: 10.1183/09031936.00116107.

3. Bloemen K., Hooyberghs J., Desager K. et al. Non-invasive biomarker sampling and analysis of the exhaled breath proteome. Proteomics Clin. Appl. 2009; 3 (4): 498–504. DOI: 10.1002/prca.200800095.

4. Lin J.L., Bonnichsen M.H., Nogeh E.U. et al. Proteomics in detection and monitoring of asthma and smoking-related lung diseases. Exp. Rev. Proteomics. 2010; 7 (3): 361–372. DOI: 10.1586/epr.10.9.

5. Lim M.Y., Thomas P.S. Biomarkers in exhaled breath condensate and serum of chronic obstructive pulmonary disease and non-small-cell lung cancer. Int. J. Chronic Dis. 2013; 2013: 578613. DOI: 10.1155/2013/578613.

6. Nobakht M. Gh B.F., Aliannejad R., Rezaei-Tavirani M. et al. The metabolomics of airway diseases, including COPD, asthma and cystic fibrosis. Biomarkers. 2015; 20 (1): 5–16. DOI: 10.3109/1354750X.2014.983167.

7. Terracciano R., Pelaia G., Preiano M., Savino R. Asthma and COPD proteomics: current approaches and future directions. Proteomics Clin. Appl. 2015; 9 (1–2): 203–220. DOI: 10.1002/prca.201400099.

8. Czitrovszky A., Szymanski W., Nagy A., Jani P. A new method for the simultaneous measurement of particle size, complex refractive index and particle density. Meas Sci. Technol. 2002; 13: 303–308.

9. Horvath I., Lazar Z., Gyulai N. et al. Exhaled biomarkers in lung cancer. Eur. Respir. J. 2009; 34 (1): 261–275. DOI: 10.1183/09031936.00142508.

10. Lee Y.T., Chen S.C., Shyu L.Y. et al. Significant elevation of plasma cathepsin B and cystatin C in patients with community-acquired pneumonia. Clin. Chim. Acta. 2012; 413 (5–6): 630–635. DOI: 10.1016/j.cca.2011.12.010.

11. Buszewski B., Kesy M., Ligor T., Amann A. Human exhaled air analytics: biomarkers of diseases. Biomed Chromatogr. 2007; 21 (6): 553–566.

12. Conrad D.H., Goyette J., Thomas P.S. Proteomics as a method for early detection of cancer: a review of proteomics, exhaled breath condensate, and lung cancer screening. J. Gen. Intern. Med. 2008; 23 (Suppl. 1): 78–84. DOI: 10.1007/s11606-007-0411-1.

13. Horvath I., Hunt J., Barnes P.J. Exhaled breath condensate: methodological recommendations and unresolved questions. Eur. Respir. J. 2005; 26 (3): 523–548.

14. Глобальная стратегия диагностики, лечения и профилактики хронической обструктивной болезни легких. Пересмотр 2014 года. Доступно на: http://goldcopd.org/wp-content/uploads/2016/04/GOLD-Report-Russian2014.pdf

15. Чучалин А.Г., Синопальников А.И., Козлов Р.С. и др. Российское респираторное общество (РРО). Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии (МАКМАХ). Клинические рекомендации по диагностике, лечению и профилактике тяжелой внебольничной пневмонии у взрослых. Пульмонология. 2014; (4): 13–48.

16. Бычков М.Б., Горбунова В.А. Ассоциация онкологов России. Клинические рекомендации по диагностике и лечению больных раком легкого. М.; 2014. Доступно на: http://oncology-association.ru/docs/recomend/may2015/19vz-rek.pdf

17. Kurova V., Anaev E., Kononikhin A. et al. Proteomics of exhaled breath: methodological nuances and pitfalls. Clin. Chem. Lab. Med. 2009; 47 (6): 706–712. DOI: 10.1515/CCLM.2009.166.

18. Ishihama Y., Rappsilber J., Andersen J.S., Mann M. Microcolumns with self-assembled particle frits for proteomics. J. Chromatogr. A. 2002; 979 (1–2): 233–239.

19. Nesvizhskii A., Keller A., Kolker E., Aebersold R. A statistical model for identifying proteins by tandem mass spectrometry. Anal. Chem. 2003; 75 (17): 4646–4658.

20. Hoffmann H., Tabaksblat L., Enghild J., Dahl R. Human skin keratins are the major proteins in exhaled breath condensate. Eur. Respir. J. 2008; 31 (2): 380–384. DOI: 10.1183/09031936.00059707.

21. Schittek B., Hipfel R., Sauer B. et al. Dermcidin: a novel human antibiotic peptide secreted by sweat glands. Nat. Immunol. 2001; 2 (12): 1133–1137.

22. Ghosh R., Maji U.K., Bhattacharya R., Sinha A.K. The role of dermcidin isoform 2: a two-faceted atherosclerotic risk factor for coronary artery disease and the effect of acetyl salicylic acid on it. Thrombosis. 2012; 2012: 987932. DOI: 10.1155/2012/987932.

23. Lee Motoyama J.P., Kim-Motoyama H., Kim P. et al. Identification of dermcidin in human gestational tissue and characterization of its proteolytic activity. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2007; 35 7(4): 828–833.

24. Cunningham T.J., Hodge L., Speicher D. et al. Identification of a survival-promoting peptide in medium conditioned by oxidatively stressed cell lines of nervous system origin. J. Neurosci. 1998; 18: 7047–7060.

25. Stewart G.D., Skipworth R.J., Pennington C.J. et al. Variation in dermcidin expression in a range of primary human tumours and in hypoxic/oxidatively stressed human cell lines. Br. J. Cancer. 2008; 99 (1): 126–132. DOI: 10.1038/sj.bjc.6604458.

26. Yano C.L., Ventrucci G., Field W.N. et al. Metabolic and morphological alterations induced by proteolysis-inducing factor from Walker tumour-bearing rats in C2C12 myotubes. BMC Cancer. 2008; 8: 24. DOI: 10.1186/1471-2407-8-24.

27. Urade Y., Hayaishi O. Prostaglandin D synthase: Structure and function. Vitam. Horm. 2000; 58: 89–120.

28. Mizon C., Piva F., Queyrel V. et al. Urinary bikunin determination provides insight into proteinase / proteinase inhibitor imbalance in patients with inflammatory diseases. Clin. Chem. Lab. Med. 2002; 40 (6): 579–586.

29. Leclerc E.A., Gazeilles L., Serre G. et al. The ubiquitous dermokine delta activates Rab5 function in the early endocytic pathway. PLoS One. 2011; 6 (3): e17816. DOI: 10.1371/journal.pone.0017816.

30. Hasegawa M., Higashi K., Yokoyama C. et al. Altered expression of dermokine in skin disorders. J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 2013; 27 (7): 867–875. DOI: 10.1111/j.1468-3083.2012.04598.x.

31. Kinnula V.L., Vuorinen K., Ilumets H. et al. Thiol proteins, redox modulation and parenchymal lung disease. Curr. Med. Chem. 2007; 14 (2): 213–222.

32. Poschmann G., Sitek B., Sipos B. et al. Identification of proteomic differences between squamous cell carcinoma of the lung and bronchial epithelium. Mol. Cell Proteomics. 2009; 8 (5): 1105–1116. DOI: 10.1074/mcp.M800422MCP200.

33. Spik I., Brenuchon C., Angeli V. et al. Activation of the prostaglandin D2 receptor DP2/CRTH2 increases allergic inflammation in mouse. J. Immunol. 2005; 174 (6): 3703–3708.

34. Wei N., Deng X.W. The COP9 signalosome. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2003; 19: 261–286. DOI:10.1146/annurev.cellbio.19.111301.112449.

35. Wang Q., Li X., Ren S. et al. Serum levels of the cancertestis antigen POTEE and its clinical significance in nonsmall-cell lung cancer. PLoS One. 2015; 10 (4): e0122792. DOI: 10.1371/journal.pone.0122792.

36. Wood L., Maher J., Bunton T., Resar L. The oncogenic properties of the HMG-I gene family. Cancer Res. 2000; 60 (15): 4256–4261.

37. Resar L. The high mobility group A1 gene: transforming inflammatory signals into cancer? Cancer Res. 2010; 70 (2): 436–439. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-09-1212.

38. Walmer D., Padin C., Wrona M. et al. Malignant transformation of the human endometrium is associated with overexpression of lactoferrin messenger RNA and protein. Cancer Res. 1995; 55: 1168–1175.

39. Ziolkowski P., Wozniak M., Dus K., Wisniewski J. The NUCKS: A novel tumor biomarker. J. Mol. Biomark. Diagn. 2013; 4 (145): 1000145.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Анаев Э.Х., Федорченко К.Ю., Кушаева М.Э., Рябоконь А.М., Кононихин А.С., Бармин В.В., Пикин О.В., Попов И.А., Николаев Е.Н., Варфоломеев С.Д., Чучалин А.Г. Диагностика заболеваний легких на основе протеомного анализа конденсата выдыхаемого воздуха.  Пульмонология. 2017;27(2):187-197. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2017-27-2-187-197

For citation: Anaev E.K., Fedorchenko K.Y., Kushaeva M.E., Ryabokon' A.M., Kononikhin A.S., Barmin V.V., Pikin O.V., Popov I.A., Nikolaev E.N., Varfolomeev S.D., Chuchalin A.G. Diagnosis of respiratory diseases using the proteomic analysis of exhaled breath condensate. Russian Pulmonology. 2017;27(2):187-197. (In Russ.) https://doi.org/10.18093/0869-0189-2017-27-2-187-197

Просмотров: 423

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


ISSN 0869-0189 (Print)
ISSN 2541-9617 (Online)