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慢性乙型肝炎病毒感染与外周血中炎症分子扰 [复制链接]

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摘要

乙肝病*(HBV)感染仍是严重的公共卫生问题。HBV与宿主炎症反应之间的相互作用是驱动肝损伤和疾病进展的重要因素。该项来自巴西的研究采用了适应性分子扰动度(MolecularDegreeofPerturbation,MDP)评分系统进行回顾性分析,评估了与持续性HBV感染相关的总体炎症失衡。MDP评分常用来评价各组生物标记物血浆水平与健康对照组的差异。该文测定了在至年间被诊断为慢性HBV感染或既往HBV感染者,以及未感染的对照组的细胞因子、趋化因子和其他炎症标志物的血浆水平。多维分析比较了不同临床组之间炎症标志物的整体表达情况。与既往HBV感染者或对照组相比,慢性乙型肝炎患者(CHB)表现出明显的炎症失衡,其特征为MDP评分升高和生物标志物血浆浓度相关网络的改变。此外,CHB患者外周血中的病*载量与总分子扰动度及白介素(IL)-4和干扰素(IFN)-γ浓度的具体扰动成正比。这些发现突显了持续性HBV感染有关的全身性炎症额外的细微差别。

乙型肝炎病*(HBV)感染是世界范围内重要的公共健康问题。乙型肝炎的疾病进展和转归受炎症及其相关组织损害的影响,通常以肝纤维化为特征,这有可能导致终末期慢性肝病,例如肝硬化和肝细胞癌。由于病*复制本身不会对肝细胞产生*性,宿主针对病*感染的炎症反应被认为是HBV相关组织损伤的最主要原因。在细胞水平上,由于免疫活性的维持影响被感染的肝细胞和组织再生,该疾病的慢性谱以炎症诱导细胞凋亡为特征。此外,不同组织部位的肝细胞损伤和再生的多个周期在肝细胞癌的发展中起作用。这些细胞事件相关的免疫应答的主要特征是HBV特异T细胞的功能失活和耗竭。在分子水平上,更多的血清乙肝表面抗原(HBsAg)、共抑制受体的表达及更高水平的白介素(IL)-10被认为与上述细胞事件有关。但是其发病机制尚不明了。尽管具有抗被感染肝细胞的免疫细胞活性是慢性乙型肝炎的一个典型特征,但疾病的发生和发展似乎也与众多的分子活性及其扰动密切相关。

该研究采用了分子扰动度(MDP)指标,从慢性HBV携带者和有自然HBV暴露史的人类样本中分析了大量细胞因子、趋化因子和急性期蛋白,以鉴定与持续性HBV病*复制的免疫发病机制相关的差异表达标志物。

各亚组之间全身性炎症的差异

这项研究共有名参与者,根据他们对HBV的暴露情况进行分组:包括64名既往感染者和29名慢性HBV携带者(18名HBeAg+和11名抗HBe+),对照为83名未感染者。

首先对每个研究组的每个生物标记物的对数转换和z得分标准化中位浓度值进行了非监督层次聚类分析评估研究人群的全身炎症状况,揭示了三个主要聚类。第一个聚类为当前HBV感染组中TNF-α、IL-6、IL-8、IL-10、总胆红素和直接胆红素、IFN-γ、CRP和CXCL9水平升高。第二个聚类为在未感染的对照组中显示更高水平的IL-1β、纤维蛋白原、肌酐和IL-12-p70。最后一个聚类为在既往HBV感染者中IL-4、间接胆红素、ALT、CCL2、CCL5和CXCL10的较高表达(图1A)。图示标志物在HBV组与未感染的对照组之间有显著差异(图1B)。仅正在发生HBV慢性感染组出现TNF-α、IL-6、IL-10和直接胆红素的升高,而IFN-γ、IL-6、CCL2、CXCL9和CCL10的升高与既往HBV感染组共有。与对照组相比,既往HBV感染组IL-4和CCL5表达更高,正在发生HBV慢性感染组IL-4和IL-12p70表达较低,证实了慢性HBV携带者表现出独特的炎症激活特征。

图1.研究对象的全身炎症状况。(A)左图:研究人群血浆生物标志物整体表达模式的层次聚类分析(Ward方法)。树状图表示欧几里得距离。右图:研究组之间特定生物标志物血浆水平的差异。(B)Veen图显示每个HBV组(当前或既往感染)与对照组之间存在统计学差异的标志物。

HBV感染与炎症扰动程度增加有关

之后通过计算MDP得分来直接检测HBV感染中上述血浆浓度的差异是否可以导致总体炎症扰动的增强(图2)。对照组MDP值最低,而与对照组和既往感染组相比,正在慢性感染HBV者的MDP中位数值显著增加(图2A)。此外,利用每个生物标志物的MDP值进行层次聚类分析发现每个组之间的整体表达特征不同(图2B)。

倍数差异分析用于量化三组之间的炎症干扰程度(图2C)。在慢性HBV感染组中,每种标志物的MDP评分普遍更高。与未感染的对照组相比,这些患者表达的IL-12p70、IL-8、IL-4、肌酐、CXCL9、TNF-α、IL-6和IFN-γ的扰动分数明显更高(图2C)。当前与既往HBV感染组除了IL-4和CXCL9(图2C),其他生物标记物均显示出类似趋势。此外,既往HBV感染者比对照组具有更高的CXCL9、IL-4IL-6和IFN-γMDP评分(图2C)。这表明慢性HBV感染会导致严重的炎症失衡。

图2.与HBV感染相关的更高程度的炎症扰动。(A)左图:直方图显示相对于每个研究组的分子扰动度(MDP)得分值。右图:方框图显示研究组之间的MDP得分分布。(B)层次聚类分析(Ward方法)显示每个生化标记物的分子扰动程度。(C)在临床组之间计算每种标志物的MDP得分的平均倍数差值。

慢性HBV感染炎症失衡的网络分析

基于Spearman相关矩阵进行网络分析探究每种生物标记物炎症扰动的细微差别以及对整体MDP值的直接影响(图3)。使用每种生物标志物的MDP评分以及总体MDP评分(ssMDP),发现不同临床群体的网络在分子扰动水平之间相互作用的复杂性和质量上表现出差异。既往感染组表现出最高的显著相关密度,而慢性感染组联结度最低(图3)。

图3.研究组MDP评分矩阵的网络分析。建立每个研究组[(A)对照;(B)既往HBV感染;(C)当前HBV感染]MDP得分值的Spearman相关矩阵,并使用Circos图来展示。仅展示了显著相关性(P0.05)。每个圆圈代表一个不同的血浆参数,每个圆圈的大小与有效相关数成正比。线表示Spearman等级(rho)值。红色表示正相关,蓝色表示负相关。节点分析热图显示每个临床组涉及的每个标志物的统计学显著相关性数量。

无论临床分组如何,大多数显著相关都是正相关,这意味着给定生物标志物的炎症扰动增加伴随着其他炎症分子的扰动水平增加。在未感染的对照组中,CXCL9是连接最紧密的节点,其次是CCL5(图3A)。在既往感染组中,ssMDP是连接最紧密的节点,对其增加贡献最大的生物标志物是CXCL10、CCL9、CCL5、CCL2、IL-4和IFN-γ(图3B)。在慢性HBV感染组中,ssMDP也是主要标志物,但主要受IL-4、IFN-γ和IL-6的影响(图3C)。仅在既往感染组中扰动程度呈正相关的CCL2,在慢性HBV感染组中表现为与总扰动程度及IFN-γMDP得分负相关。这些结果表明,慢性HBV携带者表现出更大的炎症扰动,似乎受到不同的调控且与响应不相关,因为矩阵的密度较低并且具有负相关。

HBV病*复制对全身炎症失衡的影响

下一步评估了慢性HBV携带者病*复制对总体炎症状况的影响(图4)。对每个参数的log??转换值和z-score归一化MDP水平进行非监督分层聚类分析,具有活跃病*复制(HBeAg+)的人和抗HBe+的人之间的炎症状况没有明显区分,而这两个群体可以与对照人群区分开。

图4.HBV病*复制对全身炎症的影响。(A)左图:采用层次聚类分析(Ward方法)描述各组血浆生物标志物的整体表达模式。右图:各组之间所示生物标志物血浆水平的倍数差异。多重比较(调整后的P0.05)达到统计显著差异的用彩色条表示。(B)建立每个研究组中MDP得分值的Spearman相关矩阵,并使用Circos图说明相关网络。仅展示显著相关性(P0.05)。每个圆圈代表不同的血浆参数,每个圆圈的大小与有效相关数成正比。线表示Spearman等级(rho)值。红色表示正相关,蓝色表示负相关。节点分析热图显示每个临床组涉及的每个标志物的统计学显著相关性数量。

倍数变化分析(图4A,右图)显示,与对照组相比,HBeAg+和抗HBe+患者的炎症扰动类似。不论HBe状态如何,慢性HBV感染者的TNF-α、IFN-γ、IL-6、肌酐、IL-4、CXCL9和IL-12p70的分子扰动均较高,而抗HBe检测阳性的患者CCL2的扰动增加。当扩展分析以比较HBeAg+和抗HBe+者时,发现只有三个生物标志物具有统计学差异:TNF-α、IFN-γ(在病*复制活跃的人群中扰动水平较高)和CCL2,这表明抗HBe+患者扰动值增加(图4A)。这些发现表明,无论病*复制如何,慢性HBV感染状态均表现出炎症失衡,此类患者TNF-α和IFN-γ的扰动水平标志着活跃的HBV复制。

Spearman相关矩阵(图4B)表明,与HBeAg+患者相比,抗HBe+受试者在分析的生物标志物之间具有更多的显著相关性,也主要都是正相关。抗HBe+患者组相关矩阵中的最高节点是IFN-γ,与CRP、IL-12p70和IL-1β呈负相关,与IL-4和IL-6呈正相关。接下来的最高节点是IL-4,与CCL2和IL-1β呈负相关,与IL-6、IFN-β和ALT呈正相关。在这些患者中ssMDP评分值仅与TNF-α和纤维蛋白原相关。在分析HBeAg+患者的相关特征时,最上层的连接节点是IL-6,与CCL5、CXCL10和AST呈正相关。紧随其后的是间接胆红素,它与IL-8和直接胆红素呈负相关,仅与总胆红素呈正相关。IL-4与IFN-γ和IL-10呈显著正相关,与肌酐呈负相关。下一个连接最多的节点是总胆红素,它与ssMDP和间接胆红素呈正相关,与IL-8呈负相关。这些发现表明,HBV复制虽然不会对全身炎症失衡产生巨大影响,但可能会减少炎症分子相关网络的连接,导致整体炎症反应的解偶联。依据这些结果还可以推断,病*复制控制后的疾病活动主要是免疫驱动的。

最后进行了额外的Spearman相关分析,以直接评估HBV-DNA病*载量与慢性HBV携带者的炎症扰动程度之间的关联(图5),发现HBV病*载量与ssMDP评分值(r=0.42;P=0.02)及血浆IL-4(r=0.47;P=0.)和IFN-γ(r=0.52;P=0.)的扰动度直接相关(图5A,B)。这些发现确定了其为受HBV病*血症影响的特定标志物。

图5.HBV-DNA病*载量与炎症扰动分子程度之间的关联。采用Spearman相关分析来评估当前HBV感染者每种标志物的MDP评分与HBV病*载量之间的相关性。(A)条形图显示rho值。红条表示显著的相互作用(P0.05)。(B)线代表与HBV病*载量显著相关的每个参数的曲线线性调整,置信区间为95%。

总结

此文分析了HBV相关免疫应答的多个关键生物标志物。利用分子扰动度这一概念反映生物标志物水平与其在健康状态下表达水平之间的距离,证明了CHB患者确实表现出感染引起的炎症扰动程度增加,为在病*活跃复制背景下深入了解宿主对HBV感染的全身反应提供了深刻见解。研究发现持续性HBV感染的患者表现出明显的炎症标志物生物特征,慢性HBV携带状态具有较高的免疫干扰水平。分析表明,HBV病*载量直接影响炎症扰动的总体程度,这与IFN-γ和IL-4水平的扰动密切相关。此外,既往HBV感染者可能存在残留的高炎症环境,提示加强持续护理的必要性。

文献来源:

VinhaesCL,CruzLAB,MenezesRC,CarmoTA,ArriagaMB,QueirozATL,Barral-NettoM,AndradeBB.ChronicHepatitisBInfectionIsAssociatedwithIncreasedMolecularDegreeofInflammatoryPerturbationinPeripheralBlood.Viruses.Aug7;12(8):.

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