Objective: To identify the association between the changes in the profile of microbial metabolites, inflammatory and autoimmune markers and the dynamics of neurological status in chronic critically ill patients with diseases of the central nervous system (CNS).
Material and methods: Sixty serum samples from 37 patients, aged 19-77 years, with severe CNS diseases were studied. The changes in clinical condition were assessed with NIHSS, the Rankin scale, the Glasgow Coma Scale, the FOUR Coma Scale and the Rivermead Mobility Index. The levels of aromatic microbial metabolites (AMM) and several inflammatory and autoimmune biomarkers, including the contents of procalcitonin (PCT) and S100, the activity of leukocyte elastase (LE) and a1-proteinase inhibitor a1-PI, the levels of autoantibodies to S100b and MBP were measured. Serum from 60 age- and sex-matched healthy people with no signs of neurological and somatic pathology was used as a control.
Results: All patients were divided into groups depending on the neurological dynamics: A - positive (n=16), B - without dynamics (n=15), C - negative (n=6). The study revealed a profile of AMM, as well as inflammatory and autoimmune biomarkers associated with the severity of neurological disorders. A significant increase in acute phase proteins, S-100 level and a decrease in the functional activity of neutrophils (via LE activity) were observed in the serum of patients. The different dynamics of neurological status was associated with the multidirectional changes in the microbial metabolites profile and biomarkers. The correlations between the clinical and biological parameters indicate that AMM might modulate immune reactions in patients with different dynamics of neurological status.
Conclusion: The results suggest the involvement of AMM and the level of immune activation via biomarkers in the pathogenesis of neurological dysfunction. Dynamic changes in the profile of microbial metabolites and the level of activation of the immune system may be a promising tool for prediction of neurological recovery.
Цель исследования: Изучение связи изменения профиля метаболитов микробиоты, а также ряда воспалительных и аутоиммунных биомаркеров с динамикой неврологического статуса (уменьшение/увеличение степени выраженности неврологического дефицита) у пациентов с заболеваниями центральной нервной системы (ЦНС) различной этиологии в хроническом критическом состоянии.
Материал и методы: Исследовали 60 образцов сыворотки крови, взятых у 37 пациентов в возрасте от 19 до 77 лет с тяжелым поражением ЦНС. Клиническую динамику оценивали с использованием шкал инсульта национального института здоровья (NIHSS), Рэнкина, комы Глазго, комы FOUR и индекса мобильности Ривермид. В сыворотке крови определяли уровень ароматических микробных метаболитов (АММ), а также ряда воспалительных и аутоиммунных биомаркеров — содержание прокальцитонина (ПКТ) и белка S100, активность лейкоцитарной эластазы (ЛЭ) и а1-протеиназного ингибитора (а1-ПИ), уровни аутоантител к S100b и ОБМ. В качестве контроля использованы результаты определения показателей у 60 здоровых соответствующего возраста и пола, не имеющих каких-либо признаков психической, неврологической и соматической патологии.
Результаты: Все пациенты были разделены на группы в зависимости от клинической динамики состояния: А — положительная (n=16), В — без динамики (n=15), С — отрицательная (n=6). В ходе проведенного исследования выявлен профиль АММ, а также воспалительных и аутоиммунных биомаркеров, ассоциированных с тяжестью неврологического дефицита. В сыворотке крови пациентов наблюдали значимое повышение острофазных белков (p<0,001), уровня S100 (p<0,05), сопровождающееся снижением функциональной активности нейтрофилов (по активности ЛЭ). Различная динамика клинического состояния пациентов ассоциирована с разнонаправленными изменениями содержания микробных метаболитов и изученных биомаркеров. Выявлены клинико-биологические корреляции между исследуемыми показателями, что, предположительно, может свидетельствовать о роли АММ в модуляции иммунных реакций у пациентов с различной динамикой неврологического статуса.
Заключение: Совокупность полученных результатов свидетельствует о вовлеченности АММ, а также исследуемых воспалительных и аутоиммунных биомаркеров в патогенез тяжелых заболеваний ЦНС. Динамика профиля микробных метаболитов, а также уровень активации иммунной системы могут быть использованы для прогнозирования исхода заболевания у пациентов с тяжелым поражением ЦНС различной этиологии.
Keywords: aromatic microbial metabolites; inflammatory and autoimmune biomarkers; severe diseases of the central nervous system.