Жирные кислоты мембран эритроцитов и сыворотки крови для дифференциальной диагностики воспалительных заболеваний кишечника

Цель исследования: изучить уровни жирных кислот мембран эритроцитов (Эр) и сыворотки крови (СК) у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника для создания дифференциально-диагностических моделей, включающих жирные кислоты в качестве биомаркеров, для различения нозологических форм ВЗК (язвенного колита — ЯК, болезни Крона — БК, неклассифицируемого колита — НКК).
Материалы и методы. Обследовано 110 пациентов (средний возраст 37,7 ± 12,1 года) с ВЗК и 53 обследуемых группы сравнения (43,3 ± 11,7 года). Группа пациентов с ВЗК включала в себя больных с ЯК — 50 человек, с БК — 41 человек и 19 пациентов с НКК. У 42 пациентов (84 %) с ЯК, 34 пациентов с БК (82,9 %) и 11 человек с НКК (57,9 %) выявлено обострение заболевания. Исследование состава жирных кислот (ЖК) мембран Эр и СК проведено с помощью ГХ/МС системы на основе трех квадруполей Agilent 7000B (США).
Результаты. Наиболее значимыми для различения активного ЯК от обострения БК оказались сывороточные уровни элаидиновой (p = 0,0006), докозатетраеновой (n-6) (p = 0,004), докодиеновой (n-6) (p = 0,009) кислот, отношение омега-3/омега-6 (p = 0,02), докозапентаеновой кислоты (n-3) (p = 0,03); суммы двух омега-3 ПНЖК: эйкозапентаеновой и докозагексаеновой (p = 0,03), а также содержание лауриновой ЖК Эр (p = 0,04) (AUC — 0,89, чувствительность — 0,91, специфичность — 0,89, диагностическая точность — 0,91). Для различения активного ЯК от стадии обострения НКК оказались значимыми следующие ЖК СК: альфа-линоленовая, насыщенные (пентадекановая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая), мононенасыщенные (пальмитолеиновая, олеиновая), омега-6 (гексадекадиеновая, арахидоновая) (p = 0,00000011–0,03300000), (AUC — 0,995, чувствительность — 0,98; специфичность — 0,96; диагностическая точность — 0,97). Наиболее значимыми для различения пациентов с активной БК от обострения НКК оказались уровни ЖК: альфа-линоленовой, пальмитолеиновой, олеиновой, суммы насыщенных жирных кислот (НЖК), суммы ненасыщенных жирных кислот (ННЖК), стеариновой; суммы мононенасыщенных жирных кислот (МНЖК); отношения НЖК/ННЖК; НЖК/ПНЖК (полиненасыщенные жирные кислоты); линолевой; суммы омега-6 ПНЖК; лауриновой; арахиновой (p = 0,0000000017–0,0300000000) (AUC — 0,914, чувствительность — 0,90; специфичность — 0,87, диагностическая точность — 0,91).
Заключение. Исследование уровней жирных кислот в группах с разными нозологическими формами ВЗК с помощью комплексного статистического анализа, включая методы машинного обучения, позволило создать диагностические модели, дифференцирующие БК, ЯК и НКК в стадии обострения с высокой точностью. Предложенный подход представляется перспективным для дифференциальной диагностики нозологических форм ВЗК.

1. Головенко О.В., Хомерики С.Г., Иванова Е.В., Федоров Е.Д., Головенко А.О. Воспалительные заболевания кишечника. Клинические, эндоскопические, морфологические аспекты диагностики. Принципы современной терапии. М.: Прима Принт; 2017.

2. Ng S.C., Shi H.Y., Hamidi N., Underwood F.E., Tang W., Benchimol E.I., et al. Worldwide incidence and prevalence of inflammatory bowel disease in the 21st century: a systematic review of population-based studies. Lancet. 2017;390(10114):2769–78. DOI: 10.1016/S0140-6736(17)32448-0

3. Maaser C., Sturm A., Vavricka S.R., Kucharzik T., Fiorino G., Annese V., et al. European Crohn’s and Colitis Organisation [ECCO] and the European Society of Gastrointestinal and Abdominal Radiology [ESGAR]. ECCO-ESGAR Guideline for Diagnostic Assessment in IBD Part 1: Initial diagnosis, monitoring of known IBD, detection of complications. J Crohns Colitis. 2019;13(2):144–64. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjy113

4. Colombel J.F., D'haens G., Lee W.J., Petersson J., Panaccione R. Outcomes and Strategies to Support a Treat-to-target Approach in Inflammatory Bowel Disease: A Systematic Review. J Crohns Colitis. 2020;14(2):254–66. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjz131

5. Gomollón F., Dignass A., Annese V., Tilg H., Assche G.V.,Lindsay J.O., et al. 3rd European Evidence-based Consensus on the Diagnosis and Management of Crohn’s Disease 2016: Part 1: Diagnosis and Medical Management, Journal of Crohn's and Colitis. 2017;11(1):3–25. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjw168

6. Sturm A., Maaser C., Calabrese E., Annese V., Fiorino G., Kucharzik T., et al. European Crohn’s and Colitis Organisation [ECCO] and the European Society of Gastrointestinal and Abdominal Radiology [ESGAR]. ECCO-ESGAR Guideline for Diagnostic Assessment in IBD Part 2: IBD scores and general principles and technical aspects. J Crohns Colitis. 2019;13(3):273–84. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjy114

7. Язвенный колит: Клинические рекомендации — 2020 (22.07.20; утв. Минздравом России).Рос. гастроэнтерол. ассоц., Ассоц. колопроктологов России. URL: https://legalacts.ru/doc/klinicheskie-rekomendatsii-iazvennyi-kolit-utv-minzdravom-rossii/

8. Ивашкин В.Т., Шелыгин Ю.А., Абдулганиева Д.И., Абдулхаков Р.А., Алексеева О.П., Алексеенко С.А. и др. Клинические рекомендации по диагностике и лечению болезни Крона у взрослых (Проект). Колопроктология. 2020;19(2):8–38. DOI: 10.33878/2073-7556-2020-19-2-8-38

9. Nuij V.J., Zelinkova Z., Rijk M.C., Beukers R., Ouwendijk R.J., Quispel R., et al. Phenotype of inflammatory bowel disease at diagnosis in the Netherlands: a population-based inception cohort study (the Delta Cohort). Inflamm Bowel Dis 2013;19:2215–22. DOI: 10.1097/MIB.0b013e3182961626

10. Burisch J., Pedersen N., Čuković-Čavka S., Brinar M., Kaimakliotis I., Duricova D., et al. East-West gradient in the incidence of inflammatory bowel disease in Europe: the ECCO-EpiCom inception cohort. Gut. 2014;63:588–97. DOI: 10.1136/gutjnl-2013-304636

11. Abraham B.P., Mehta S., El-Serag H.B. Natural history of pediatric-onset inflammatory bowel disease: a systematic review. J Clin Gastroenterol. 2012;46(7):581–9. DOI: 10.1097/MCG.0b013e318247c32f

12. Henriksen M., Jahnsen J., Lygren I., Sauar J., Schulz T., Stray N., et al. Change of diagnosis during the first five years after onset of inflammatory bowel disease: results of a prospective follow-up study (the IBSEN Study). Scand J Gastroenterol. 2006;41(9):1037–43. DOI: 10.1080/00365520600554527.

13. Melmed G.Y., Elashoff R., Chen G.C., Nastaskin I., Papadakis K.A., Vasiliauskas E.A., et al. Predicting a change in diagnosis from ulcerative colitis to Crohn's disease: a nested, case-control study. Clin Gastroenterol Hepatol. 2007;5(5):602–8; quiz 525. DOI: 10.1016/j.cgh.2007.02.015

14. Tontini G.E., Vecchi M., Pastorelli L., Neurath M.F., Neumann H. Differential diagnosis in inflammatory bowel disease colitis: state of the art and future perspectives. World J Gastroenterol. 2015;21(1):21–46. DOI: 10.3748/wjg.v21.i1.21

15. Odze R. Diagnostic problems and advances in inflammatory bowel disease. Mod Pathol. 2003;16(4):347–58. DOI: 10.1097/01.MP.0000064746.82024.D1

16. Bauset C., Gisbert-Ferrándiz L., Cosín-Roger J. Metabolomics as a Promising Resource Identifying Potential Biomarkers for Inflammatory Bowel Disease. J Clin Med. 2021;10(4):622. DOI: 10.3390/jcm10040622

17. Negreanu L., Voiosu T., State M., Voiosu A., Bengus A., Mateescu B.R. Endoscopy in inflammatory bowel disease: from guidelines to real life. Therap Adv Gastroenterol. 2019;12:1756284819865153. DOI: 10.1177/1756284819865153

18. Panes J., Jairath V., Levesque B.G. Advances in Use of Endoscopy, Radiology, and Biomarkers to Monitor Inflammatory Bowel Diseases. Gastroenterology. 2017;152(2):362–73.e3. DOI: 10.1053/j.gastro.2016.10.005

19. Lai Y., Xue J., Liu C.W., Gao B., Chi L., Tu P., et al. Serum Metabolomics Identifies Altered Bioenergetics, Signaling Cascades in Parallel with Exposome Markers in Crohn's Disease. Molecules. 2019;24(3):449. DOI: 10.3390/molecules24030449

20. Seyedian S.S., Nokhostin F., Malamir M.D. A review of the diagnosis, prevention, and treatment methods of inflammatory bowel disease. J Med Life. 2019;12(2):113–22. DOI: 10.25122/jml-2018-0075

21. State M., Negreanu L., Voiosu T., Voiosu A., Balanescu P., Mateescu R.B. Surrogate markers of mucosal healing in inflammatory bowel disease: A systematic review. World J Gastroenterol. 2021;27(16):1828–40. DOI: 10.3748/wjg.v27.i16.1828

22. Chen P., Zhou G., Lin J., Li L., Zeng Z., Chen M., et al. Serum Biomarkers for Inflammatory Bowel Disease. Front Med (Lausanne). 2020;7:123. DOI: 10.3389/fmed.2020.00123

23. Derbyshire E. Brain Health across the Lifespan: A Systematic Review on the Role of Omega-3 Fatty Acid Supplements. Nutrients. 2018;10(8):1094. DOI: 10.3390/nu10081094

24. Djuricic I., Calder P.C. Beneficial Outcomes of Omega-6 and Omega-3 Polyunsaturated Fatty Acids on Human Health: An Update for 2021. Nutrients. 2021;13(7):2421. DOI: 10.3390/nu13072421

25. Michalak A., Mosińska P., Fichna J. Polyunsaturated Fatty Acids and Their Derivatives: Therapeutic Value for Inflammatory, Functional Gastrointestinal Disorders, and Colorectal Cancer. Front Pharmacol. 2016;7:459. DOI: 10.3389/fphar.2016.00459

26. Scaioli E., Liverani E., Belluzzi A. The Imbalance between n-6/n-3 Polyunsaturated Fatty Acids and Inflammatory Bowel Disease: A Comprehensive Review and Future Therapeutic Perspectives. Int J Mol Sci. 2017;18(12):2619. DOI: 10.3390/ijms18122619

27. Marton L.T., Goulart R.A., Carvalho A.C.A., Barbalho S.M. Omega Fatty Acids and Inflammatory Bowel Diseases: An Overview. Int J Mol Sci. 2019;20(19):4851. DOI: 10.3390/ijms20194851

28. Tomaiuolo G., Lanotte L., D'Apolito R., Cassinese A., Guido S. Microconfined flow behavior of red blood cells. Med Eng Phys. 2016;38(1):11–6. DOI: 10.1016/j.medengphy.2015.05.007

29. Durkin L.A., Childs C.E., Calder P.C. Omega-3 Polyunsaturated Fatty Acids and the Intestinal Epithelium-A Review. Foods. 2021;10(1):199. DOI: 10.3390/foods10010199

30. Masoodi M., Pearl D.S., Eiden M., Shute J.K., Brown J.F., Calder P.C., et al. Altered colonic mucosal Polyunsaturated Fatty Acid (PUFA) derived lipid mediators in ulcerative colitis: new insight into relationship with disease activity and pathophysiology. PLoS One. 2013;8(10):e76532. DOI: 10.1371/journal.pone.0076532

31. Satsangi J., Silverberg M.S., Vermeire S., Colombel J.F. The Montreal classification of inflammatory bowel disease: controversies, consensus, and implications. Gut. 2006;55(6):749–53. DOI: 10.1136/gut.2005.082909

32. Silverberg M.S., Satsangi J., Ahmad T., Arnott I.D., Bernstein C.N., Brant S.R., et al. Toward an integrated clinical, molecular and serological classification of inflammatory bowel disease: report of a Working Party of the 2005 Montreal World Congress of Gastroenterology. Can J Gastroenterol. 2005;19 Suppl A:5A–36A. DOI: 10.1155/2005/269076

33. Кручинина М.В., Кручинин В.Н., Прудникова Я.И., Громов А.А., Шашков М.В., Соколова А.С. Исследование уровня жирных кислот мембран эритроцитов и сыворотки крови у пациентов с колоректальным раком г. Новосибирска. Успехи молекулярной онкологии. 2018;5(2):50–61. DOI: 10.17650/2313-805X-2018-5-2-50-61

34. Breiman, L. Random Forests. Machine Learning. 2001;45:5–32. DOI: 10.1023/A:1010933404324

35. De Preter V. Metabolomics in the Clinical Diagnosis of Inflammatory Bowel Disease. Dig Dis. 2015;33 Suppl 1:2–10. DOI: 10.1159/000437033

36. Nicholson J.K., Lindon J.C. Systems biology: Metabonomics. Nature. 2008;455(7216):1054–6. DOI: 10.1038/4551054a

37. Williams H.R., Willsmore J.D., Cox I.J., Walker D.G., Cobbold J.F., Taylor-Robinson S.D., et al. Serum metabolic profiling in inflammatory bowel disease. Dig Dis Sci. 2012;57(8):2157–65. DOI: 10.1007/s10620-012-2127-2

38. Hisamatsu T., Okamoto S., Hashimoto M., Muramatsu T., Andou A., Uo M., et al. Novel, objective, multivariate biomarkers composed of plasma amino acid profiles for the diagnosis and assessment of inflammatory bowel disease. PLoS One. 2012;7(1):e31131. DOI: 10.1371/journal.pone.0031131

39. Ooi M., Nishiumi S., Yoshie T., Shiomi Y., Kohashi M., Fukunaga K., et al. GC/MS-based profiling of amino acids and TCA cycle-related molecules in ulcerative colitis. Inflamm Res. 2011;60(9):831–40. DOI: 10.1007/s00011-011-0340-7

40. Scoville E.A., Allaman M.M., Brown C.T., Motley A.K., Horst S.N., Williams C.S., et al. Alterations in Lipid, Amino Acid, and Energy Metabolism Distinguish Crohn's Disease from Ulcerative Colitis and Control Subjects by Serum Metabolomic Profiling. Metabolomics. 2018;14(1):17. DOI: 10.1007/s11306-017-1311-y

41. Kolho K.L., Pessia A., Jaakkola T., de Vos W.M., Velagapudi V. Faecal and Serum Metabolomics in Paediatric Inflammatory Bowel Disease. J Crohns Colitis. 2017;11(3):321–34. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjw158

42. Кручинина М.В., Азгалдян А.В., Светлова И.О., Шашков М.В., Соколова А.С., Кручинин В.Н. Особенности состава жирных кислот сыворотки крови и мембран эритроцитов у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (пилотное исследование). Современные проблемы науки и образования. 2019;3. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=28868 (дата обращения: 20.02.2022). DOI: 10.17513/spno.28868

43. Uchiyama K., Nakamura M., Odahara S., Koido S., Katahira K., Shiraishi H., et al. N-3 polyunsaturated fatty acid diet therapy for patients with inflammatory bowel disease. Inflamm Bowel Dis. 2010;16(10):1696–707. DOI: 10.1002/ibd.21251

44. Marion-Letellier R., Savoye G., Beck P.L., Panaccione R., Ghosh S. Polyunsaturated fatty acids in inflammatory bowel diseases: a reappraisal of effects and therapeutic approaches. Inflamm Bowel Dis. 2013;19(3):650–61. DOI: 10.1097/MIB.0b013e3182810122

45. Ito Z., Uchiyama K., Odahara S., Takami S., Saito K., Kobayashi H., et al. Fatty Acids as Useful Serological Markers for Crohn's Disease. Dig Dis. 2018;36(3):209–17. DOI: 10.1159/000485096

46. Friedman A.N., Yu Z., Tabbey R., Denski C., Tamez H., Wenger J., et al. Low blood levels of long-chain n-3 polyunsaturated fatty acids in US hemodialysis patients: clinical implications. Am J Nephrol. 2012;36(5):451–8. DOI: 10.1159/000343741

47. Ge Sh., Lu H., Li Q., Logan H. L., Dodd V., Bian J., et al. Classification Tree Analysis of Factors Associated with Oral Cancer Exam. American Journal of Health Behavior. 2019;43:635–47. DOI: 10.5993/AJHB.43.3.16

48. Shores D.R., Binion D.G., Freeman B.A., Baker P.R. New insights into the role of fatty acids in the pathogenesis and resolution of inflammatory bowel disease. Inflamm Bowel Dis. 2011 Oct;17(10):2192–204. DOI: 10.1002/ibd.21560

49. Таганович А.Д., Олецкий Э.И., Котович И.Л. Патологическая биохимия / Под общ. ред. А.Д. Тагановича. М.: БИНОМ, 2013

50. Seimon T.A., Nadolski M.J., Liao X., Magallon J., Nguyen M., Feric N.T., et al. Atherogenic lipids and lipoproteins trigger CD36-TLR2-dependent apoptosis in macrophages undergoing endoplasmic reticulum stress. Cell Metab. 2010;12(5):467–82. DOI: 10.1016/j.cmet.2010.09.010

51. Saraswathi V., Hasty A.H. Inhibition of long-chain acyl coenzyme A synthetases during fatty acid loading induces lipotoxicity in macrophages. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2009;29(11):1937–43. DOI: 10.1161/ATVBAHA.109.195362

52. Wiese D.M., Horst S.N., Brown C.T., Allaman M.M., Hodges M.E., Slaughter J.C., et al. Serum Fatty Acids Are Correlated with Inflammatory Cytokines in Ulcerative Colitis. PLoS One. 2016;11(5):e0156387. DOI: 10.1371/journal.pone.0156387

53. Scoville E., Allaman M., Adams D., Motley A., Peyton S., Ferguson S., et al. Serum Polyunsaturated Fatty Acids Correlate with Serum Cytokines and Clinical Disease Activity in Crohn’s Disease. Scientific Reports. 2019;9:2882. DOI: 10.1038/s41598-019-39232-z

54. Sharon P., Stenson W.F. Enhanced synthesis of leukotriene B4 by colonic mucosa in inflammatory bowel disease. Gastroenterology. 1984 Mar;86(3):453–60.

55. Hommes D.W., Meenan J., de Haas M., ten Kate F.J., von dem Borne A.E., Tytgat G.N., et al. Soluble Fc gamma receptor III (CD 16) and eicosanoid concentrations in gut lavage fluid from patients with inflammatory bowel disease: reflection of mucosal inflammation. Gut. 1996;38(4):564–7. DOI: 10.1136/gut.38.4.564