CC BY
22
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив. Серия Г. Медицина, фармация и дентална медицина т. XXII. ISSN 1311-9427 (Print), ISSN 2534-9392 (On-line). 2017. Scientific works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series G. Medicine, Pharmacy and Dental medicine, VoLXXП. ISSN 13119427 (Print), ISSN 2534-9392 (On-line). 2018.
НЕИНВАЗИВНИ БИОМАРКЕРИ ЗА ЧЕРНОДРОБНА ФИБРОЗА Даниел Дойков1, Владимир Андонов2 1УМБАЛ Каспела,МУ-Пловдив2
NONINVASIVE BIOMARKERS FOR LIVER FIBROSIS Daniel Doykov1, Vladimir Andonov2 University Hospital Kaspela, Medical University Plovdiv
Abstract: The chronic liver diseases with different etiology are among the leading causes for death and morbidity in the world. Establishing methods for accurate staging of liver diseases is important for choosing the therapeutic manners and doing prognostic assessments. The liver biopsy is accepted as gold standard for the evaluation of liver fibrosis, but some limitations exist. During the last years different noninvasive biomarkers for liver fibrosis were invented. Some of them show good specificity and sensitivity and are nearly equal to liver biopsy.
Въведение
Хроничните чернодробни заболявания с различна етиология са сред водещите причини за смъртност и заболеваемост в световен мащаб [1]. Хроничното чернодробно заболяване прогресира през различни патологични етапи, които варират от леко чернодробно възпаление до напреднала чернодробна фиброза и цироза. Оценката на етапа на чернодробното заболяване е важна за поставянето на диагнозата, лечението и проследяването, както по време на лечението, така и след неговото прекратяване. Чернодробната биопсия представлява основният и най-точен метод, използван за оценка на чернодробната хистология и прогресирането на хроничното чернодробно заболяване. Разработени са и са модифицирани различни системи за оценка на хистологичните резултати. Чернодробната биопсия се приема за златен стандарт при оценката на чернодробната хистология. По време на патологичното прогресиране на чернодробната фиброза се извършва натрупване на голямо количество екстрацелуларен матрикс (ECM). Серумните нива на различните биомаркери се променят по време на различните стадии на фиброза, в допълнение с появата на нови биомаркери през тези етапи. Наскоро бяха разработени множество неинвазивни маркери за оценка на чернодробната фиброза, като същите се използват често в клиничната практика. Те са валидирани в различни проучвания, като някои са с висока точност при оценката на чернодробната фиброза, сравнявани с чернодробната биопсия [2], която винаги се използва като стандартен референтен метод при определянето на точността на неинвазивните методи.
Действително ли чернодробната биопсия представлява златен стандарт и референтен метод при оценката на чернодробна фиброза?
Съществуват някои ограничения на чернодробната биопсия:
• Чернодробната биопсия не отразява ефективно фиброзните изменения, които
настъпват в целия обем на черния дроб, защото оптималният обем на дадена биопсия съдържа 5-11 цели портални пространства и отразява само около 1/50000 от обема на черния дроб.
• Процесът на чернодробното фиброзиране не е линеен и биопсии от различни области показват различни стадии на фиброза.
• В няколко проучванш се посочва, че е възможно да бъде пропусната цироза при 1030% от пациентите.
• Чернодробната биопсия не е в състояние да отдиференцира цироза в ранен и напреднал стадий, поради което тя не може да бъде използвана като точен прогностичен предиктор.
• Между патолозите възникват разногласия, което може да е пряко свързано с опита на конкретния патолог.
• Съществува риск от усложнения, като същите може да варират от умерени симптоми като лека коремна болка, до тежки кръвоизливи и увреждане на жлъчните съдове.
• Поради риска от усложнения, някои пациенти отказват да се подложат на чернодробна биопсия.
• В болнични условия обикновено са необходими 4-6 часа наблюдение след извършването на чернодробна биопсия, a престоят според НЗОК е минимум 72 часа. Появата на усложнения увеличава разходите по лечението и може да доведат до удължаване на периода на хоспитализация.
Неинвазивни маркери за чернодробна фиброза.
През последните десeтилетия в световен мащаб се разработват различни процедури, които да избягват инвазивните методи и в същото време да се доближават до резултатите от чернодробната биопсия.
Неинвазивните маркери играят важна роля при оценката на етапа на фиброзата при пациенти без категорични индикации за чернодробна биопсия. Такива например са пациентите с хроничен хепатит B (HBV) и хроничен хепатит C (HCV) с нормални серумни нива на аланин-аминотрансфераза (ALT), пациенти с ко-инфекция на HBV и HCV, които изискват последваща оценка на стадия на фиброзата по време на лечението или след това, така също и при пациенти с автоимунен хепатит за оценка след продължителна имуносупресивна терапия. Бързото разработване на нови медикаменти за лечение на някои чернодробни заболявания, като HBV и HCV, неалкохолната стеатозна болест на черния дроб (NAFLD), повишават изискванията за по-честа оценка на чернодробната фиброза за преценка на отговора от лечението. Такива пациенти изискват често проследяване, следователно при тях чернодробната биопсия не е най-подходящият метод за оценка.
Идеалният неинвазивен биомаркер за оценката на чернодробна фиброза трябва да бъде прост, лесно достъпен, надежден, евтин, безопасен и добре валидиран при различни форми на хроничното чернодробно заболяване. Освен това е необходимо е да бъде информативен при оценката на прогресирането на чернодробното заболяване.
Характерният механизъм, който стои в основата на чернодробната фиброза, е промененият баланс между синтез и резорбция на екстрацелуларния матрикс. Чернодробните стелатни клетки са основният производител на ECM, като тяхното активиране и пролиферация са опосредствани от различни цитокини по време на процеса на чернодробното увреждане. Активирането и пролиферацията на чернодробните стелатни клетки води в последствие до отлагането на по-високи количества ECM. При напреднала фиброза, ECM може да се увеличи до шест пъти, в сравнение с нивото при нормален черен дроб.
Неинвазивни биомаркери (NIBM) за оценка на чернодробната фиброза.
Класификация на NIBM за чернодробна фиброза.
NIBM за чернодробната фиброза се групират в две основни категории - маркери за фиброза от клас 1 - преки биомаркери и маркери за фиброза от клас 2 - непреки маркери. Преките маркери корелират директно или представляват части от чернодробната матрица,
произвеждана от чернодробните стелатни клетки по време на цикъла на ECM при процеса на фиброзата. За разлика от тях, непреките маркери отразяват промените в чернодробните функции и са молекули, които се освобождават в кръвта поради възпалението на черния дроб, но не корелират с цикъла на ECM.
Преки NIBM.
Преки маркери, свързани с отлагането на матрицата.
1 .Проколаген тип 1 и тип III. Проколагенът представлява колагенен прекурсор. Той се разцепва от два различни ензима в неговия карбокси-терминал (тип 1 (PC1CP)) и аминотерминал (тип III (PCIIINP). Серумните нива на PCIIINP отразяват етапа на чернодробната фиброза. По време на процеса на цирозиране, PCIIINP серумните нива корелират със серумния билирубин. Преди повече от десетилетие на PIIINP е извършена оценка при пациенти с първична билиарен холангит (PBC), като се приема, че е свързана с хистологичната степен на тежестта на чернодробното заболяване.
2. Колагенът от тип IV представлява компонент на ECM, който се изследва като сурогатен маркер за чернодробната фиброза. Той е подробно изследван при чернодробни заболявания с различна етиология. Увеличава се при пациенти с хронични чернодробни заболявания и неговите нива корелират съществено със степента на чернодробната фиброза.
3. Хиалуроновата киселина (HA) представлява гликозамингликан и е компонент на ECM, който се произвежда от чернодробните стелатни клетки. HA се изследва при пациенти с CHC, NAFLD, ALD и CHB, но по-задълбочени проучвания са извършени при първите две заболявания. HA е от съществено значение при откриване на напреднала фиброза. HA показва отрицателна предиктивна стойност от 98-100% при чернодробна цироза и е особено важна за изключване на чернодробна цироза [3]. При лечение на пациенти с CHC, отговорът на лечението се свързва с понижаването на серумните нива на HA [4].
4. Ламининът представлява неколагенен гликопротеино-компонент на ECM, който се произвежда от чернодробните стелатни клетки. Той се отлага в базалната мембрана на черния дроб. Ламининът притежава също и прогностична стойност, с диагностична точност от 70% при предсказването на риска от варикозно кървене. Данните за базалната мембрана, отнасящи се до преките неинвазивни маркери, посочват, че нивата на PICP (С-терминален пропептид на тип I проколаген), PIIINP, тип VI колаген и ламинин се понижават по време на въздържане от прием на алкохол.
Преки маркери, свързани с разграждането на матрицата.
Разграждането на EMC е основно действие на семейството на ензими на матриксните металопротеинази (MMP), три от които се експресират при хората [5]. Такива са :
Ензим MMP-1 (колагенази) - корелират със степента на портално възпаление, но не и със степента на чернодробната фиброза.
Ензим MMP-2 (гелатиназа-A) - данните за неговата роля при стадирането на фиброза са противоречиви.
Ензим MMP-9 (гелатиназа-B) - продукт на чернодробните клетки на Купфер (Kupffer). В предишни проучвания ензимът MMP-9 се е считал за притежаващ диагностичен потенциал при хепатоцелуларен карцином. Наскоро Badra и екип посочват, че MMP-9 корелира отрицателно с TIMP-1 и хистологичната степен на тежест при хроничен хепатит, като най-ниски нива се отчитат при пациенти с чернодробна цироза.
Тъканни инхибитори на матриксните металопротеинази (TIMP).
Цитокини и хемокини, свързани с чернодробната фиброза
Трансформиращият растежен фактор-^(TGF-^1) и Трансформиращият растежен фактор алфа (TGF-a)
Непреки биохимични маркери за чернодробна фиброза
1.Серумното ниво на ензима аланин-аминотрансфераза (ALT) представлява един от най-старите маркери, използвани за оценката на чернодробното заболяване. Pradat и екип
посочват, че серумният ALT е полезен при извършването на измерване поради високата си чувствителност и специфичност (2,25 пъти по-високо ниво от нормалните стойности предсказва патологична чернодробна хистология) [6]. Серумните нива на ALT обаче се влияят от множество фактори, включително пол, индекс на телесна маса (BMI) и използване на хепатоксични медикаменти.
2. Съотношението аспартат-аминотрансфераза AST/ALT (AAR) е един от най-старите маркери за чернодробна фиброза, който е лесно достъпен и приложим. Той е валидиран при различни форми на хроничното чернодробно заболяване и в съотношение от >1 е предиктивно за наличие на чернодробна цироза. Съотношение AAR от 1,16 предсказва с висока степен на точност едногодишен леталитет. Оценката по BARD включва AAR, заедно с измерване на BMI и захарен диабет и е предложена от Harrison и екип през 2008г. Тя показва негативна предсказваща стойност от 96% и 81,3% и по-висока степен на точност в сравнение с NFAS [7].
3. Съотношението AST/тромбоцити (APRI) е разработено от Wai и сътр. през 2003г. и се измерва като APRI = ASТ ниво (/ULN) Ш00/количество тромбоцити. Множество проучвания показват, че APRI притежава диагностичен потенциал и висока точност при предсказването на напреднала фиброза при различни форми на хроничното чернодробно заболяване.
4. Индекс на Forns - описан от Forns и екип през 2002г Индексът се изчислява въз основа на възрастта на пациента и три рутинни лабораторни теста, а именно брой на тромбоцити, серумно ниво на холестерол и у-глутамил транс-пептидаза (GGT) [8]. При разделителна стойност от 6,9 индексът притежава стойност при диференцирането на лека (F0-F1) от тежка фиброза (F2-F4), но е по-малко точен при диференцирането на F2 от F4. Подобно на APRI, индексът на Forns може да направи погрешно класифициране при половината от пациентите [8].
5. Fibro тест и Fibrosure тест. Тези тестове са идентични, но се предлагат на пазара под различни имена. Тестът се провежда въз основа на възрастта и пола на пациента, нивата на серумен хаптоглобин, а2 макроглобулина, аполипопротеин A1, GGT и билирубин. Точността на Fibro теста е оценена при пациенти с CHC, CHB, NAFLD и ALD. Това е най-валидираният неинвазивен тест, използван за откриване на чернодробната фиброза. Неотдавна Poynard и сътр. потвърждават точността на Fibro теста при диагностицирането на напредналата фиброза и цироза.
6. Fibro index. Този индекс е разработен през 2007г. от Koda и сътр. за оценка на чернодробната фиброза при пациенти с CHC. Индексът се получава от стойностите на броя на тромбоцитите, AST и гама глобулин. При разделителна стойност от 2,25, индексът се асоциира с F2-F3 фиброза и негативна предсказваща стойност от 90%. Този индекс показва AUC от 0,83 за откриването на значима фиброза. Последващи валидации показват обаче, че този индекс е по-малко надежден [10].
7. Резултат от FIB-4 оценка. Този резултат се изчислява въз основа на възрастта, броят на тромбоцитите, AST и ALT. Първоначално е разработен от Sterling и сътр. за оценка на фиброзата при пациенти с ко-инфекция HIV/HCV При разделителна стойност от 3,25 87% от пациентите са правилно класифицирани, с AUC от 0,765 за значима фиброза [11]. Fib-4 резултатът е валидиран впоследствие за откриване на моноинфекции при HCV и HBV Резултатът показва съответно AUC от 0,85 и 0,81 за откриване на тежка степен на фиброза за изолирана HCV и HBV инфекция. Fib-4 показва по-добро представяне при NAFLD, в сравнение с AAR, APRI и NAFLD резултат за чернодробната фиброза (NFSA).
8. FibroQ тест. Този тест е предложен от Hsieh и сътр. през 2009г. Резултатът се изчислява въз основата на възраст, AST, протромбиново време (PT-INR), брой на тромбоцити и ALT. При това изследване, с прилагане на разделителна стойност от 1,6, площта AUC за откриване на значима фиброза е 0,783, а отрицателната предиктивна стойност е 100% за изключването на чернодробна цироза. Тези две стойности са по-високи
от получените чрез използване на APRI и AAR при същата група пациенти. Подобно изследване, проведено наскоро, показва, че тестът FibroQ има по-добро представяне от FIB-4, AAR, APRI и модела на Lok при предсказване на значима фиброза при пациенти с хроничен хепатит C.
Понастоящем, с нарастване на броя на случаите на метаболитен синдром, NAFLD се счита за най-честата причина за чернодробно заболяване в световен мащаб. Разработени са специфични за NAFLD маркери за фиброза. Предложен е прост тест за определяне на стадия на чернодробната фиброза при пациенти с NAFLD. Тестът се основана на индекс за телесна маса, възраст, гликемичен статус, брой на тромбоцити, ниво на албумин и съотношение AST/ALT. При използване на този тест, 90% от пациентите са правилно стадирани, с AUC от 0,88 и 0,82 в двете изследвани групи, като напредналият стадий на фиброза е изключен с висока точност (NPV от 93% и 88% в двете групи).
9.Тест за стеатоза. Този тест е предложен от Poynard и сътр. за оценка на степента на NAFLD. Тестът включва петте компонента на Fibro теста (а2 макроглобулин, хаптоглобулин, аполипопротеин A1, GGT и общ билирубин) и Acti теста (ALT в допълнение към индекса за телесна маса, нивото на серумния холестерол, триглицеридите и глюкозата, с корекция съобразно възрастта и пола).
Преимущества и недостатъци на NIBM при откриване на чернодробната фиброза.
NIBM са по-ефективни, в сравнение с чернодробната биопсия поради следните причини:
- Те са неинвазивни и могат да бъдат изследвани и в амбулаторни условия;
- По-евтини са, в сравнение с чернодробната биопсия;
- Могат да бъдат лесно повторени, с цел потвърждаване на получените резултати;
- При коректно валидиране, могат да се използват за последващо проследяване и
наблюдение;
- При тях няма описаните рискове от заболеваемост и смъртност при извършване на
чернодробната биопсия.
Ограничения на NIBM:
- Някои от маркерите, като APRI, Hepascore и Fibrospect II се нуждаят от повече валидиране при междинните стадии на чернодробната фиброза [9].
- Въпреки че ефективността на NIBM при извършване на оценка на чернодробната фиброза се демонстрира в множество изследвания, някои проучвания сочат, че NIBM може да не притежават необходимия диагностичен потенциал при доказването на чернодробната фиброза [12].
- Остават с ограничен потенциал при оценката на развитието на усложнения, като езофагеални варици и риск от варикозно кървене [9].
- Преките и непреките маркери за чернодробна фиброза не са специфични за черния дроб и могат да бъдат променени от патологични състояния в други органи.
- При някои от биомаркерите отсъства стандартизиране, поради променливи стойности и различни горно-нормални диапазони, използвани от различните лаборатории.
- Всички изследвания, които извършват оценка на точността на NIBM, използват чернодробната биопсия като златен референтен стандарт. Този протокол също представлява ограничение, защото дори и най-добре проведената чернодробна биопсия носи риск от грешка при извършването й.
Заключение
В момента няма съвършен NIBM за целите на чернодробната хистология. Използването на неинвазивни биомаркери за оценка на чернодробната хистология може съществено да съкрати, но не и да замести изцяло, изискването за извършване на чернодробна биопсия при пациенти с хроничен вирусен хепатит и NAFLD. При други хронични чернодробни заболявания, NIBM не са достатъчно добре валидирани и е
необходимо извършването на още изследвания. Освен това, бъдещи проучвания на наличните в момента NIBM може да доведат до откриването на по-значими прогностични свойства на тези маркери.
Съкращения
NIBM: Неинвазивни биомаркери
NAFLD: Неалкохолна стеатозна болест на черния дроб
ALD: Алкохолна чернодробна болест
ECM: Извънклетъчна матрица
AUROC: Площ под кривата на работната характеристика.
Книгопис:
[1] B.J.McMahon,“The natural history of chronic hepatitis B virus infection” Hepatology, vol.49, no.5, pp.S45-S55, 2009.
[2] L.Castera,“Invasive and non-invasive methods for the assessment of fibrosis and disease progression in chronic liver disease,” Best Practice and Research: Clinical Gastroenterology, vol.25,no.2,pp.291-303,2011.
[3] YMurawaki,Y.Ikuta,K.Okamoto,M.Koda,andH.Kawasaki, “Diagnostic value of serum markers of connective tissue turnover for predicting histological staging and grading in patients with chronic hepatitis C,” Journal of Gastroenterology, vol.36,no.6,pp.399-406,2001.
[4] J. Guechot, A. Loria, L. Serfaty, P. Giral, J. Giboudeau, and R. Poupon, “Serum hyaluronan as a marker of liver fibrosis in chronic viral hepatitis C: effect of a-interferon therapy” Journal of Hepatology, vol.22, no.1, pp.22-26,1995.
[5] J. Sun, “Matrix metalloproteinases and tissue inhibitor of metalloproteinases are essential for the inflammatory response in cancer cells,”Journal of Signal Transduction,vol.2010, Article ID985132, 7pages, 2010.
[6] P.PradatAAlberti,T.Poynardetal.,“Predictive value of ALT levels for histologic findings in chronic hepatitis C: a European collaborative study,” Hepatology, vol. 36, no. 4, pp. 973-977, 2002.
[7] S. A. Harrison, D. Oliver, H. L. Arnold, S. Gogia, and B. A. Neuschwander-Tetri,“Development and validation of a simple NAFLD clinical scoring system for identifying patients without advanced disease,”Gut,vol.57,no.10,pp.1441-1447,2008.
[8] X. Forns, S. Ampurdan'es, J. M. Llovet et al., “Identification of chronic hepatitis C patients without hepatic fibrosis by a simple predictive model,”Hepatology,vol.36,no.4,pp.986-992,2002.
[9] T. Poynard, R. Morra, P. Ingiliz et al., “Biomarkers of liver fibrosis,” Advances in Clinical Chemistry, vol. 46, pp. 131-160, 2008. [100] L.Castera,“Non-invasive assessment of liver fibrosis in chronic hepatitis C ” Hepatology International, vol.5, no.2, pp.625-634, 2011.
[10] P.Halfon,G.Penaranda,C.Renou,andM.Bourliere,“External validation of FibroIndex,”Hepatology, vol.46, no. 1, pp.280-281,2007.
[11] R. K. Sterling, E. Lissen, N. Clumeck et al., “Development of a simple noninvasive index to predict significant fibrosis in patients with HIV/HCV coinfection,” Hepatology, vol. 43, no. 6,pp.1317-1325,2006.
[12] C.-T.Wai,C.L.Cheng,A.Weeetal.,“Non-invasive models for predicting histology in patients with chronic hepatitis B,”Liver International,vol.26,no.6,pp.666-672,2006.
