Prognostic value of assessment of glial cell line-derived neurotrophic factor in ischemic stroke patients

Cover Page

Cite item

Abstract

Objective. The aim of the study was to estimate the prognostic value of GDNF in acute IS patients. Glial neurotrophic factor (GDNF) is a neuropeptide, which promotes the proliferation and differentiation of the cells of the central and peripheral nervous system, possesses antihypoxic and neuroprotective properties in ischemic stroke (IS).

Materials and methods. 50 patients with first-ever acute IS were examined at the National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS); modified Rankin scale was used on admission to the hospital, 7 and 14 days after stroke. The plasma GDNF level was measured at the first 48 hours and after 7 days of IS onset. GDNF was analyzed by commercially available ELISA kit. The comparison group included 20 healthy persons.

Results. The average GDNF level in the group of patients with IS (3.4 [2.8; 5.0] pg/ml) was significantly higher than in the group of healthy individuals (2.8 [2.6; 2.9] pg/ml), p = 0.02.

The risk of unfavourable functional outcome on the day 14 after IS onset was higher by 2.8-fold in those patients whose level of GDNF was increased on the 7th day of the disease by more than 30% compared to its level in the first 48 hours (RR = 2,8; 95% CI [1,4–5,7]).

The GDNF level less than 2.9 pg/ml was associated with a high risk of death during 14 days after the IS onset (RR = 6,7; 95% CI [1,5–30,5]).

Conclusions. Plasma concentrations of GDNF have a high predictive value for unfavorable functional outcome and risk of death in acute period of IS.

Full Text

Введение

Совершенствованию оказания помощи пациентам с ишемическим инсультом (ИИ) способствует поиск лабораторных маркеров, позволяющих определить выраженность повреждения мозга вследствие развития заболевания и оценить прогноз дальнейшего функционального восстановления. Одним из них может быть глиальный нейротрофический фактор (GDNF) – нейропептид, способствующий пролиферации и дифференцировке клеток центральной и периферической нервной системы, участвующий в репарации поврежденной мозговой ткани [1, 2].

В настоящее время исследователи не пришли к единому выводу о диагностической и прогностической значимости определения уровня GDNF у больных инсультом, что требует дальнейшего изучения вопроса [3–6].

Цель исследования оценить прогностическую значимость определения уровня GDNF в плазме крови у пациентов с ишемическим инсультом.

Материалы и методы исследования

Обследовано 70 человек в возрасте от 37 до 80 лет. Основную группу составили 50 пациентов с ИИ (27 женщин и 23 мужчины, средний возраст – 66,5 ± 10,4 г.), поступивших на лечение в неврологическое отделение Регионального сосудистого центра № 2 Нижегородской областной клинической больницы им. Н.А. Семашко. Группа сравнения включала 20 здоровых человек (10 женщин и 10 мужчин, средний возраст – 62,5 ± 8,2 г.). Группы статистически значимо не различались по полу и возрасту.

Критериями включения в основную группу были: первый клинически манифестный ИИ, первые 48 ч с момента развития симптоматики, согласие пациента или его законного представителя на участие в исследовании.

Критериями исключения служили: наличие в анамнезе аутоиммунных заболеваний, онкопатологии внецеребральной и церебральной локализации, геморрагический инсульт или ИИ с геморрагической трансформацией, повторный инсульт.

Диагноз ИИ подтверждался данными нейровизуализации (компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии). Объем очага ишемии в среднем составил 9,3 [0, 8; 36, 0] см3. У 40 больных (80 %) ИИ локализовался супратенториально, у 10 (20 %) – субтенториально.

Всем пациентам основной группы при поступлении в стационар (Т0) проводился клинико-неврологический осмотр с дополнительной количественной оценкой тяжести неврологического дефицита по Шкале инсульта Национального института здоровья (National Institutes of Health Stroke Scale – NIHSS, англ.), функционального исхода по модифицированной шкале Рэнкина (МШР) и определение в плазме крови концентрации GDNF (R&D systems, США) методом иммуноферментного анализа (ИФА).

На 7-е сутки от развития симптоматики (Т1) пациентам вновь проводилась количественная оценка выраженности неврологического дефицита и определение уровня GDNF.

На 14-е сутки от развития ИИ (Т2) у больных оценивались тяжесть неврологического дефицита по NIHSS, функциональный исход по МШР.

Функциональный исход считался благоприятным при оценке 0–2 балла, неблагоприятным – 3–6 баллов по МШР [7].

Лицам группы сравнения однократно проводился клинико-неврологический осмотр и определение в крови концентрации GDNF методом ИФА.

Протокол исследования одобрен этическим комитетом Приволжского исследовательского медицинского университета. От всех обследуемых получено информированное добровольное согласие.

Статистический анализ данных проводился с помощью программ Statistica 7.0 и SPSS 17.0. Для данных, имеющих нормальное распределение, рассчитывалось среднее арифметическое (M) и стандартное отклонение (σ), а для данных, не имеющих нормального распределения – медиана (Me) и интерквартильный размах в виде 25%-ного и 75%-ного процентилей (Me [Q1;Q3]). Сравнение двух выборок осуществлялось с применением непараметрического критерия Манна – Уитни для несвязанных групп, критерия Вилкоксона для связанных групп, корреляции оценивались с помощью критерия Спирмена. Результат считался статистически значимым при р < 0,05. ROC-анализ (Receiver Operating Characteristic curve, англ.) применялся для поиска диагностически значимой концентрации GDNF. Проводилось построение ROC-кривой с указанием площади под кривой (AUC). Выбор порога отсечения осуществлялся в точке графика с максимальной суммарной чувствительностью и специфичностью. Для определения риска неблагоприятного функционального исхода и риска летального исхода рассчитывался показатель ОР (относительный риск) с указанием 95%-ного доверительного интервала ОР при условии наличия предполагаемого фактора риска. Значимость связи фактора риска и исхода считалась доказанной в случае, если рассчитанный 95%-ый доверительный интервал ОР находился за пределами единицы.

Результаты и их обсуждение

Характеристика группы пациентов с ИИ по выраженности неврологического дефицита и функциональных нарушений представлена в табл. 1.

Средний уровень GDNF в группе больных ИИ (3,4 [2, 8; 5, 0] пг/мл) оказался статистически значимо выше, чем в группе здоровых (2,8 [2, 6; 2, 9] пг/мл), р = 0,02.

Полученные нами данные согласуются с рядом исследований, показавших, что при развитии ИИ происходит индуцированная нейровоспалением экспрессия GDNF в активированных астроцитах, клетках микроглии и инфильтрирующих макрофагах. Это способствует восстановлению нервных клеток (нейропротекции и репарации) после ишемического повреждения [8–11]. GDNF регулирует клеточную активность через увеличение концентрации внутриклеточного Са++ и взаимодействие c гликозил-фосфатидилинизитольным якорем на поверхности клетки, c которым связывается GFRα и далее передает сигнал через трансмембранный Ret – рецептор или молекулу адгезии нервной клетки, способствуя выживанию, росту нейронов и синаптогенезу [1, 2, 12].

 

Таблица 1

Оценка тяжести инсульта и выраженности функциональных нарушений у пациентов в острейшем и остром периодах заболевания

Параметр

Первые 48 ч (Т0)

7-е сут (Т1)

12–14-е сут (Т2)

NIHSS

Менее 15 баллов, абс. (%)

15 баллов и более, абс. (%)

 

38 (76)

12 (24)

 

41 (82)

9 (18)

 

41 (82)

9 (18)

МШР

0–2 балла, абс. (%)

3–6 баллов, абс. (%)

 

0 (0)

50 (100)

 

 

12 (24)

38 (76)

Уровень GDNF, пг/мл

3,4 [2, 8; 5, 0]

4,0 [2, 9; 10, 5]

 

Рис. 1. Концентрация GDNF (пг/мл) в острейшем (Т0) и остром периоде (Т1) ИИ у пациентов с неблагоприятным (а) и благоприятным (б) прогнозом функционального восстановления

 

Статистически значимых корреляций между уровнем GDNF и тяжестью неврологического дефицита (по NIHSS), функциональных нарушений МШР, объемом очага ишемии у пациентов в острейшем периоде ИИ выявлено не было.

При сравнительном анализе уровня GDNF у пациентов с супра- и субтенториально расположенным очагом ишемии статистически значимых различий не получено (р = 0,6).

На момент Т2 благоприятный функциональный исход (0–2 балла по МШР) наблюдался у 12 пациентов (24 %), а неблагоприятный (3–6 баллов по МШР) – у 38 (76 %). У больных с неблагоприятным исходом за период Т0–Т1 отмечалось статистически значимое повышение уровня GDNF (критерий Вилкоксона, р = 0,03, рис. 1), причем прирост составил более 30 %. У больных с благоприятным исходом уровень GDNF за период Т0–Т1 статистически значимо не изменился (р = 0,24). Обнаружено, что риск неблагоприятного функционального исхода у пациентов через 14 дней от развития ИИ был в 2,8 раза выше при повышении уровня GDNF на 7-е сут от развития заболевания более чем на 30 % по сравнению с его уровнем в первые 48 ч заболевания. Вероятно, что у данной категории больных на 7-е сут продолжается гиперэкспрессия нейротрофического фактора для защиты и восстановления поврежденной мозговой ткани.

Ранее данный факт в литературе описан не был. Однако существует ряд работ, в которых показана прогностическая значимость определения другого нейротрофина (BDNF – нейротрофического фактора мозга) у пациентов с ИИ. Так, в работе A. Lasek-Bal et al. (2015) показано, что предикторами неблагоприятного функционального исхода пациентов через 90 дней от развития инсульта являлись низкий уровень BDNF и выраженность неврологического дефицита по NIHSS более 4 баллов в острейшем периоде заболевания [13].

В остром периоде ИИ летальный исход наблюдался в 7 из 50 (14 %) случаев. Уровень GDNF (Т0) оказался статистически значимо ниже у пациентов, умерших в течение 14 дней от развития ИИ, чем у выживших больных (2,8 [2, 4; 3, 1] нг/мл и 3,5 [3, 0; 5, 6] нг/мл соответственно, р = 0,01). Возможно, это связано с тем, что у пациентов с летальным исходом происходит срыв адаптационных возможностей организма, и не запускаются в должной мере нейропротекторные механизмы [14].

Определена точка ROC, равная концентрации GDNF в 2,9 нг/мл, позволяющая различить умерших и выживших больных с чувствительность метода 71,4 % и специфичностью 80,5 % (AUC составила 0,83, 95 % ДИ 0,65 – 0,97, р = 0,01) (рис. 2).

 

Рис. 2. ROC-кривая для прогнозирования летального исхода у пациентов в первые 14 суток от развития ИИ с помощью определения плазменного уровня GDNF (Т0)

 

Риск летального исхода в первые 14 суток ИИ оказался в 6,7 раза выше у тех пациентов, чей уровень GDNF в первые 48 ч от начала развития заболевания составил менее 2,9 нг/мл (ОР = 6,7; 95 % ДИ [1, 5–30, 5]).

Выводы

У пациентов с ИИ происходит повышение плазменного уровня GDNF по сравнению со здоровыми лицами.

Предиктором неблагоприятного функционального исхода на 14-й день ИИ служит повышение в первые 7 сут заболевания уровня GDNF более чем на 30 %.

Фактором риска летального исхода в первые две недели ИИ является уровень GDNF менее 2,9 пг/мл, измеренный в первые 48 ч от возникновения заболевания.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

×

About the authors

Anastasia S. Kurakina

E.A. Vagner Perm State Medical University

Author for correspondence.
Email: nansy.trifonova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6058-9476
ResearcherId: ABH-3974-2020

candidate of medical Sciences, assistant lecturer of the depaetment of neurology and medical genetics

Russian Federation, Perm

Tatyana N. Semenova

Privolzhsky Research Medical University

Email: neurotmdoc@gmail.com

Assistant, Department of Diseases of Nervous System

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Natalia A. Schelchkova

Privolzhsky Research Medical University

Email: natalia-shelchkova@rambler.ru

Candidate of Biological Sciences, Head of Central Scientific Research Laboratory, Associate Professor of Department of Normal Physiology named after N.Yu. Belenkov

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Elena V. Guzanova

Privolzhsky Research Medical University; Nizhny Novgorod Regional Clinical Hospital named after N.A. Semashko

Email: el.guzanova@yandex.ru

Candidate of Medical Sciences, Assistant, Department of Diseases of Nervous System, neurologist of Unit for Stroke Patients

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Irina V. Mukhina

Privolzhsky Research Medical University

Email: mukhinaiv@mail.ru

Doctor of Biological Sciences, Professor, Director of Institute of Fundamental Medicine, Head of Department of Normal Physiology named after N.Yu. Belenkov

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Julia V. Karakulova

E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: julia.karakulova@mail.ru

MD, PhD, Professor, Head of Department of Neurology and Medical Genetics

Russian Federation, Perm

Vera N. Grigorieva

Privolzhsky Research Medical University

Email: vrgr@yandex.ru

MD, PhD, Professor, Head of Department of Diseases of Nervous System

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Shishkina T.V., Vedunova M.V., Mishchenko T.A., Mukhina I.V. The Role of Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor in the Functioning of the Nervous System (Review). Sovremennye tekhnologii v meditsine 2015; 7 (4): 211–215 (in Russian).
  2. Airaksinen M.S., Saarma M. The GDNF family: signalling, biological functions and therapeutic value. Nat Rev Neurosci 2002; 3(5): 383–394.
  3. Mitroshina E.V., Abogessimengane B.Zh., Urazov M.D., Khamrauy I., Mishchenko T.A., Astrakhanova T.A., Shchelchkova N.A., Lapshin R.D., Shishkina T.V., Belousova I.I., Mukhina I.V., Vedunova M.V. Adaptive Role of Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor in Cerebral Ischemia. Sovremennye tekhnologii v meditsine 2017; 9 (1): 68–77 (in Russian).
  4. Fantacci C., Capozzi D., Ferrara P., Chiaretti A. Neuroprotective Role of Nerve Growth Factor in Hypoxic-Ischemic Brain Injury. Brain Sciences 2013; 3(3): 1013–1022.
  5. Vedunova M.V., Sakharnova T.A., Mitroshina E.V., Shishkina T.V., Astrakhanova T.A., Mukhina I.V. Antihypoxic and Neuroprotective Properties of BDNF and GDNF in vitro and in vivo Under Hypoxic Conditions. Sovremennye tekhnologii v meditsine 2014; 6(4): 38–47 (in Russian).
  6. Zhang Y., Jiang H., Yue Y., Yin Y., Zhang Y., Liang Y., Li S., Wang J., Lu J., Geng D., Wu A., Yuan Y. The protein and mRNA expression levels of glial cell line-derived neurotrophic factor in post stroke depression and major depressive disorder. Sci Rep 2017; 7(1), available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5561249/.
  7. Stanne T.M., Åberg N.D., Nilsson S., Jood K., Blomstrand K., Andreasson Ulf, Blennow K., Zetterberg H., Isgaard J., Svensson J., Jern C. Low circulating acute brain-derived neurotrophic factor levels are associated with poor long-term functional outcome after ischemic stroke. Stroke 2016; 47(7): 1943–1945.
  8. Azevedo MD, Sander S., Tenenbaum L. GDNF, A Neuron-Derived Factor Upregulated in Glial Cells during Disease. J Clin Med 2020; 9(2): 456–469.
  9. Smirkin A., Matsumoto H., Takahashi H., Inoue A., Tagawa M., Ohue S., Watanabe H., Yano H., Kumon J., Ohnishi T., Tanaka J. Iba1+/NG2+ macrophage-like cells expressing a variety of neuroprotective factors ameliorate ischemic damage of the brain. J Cereb Blood Flow Metab 2010; 30: 603–615.
  10. Tokumine J., Kakinohana O., Cizkova D., Smith D.W., Marsala M. Changes in spinal GDNF, BDNF, and NT-3 expression after transient spinal cord ischemia in the rat. J Neurosci Res 2003; 74: 552–561.
  11. Capani F., Quarracino C., Caccuri R., Sica R.E. Astrocytes as the main players in primary degenerative disorders of the human central nervous system. Front Aging Neurosci 2016; 8, available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4777729/.
  12. Ibáñez C.F. Structure and physiology of the RET receptor tyrosine kinase. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2013; 5(2), available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3552510/.
  13. Lasek-Bal A., Jędrzejowska-Szypułka H., Różycka J., Bal W., Holecki M., Duława J., Lewin-Kowalik J. Low concentration of BDNF in the acute phase of ischemic stroke as a factor in poor prognosis in terms of functional status of patients. Medical science monitor: international medical journal of experimental and clinical research 2015; 21: 3900 – 3905.
  14. Shchelchkova N.A., Kokaya A.A., Bezhenar' V.F., Rozhdestvenskaya O.V., Mamedova M.A., Mishchenko T.A., Mitroshina E.V., Vedunova M.V. The Role of Brain-Derived Neurotrophic Factor and Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor in Chronic Fetal Oxygen Deprivation. STM 2020; 12(1): 25–33 (in Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Concentration of GDNF (pg / ml) in the acute (T0) and acute period (T1) IS in patients with unfavorable (a) and favorable (b) prognosis of functional recovery

Download (38KB)
2. Fig. 2. ROC-curve for predicting mortality in patients in the first 14 days from the development of IS by determining the plasma level of GDNF (T0)

Download (15KB)

Copyright (c) 2021 Kurakina A.S., Semenova T.N., Schelchkova N.A., Guzanova E.V., Mukhina I.V., Karakulova J.V., Grigorieva V.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies