Badanie to zostało przeprowadzone zgodnie z kryteriami klasyfikacji EULAR/ACR z 2019 roku. Badanie to zostało zatwierdzone przez Szpital Ludowy w Shenzhen (numer zatwierdzenia Komisji Etyki LL-KY-2019514).
Analiza randomizacji mendelowskiej (MR)
Źródła danych GWAS
Dane genetyczne dotyczące asocjacji dla SLE i 565 metabolitów zostały pozyskane z bazy OpenGWAS (https://gwas.mrcieu.ac.uk/). Zbiory danych GWAS o chorobie są podsumowane w Tabeli 1, natomiast źródła i wielkości próbek dla danych GWAS o metabolitach są szczegółowo opisane w Tabeli 2. Te zbiory danych stanowiły podstawę analizy MR do badania przyczynowych zależności między metabolitami a SLE 13,14,15,16.
Wybór zmiennych instrumentalnych
Warianty genetyczne związane z metabolitami krwi i SLE zostały wybrane jako zmienne instrumentalne (IV) do analizy MR. IV zostały wybrane na podstawie trzech podstawowych założeń MR: relewancji, niezależności oraz ograniczenia wykluczenia17. Konkretnie wybrano poszczególne polimorfizmy nukleotydowe (SNP) związane z metabolitami o progu istotności w całym genomie P < 5 × 10-8 18. Aby zapewnić niezależność między IV, wykonano zgrupowanie nierównowagi sprzężenia (LD) z progiem r2 < 0,001 i odległością fizyczną 10 000 kb, używając populacji europejskiej jako panelu referencyjnego19. Proces ten minimalizował redundancję i zapewniał, że każda IV dostarczała unikalnych informacji do analizy MR.
Analizy statystyczne
Głównym podejściem statystycznym do analizy MR była metoda ważona odwrotną wariancją (IVW), która łączy efekty wielu dożylnych w celu oszacowania przyczynowego wpływu metabolitów na SLE20. Aby uwzględnić potencjalną pleiotropię, przeprowadzono analizy czułości z wykorzystaniem regresji MR-Egger21. Siła każdego IV oceniano za pomocą statystyk F, przy czym zachowano tylko SNP wykazujące F > 10, aby zapewnić solidną wytrzymałość instrumentu22. SNP o niższych statystykach F-zostały wykluczone, aby uniknąć słabego błędu instrumentów. Ostateczne analizy MR przeprowadzono tylko wtedy, gdy nie wykryto istotnej heterogeniczności ani plejotropii, co zapewnia wiarygodność szacunków przyczynowych23.
Analizy wrażliwości
Zastosowano kilka analiz czułości, aby ocenić wiarygodność wyników MR. Heterogeniczność między dożylnymi testami oceniono za pomocą testu Q Cochrana, natomiast plejotropię za pomocą regresji MR-Egger24. Dodatkowo przeprowadzono analizę "leave-one-out", aby ustalić, czy wyniki MR były nieproporcjonalnie wpływane przez pojedynczy SNP25. Opracowano wykresy leśne, aby zobrazować indywidualne i łączone efekty IV. Analizy te wspólnie zapewniły, że wyniki MR nie były zniekształcone przez efekty plejotropowe ani odchylające SNP.
Źródło danych o metabolomice
Dane metabolomiczne użyte w tym badaniu pochodzą z wcześniej opublikowanego badania naszej grupybadawczej 10. W tym badaniu przeprowadziliśmy analizy metabolomiczne na próbkach surowicy od 121 pacjentów z SLE oraz 106 zdrowych osób. Profilowanie metabolomiczne nieukierunkowane przeprowadzono za pomocą ultrawysokowydajnej chromatografii cieczowej w połączeniu ze spektrometrią mas (UHPLC-MS). Dane zostały przetworzone przy użyciu standardowych procesów metabolomicznych, w tym wykrywania szczytów, wyrównywania i normalizacji, aby zidentyfikować metabolity istotnie związane z SLE. Metabolity te zostały następnie porównane z wynikami analizy MR w celu identyfikacji nakładających się metabolitów. Bardziej szczegółowe informacje można znaleźć w poprzedniej publikacji10. Metabolity istotnie powiązane w analizie metabolomiki oraz te o istotnych powiązaniach przyczynowych w analizie MR zostały przypisane do odpowiednich identyfikatorów HMDB za pomocą platformy MetaboAnalyst. Wspólne metabolity zostały następnie zidentyfikowane przez przecięcie obu zestawów identyfikatorów HMDB.
Pomiary cytokin i badanie apoptozy
Łącznie włączono 3 pacjentów z SLE (Tabela 3), zgodnie z kryteriami klasyfikacji EULAR/ACR z 2019 roku.
Pobranie próbki krwi obwodowej i izolacja limfocytów
Pobrano próbki krwi obwodowej (3-6 mL) od uczestników przy użyciu probarek próżniowych zawierających heparynę sodową jako środek przeciwzakrzepływy. Komórki monojądrowe krwi obwodowej (PBMC) zostały wyizolowane za pomocą wirowania gradientu gęstości Ficoll-Paque (400-800 × g przez 20-30 minut). Izolowane komórki były dwukrotnie myte solą fizjologiczną z buforem fosforanowym (PBS, HyClone) w niskoprędkościowej wirówce (250 × g przez 10 minut) i ponownie zawieszone w pełnym medium RPMI-1640 z dodatkiem 10% surowicy płodowej bydła. Gęstość komórek została skorygowana do 1 × 106 komórek/mL, co zostało zweryfikowane przez automatyczny licznik komórek. Zawiesina komórkowa była zasiewana do płytek hodowlanych i wstępnie inkubowana przez 2 godziny w temperaturze 37°C w atmosferze 5%CO2, aby ułatwić przyleganie. Po przedinkubacji starannie pobrano komórki nieprzylegające do supernatantu hodowli i poddano izolacji limfocytów. Zebrane zawieszenie było delikatnie nakładane na Ficoll-Paque i ponownie wirowane przy 400 × g przez 20 minut bez hamulca. Warstwa komórek monojądrowych na styku plazma-Ficoll została starannie zasysana, dwukrotnie przemyta fosforanową solą fizjologiczną (PBS) i ponownie zawiesiowana w medium RPMI-1640 zawierającym 10% surowicy płodowej bydła. Żywotność i stężenie komórek oceniano za pomocą automatycznego licznika komórek, a limfocyty wykorzystano następnie do dalszych zastosowań.
Leczenie i hodowla komórek
Komórki zostały podzielone na pięć grup w leczeniu: Grupa kontrolna: Leczone równą ilością DMSO. Grupa leczona cholesterolem: Leczona cholesterolem w stężeniu 1,5 mmol/L. Stężenie wolnego cholesterolu 1,5 mmol/l użyte w tym badaniu zostało wybrane do symulacji bogatego w lipidy mikrośrodowiska wykraczającego poza poziomy fizjologiczne. Krążenie wolnego cholesterolu u zdrowych osób zwykle wynosi od 0,9 do 1,3 mmol/L. Nieco podwyższone stężenie użyte w tym eksperymencie miało na celu naśladowanie patologicznego nagromadzenia lipidów, które może występować w tkankach zapalnych lub metabolicznie zaburzonych w SLE. Grupy leczące stearamidamidem: Traktowane stearamidem w stężeniach 5 μmol/L i 10 μmol/L. Stężenia stearamidu (5 i 10 μmol/L) zostały wybrane na podstawie wcześniejszego raportu26, który sugerował, że poziomy stearamidu w zakresie 5-10 μmol/L mogą naśladować podwyższone nagromadzenie lipidów w warunkach patologicznych. Celem było zbadanie pro-apoptotycznych i immunomodulacyjnych efektów ekspozycji na lipidy o wysokim stężeniu na limfocyty SLE, symulując stany zapalne lub metabolicznie zaburzone. Cholesterol i stearamid były najpierw rozpuszczane w DMSO w celu przygotowania roztworów zapasowych o wysokim stężeniu, które następnie rozcieńczano w pożywce hodowlarskiej, aby osiągnąć docelowe stężenia. Końcowe stężenie DMSO we wszystkich grupach nie przekroczyło 0,1% (v/v). Po dodaniu odpowiednich zabiegów płytki delikatnie potrząsano, aby zapewnić równomierne rozłożenie i inkubowano przez 48 godzin w temperaturze 37 °C w środowisku z zawartością 5%CO2.
Badanie apoptozy
W eksperymentach apoptozy zebrano i dwukrotnie przemyto 1 × 106 do 3 × 10 6 komórek za pomocą wstępnie schłodzonego PBS. Grupa kontrolna była przygotowywana przez ponowne zawieszenie komórek w 500 μL wcześniej schłodzonego roztworu kontrolnego z dodatnim apoptozą i inkubację na lodzie przez 30 minut, po czym następuje kolejne płukanie PBS. Grupy eksperymentalne były leczone zgodnie z rozdziorem 1.7, stosując kontrolę, cholesterol (1,5 mmol/L) oraz stearamid (10 μmol/L). Po leczeniu pobrano 1-10 × 10 komórek5 (w tym te z supernatantu hodowli) i ponownie zawieszono w 500 μL buforu wiążącego 1× (przygotowanego przez rozcieńczenie roztworu 5× zapasowego z podwójnie destylowaną wodą). Każda próbka była mieszana z równą liczbą nieprzetworzonych żywych komórek, a objętość była dostosowana do 1,5 mL z wcześniej schłodzonym buforem wiążącym 1×. Zawieszenie zostało następnie podzielone na trzy rury: jedną do kontroli ślepej powierzchni i dwie do kompensacji pojedynczych plam (Annexin V-FITC i PI). Do każdej probówki eksperymentalnej dodano 5 μL Annexin V-FITC oraz 10 μL roztworu barwienia PI, a następnie nastąpiło wirowanie i inkubacja w temperaturze pokojowej w ciemności przez 5 minut. Cytometria przepływowa została wykonana za pomocą lasera wzbudzającego o długości 488 nm do wykrycia Annexin V-FITC (emisja na 530 nm) oraz PI (emisja na 615 nm). Pusta lampa sterująca służyła do ustawiania napięcia rozpraszania w kierunku przednim (FSC), bocznego (SSC) i kanału fluorescencyjnego, natomiast rurki jednobarwne służyły do kompensacji fluorescencji. Apoptoza została przeanalizowana za pomocą dwuparametrowych wykresów rozproszonych w celu oceny odsetku komórek apoptotycznych27,28.
Wykrywanie czynników odpornościowych
Po 48-godzinnej inkubacji zawiesiny komórkowe były wirowane (250 × g przez 5 minut), aby zebrać supernatanty hodowlane, które przechowywano w temperaturze -80 °C do czasu analizy. Ilościowa analiza cytokiny została przeprowadzona za pomocą komercyjnego panelu odpowiedzi immunologicznej niezbędnych dla człowieka, zgodnie z instrukcjami producenta i z optymalizacjami dla instrumentu. W skrócie, do każdej dołki mikropłytki dodano 25 μL buforu testowego oraz 25 μL standardów (w zakresie od 2,4 do 10 000 pg/mL) lub próbek. Mieszanina kulek była wirowana przez 30 sekund i dodawana do studni, co dawało całkowitą objętość reakcji do 75 μL. Płyta była inkubowana przez potrząsanie (800 obr./min) w temperaturze pokojowej przez 2 godziny w ciemności. Po dwóch automatycznych płukaniach (1× buforu płukania, 250 × g przez 5 minut) do każdego dołka dodano 25 μL biotynowo-indykowanego przeciwciała wykrywającego i inkubowano przez 1 godzinę. Następnie dodano 25 μL streptawidyny-fikoerytrytryny (SA-PE) na 30 minut, aby wzmocnić sygnał.
Pozyskiwanie danych przeprowadzano za pomocą cytometru przepływowego wyposażonego w laser wzbudzający 488 nm oraz filtr 575/26 nm do wykrywania PE. Przed każdym eksperymentem stosowano kulki kalibracyjne do optymalizacji napięć lamp fotopowielaczowych i kompensacji widmowej. Dane zostały przeanalizowane za pomocą oprogramowania LEGENDplex v8.0, a stężenia cytokin zostały określone za pomocą pięcioparametrowego dopasowania krzywej logistycznej (5PL). Limity wykrywania dla każdej cytokiny wahały się od 0,68 pg/mL do 1,97 pg/mL, a eksperymenty prowadzono w duplikacie, aby zapewnić precyzję (współczynnik zmienności między dołkami <10%). Wyniki wyrażano jako średnią ±± odchylenie standardowe, a różnice statystyczne między grupami oceniano za pomocą jednokierunkowej metody ANOVA, a następnie testu po-hoc Tukeya w odpowiednim oprogramowaniu do analizy statystycznej. Okres inkubacji trwający 48 godzin został wybrany na podstawie dynamicznych zmian w wydzielaniu cytokin, aby kompleksowo uchwycić odpowiedź immunologiczną. Codzienna kalibracja instrumentów i kontrola stężenia DMSO (≤0,1%) zapewniły wiarygodność i powtarzalność wyników29, 30, 31.