BACKGROUND: The search for additional diagnostic markers that reflect the dynamics of disease progression remains a necessary and relevant task. Inflammation, as a key component of the pathogenesis of many diseases, is one of the main factors contributing to an increased level of extracellular DNA (ecDNA) in the blood plasma of affected patients.
AIM: To determine the fragmentation index of ecDNA, the quantitative content of mitochondrial ecDNA (mt-ecDNA) within the total ecDNA pool, and the level of membrane-bound ecDNA in the blood of patients with rheumatoid arthritis and bronchial asthma to assess the potential diagnostic value of these parameters in evaluating inflammatory activity and therapeutic effectiveness.
METHODS: The total ecDNA pool was measured using the Quant-IT™ PicoGreen reagent for double-stranded DNA. The amount of mt-ecDNA and the ratio of long to short ecDNA fragments in blood plasma were assessed by real-time quantitative polymerase chain reaction.
RESULTS: The ecDNA fragmentation index was significantly lower in both patients with bronchial asthma (Me=0.42; p <0.001) and rheumatoid arthritis (Me=0.34; p <0.001) compared to the donor group (Me=0.81). The prescribed therapy had no substantial effect on the fragmentation index, which remained nearly unchanged from the time of admission: Me=0.49 in the bronchial asthma group and Me=0.35 in the rheumatoid arthritis group. In patients with bronchial asthma, a moderate correlation was observed between mt-ecDNA levels and C-reactive protein (ρ=0.34; p >0.05). In patients with rheumatoid arthritis, similar correlations were found between mt-ecDNA and DAS-28 (ρ=0.36; p >0.05), as well as C-reactive protein (ρ=0.28; p >0.05). The membrane-bound ecDNA fraction was significantly lower in patients with rheumatoid arthritis compared to healthy donors (18.7 ng/mL vs. 55.6 ng/mL; p <0.01). A decrease in membrane-bound ecDNA fraction was also observed in patients with bronchial asthma compared to the donor group (19.4 ng/mL; p <0.01).
CONCLUSION: The ecDNA fragmentation index and mt-ecDNA levels cannot serve as markers of inflammatory activity or indicators of the pathological shift in the Th1/Th2 balance in various immune system disorders. This is supported by the fact that diseases with differing levels of inflammatory activity, such as rheumatoid arthritis and bronchial asthma, result in a similar reduction in the ecDNA fragmentation index relative to healthy donors and do not lead to any significant difference in mean mt-ecDNA levels between these patient groups.
Обоснование. Поиск дополнительных диагностических маркёров, отражающих динамику развития исследуемых заболеваний, всегда является необходимой и актуальной задачей. Воспалительный процесс, как существенная часть патогенеза многих заболеваний, выступает одним из основных факторов, увеличивающих уровень внеклеточной ДНК (вкДНК) в плазме крови больных.
Цель исследования — определение индекса фрагментации вкДНК, количественного содержания митохондриальной ДНК (мвкДНК) в общем пуле вкДНК и уровня вкДНК, связанной с мембранами клеток крови, в крови пациентов с ревматоидным артритом и бронхиальной астмой для оценки перспективы диагностического применения этих характеристик в определении активности воспалительных процессов и эффективности терапевтических мероприятий.
Методы. Уровень общего пула вкДНК определяли с использованием флюоресцентного реагента Quant-ITTM PicoGreen для двухцепочечной ДНК. Количество мвкДНК и соотношение длинных и коротких фрагментов вкДНК плазмы крови были измерены с помощью количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени.
Результаты. Показано, что индекс фрагментации вкДНК был резко снижен относительно группы доноров (Ме=0,81) у пациентов как с бронхиальной астмой (Ме=0,42; р <0,001), так и с ревматоидным артритом (Ме=0,34; р <0,001). Проведённый курс терапии не оказывал существенного влияния на величину индекса фрагментации, оставаясь практически таким же, каким был при поступлении в клинику: в группе с бронхиальной астмой Ме=0,49, а в группе с ревматоидным артритом Ме=0,35. В группе пациентов с бронхиальной астмой нами была обнаружена умеренная корреляция мвкДНК с С-реактивным белком (ρ=0,34; p >0,05), а у пациентов с ревматоидным артритом близкие по величине связи с DAS-28 (ρ=0,36; p >0,05) и С-реактивным белком (ρ=0,28; p >0,05). Уровень мембраносвязанной фракции вкДНК заметно снижен у пациентов с ревматоидным артритом по сравнению со здоровыми донорами (18,7 нг/мл vs 55,6 нг/мл; p <0,01). У пациентов с бронхиальной астмой наблюдалось снижение величины мембраносвязанной фракции вкДНК по сравнению с группой доноров (19,4 нг/мл; p <0,01).
Заключение. Индекс фрагментации вкДНК и уровень мвкДНК не могут служить показателями, отражающими уровень воспалительной активности и, следовательно, величину патологического сдвига Th1/Th2-соотношения, при различных расстройствах деятельности иммунной системы. В пользу этого свидетельствует тот факт, что такие различные по уровню воспалительной активности заболевания, как ревматоидный артрит и бронхиальная астма, приводят к аналогичному снижению индекса фрагментации вкДНК относительно показателей здоровых доноров и не приводят к сколько-нибудь заметному отличию между средними уровнями мвкДНК в плазме этих пациентов.