CC..png   

Юридический и почтовый адрес организации-издателя: САФУ, редакция «Журнала медико-биологических исследований», наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002
Местонахождение: редакция «Журнала медико-биологических исследований», наб. Северной Двины, 17, ауд. 1336, г. Архангельск

Тел: (818-2) 21-61-21 
Сайт: https://vestnikmed.ru
e-mail: vestnik_med@narfu.ru; 
            vestnik@narfu.ru

о журнале

Роль биомаркеров мочи в диагностике туберкулеза легких (обзор). C. 217-231

 Версия для печати

Рубрика: Научные обзоры

УДК

616-002.5+616-003.261

DOI

10.37482/2687-1491-Z138

Сведения об авторах

Ю.А. Попова* ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1684-6636
Е.С. Химова*/** ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4255-3207
П.И. Елисеев*/** ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9039-4557
О.Ф. Колодкина*/*** ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9600-8845
А.А. Неминущий*** ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9332-7990
Г.И. Маминова**** ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0724-1611
С.М. Гаджизаде**** ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9161-1381
А.О. Марьяндышев*/***** ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8485-5625

*Северный государственный медицинский университет (г. Архангельск)
**Архангельский клинический противотуберкулезный диспансер (г. Архангельск)
***Архангельская областная клиническая больница (г. Архангельск)
****Северный медицинский центр имени Н.А. Семашко Федерального медико-биологического агентства (г. Архангельск)
*****Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова (г. Архангельск)

Ответственный за переписку: Попова Юлия Алексеевна,
адрес: 163002, г. Архангельск, просп. Новгородский, д. 28;
e-mail: antyulia811@gmail.com

Аннотация

Диагностика туберкулеза на основе анализа мокроты имеет ограничения для отдельных категорий пациентов (пожилые люди, дети, лица, живущие с ВИЧ). Альтернативным методом может быть ускоренный поиск биомаркеров заболевания в моче, при котором возможно получение большего объема материала неинвазивным путем. Проведен поиск публикаций на английском языке в базах данных PubMed и Cochrane Library, опубликованных с 2010 по 2021 год, с использованием терминов tuberculosis + urine + + biomarkers. Работы, посвященные анализу липоарабиноманнана в моче, исключены из данного обзора в связи с изученностью темы. В рассмотренных публикациях представлено более 30 биомаркеров мочи, используемых для диагностики туберкулеза и оценки эффективности противотуберкулезной терапии. Активно продолжает изучаться экстракция микобактериальной трансренальной ДНК из мочи, но чувствительность и специфичность диагностики зависят от метода экстракции и ВИЧ-статуса пациента. Биомаркер туберкулеза IP-10, вероятно, является неспецифическим маркером воспаления, однако его уровень коррелирует с ВИЧ-статусом и может быть полезен для оценки ответа на противотуберкулезное лечение. Показан потенциал метаболомных биомаркеров и биосигнатур в оценке активности туберкулезного процесса и дифференциальной диагностике туберкулеза с другими респираторными заболеваниями. Количество достоверных биомаркеров для прогнозирования результатов лечения туберкулеза ограничено. В многочисленных нецелевых исследованиях масс-спектроскопический анализ использовался для выявления метаболомных и протеомных биомаркеров в моче. Представленные работы отличались по дизайну и методам исследования, лишь некоторые публикации содержали анализ специфичности и чувствительности рассматриваемых методов диагностики. В будущем комбинация биомаркеров хозяина и патогена может повысить чувствительность и специфичность диагностики туберкулеза.

Ключевые слова

метаболомный анализ, масс-спектрометрия MALDI-TOF, диагностика туберкулеза, предикторы эффективности лечения туберкулеза, хемокин IP-10, трансренальная ДНК, биомаркеры мочи
Скачать статью (pdf, 0.6MB )

Список литературы

  1. Global Tuberculosis Report 2021 / World Health Organization. Geneva, 2021. 57 p.

  2. Drobniewski F., Nikolayevskyy V., Maxeiner H., Balabanova Y., Casali N., Kontsevaya I., Ignatyeva O. Rapid Diagnostics of Tuberculosis and Drug Resistance in the Industrialized World: Clinical and Public Health Benefits and Barriers to Implementation // BMC Med. 2013. Vol. 11. Art. № 190. DOI: 10.1186/1741-7015-11-190

  3. High Priority Target Product Profiles for New Tuberculosis Diagnostics: Report of a Consensus Meeting / World Health Organization. Geneva, 28–29 April 2014. 96 p. URL: https://apps.who.int/iris/handle/10665/135617 (дата обращения: 06.04.2022).

  4. Lateral Flow Urine Lipoarabinomannan Assay (LF-LAM) for the Diagnosis of Active Tuberculosis in People Living with HIV. Policy Update 2019 / World Health Organization. Geneva, 2019. 44 p.

  5. Fernández-Carballo B.L., Broger T., Wyss R., Banaei N., Denkinger C.M. Toward the Development of a Circulating Free DNA-Based in vitro Diagnostic Test for Infectious Diseases: А Review of Evidence for Tuberculosis // J. Clin. Microbiol. 2019. Vol. 57, № 4. Art. № e01234-18. DOI: 10.1128/JCM.01234-18

  6. Oreskovic A., Brault N.D., Panpradist N., Lai J.J., Lutz B.R. Analytical Comparison of Methods for Extraction of Short Cell-Free DNA from Urine // J. Mol. Diagn. 2019. Vol. 21, № 6. P. 1067–1078. DOI: 10.1016/j.jmoldx.2019.07.002

  7. Patel K., Nagel M., Wesolowski M., Dees S., Rivera-Milla E., Geldmacher C., Dheda K., Hoelscher M., Labugger I. Evaluation of a Urine-Based Rapid Molecular Diagnostic Test with Potential to Be Used at Point-of-Care for Pulmonary Tuberculosis: Cape Town Cohort // J. Mol. Diagn. 2018. Vol. 20, № 2. P. 215–224. DOI: 10.1016/j.jmoldx.2017.11.005

  8. Bordelon H., Russ P.K., Wright D.W., Haselton F.R. A Magnetic Bead-Based Method for Concentrating DNA from Human Urine for Downstream Detection // PLoS One. 2013. Vol. 8, № 7. Art. № e68369. DOI: 10.1371/journal.pone.0068369

  9. Bordelon H., Ricks K.M., Pask M.E., Russ P.K., Solinas F., Baglia M.L., Short P.A., Nel A., Blackburn J., Dheda K., Zamudio C., Cáceres T., Wright D.W., Haselton F.R., Pettit A.C. Design and Use of Mouse Control DNA for DNA Biomarker Extraction and PCR Detection from Urine: Application for Transrenal Mycobacterium tuberculosis DNA Detection // J. Microbiol. Methods. 2017. Vol. 136. P. 65–70. DOI: 10.1016/j.mimet.2017.02.010

  10. Oreskovic A., Panpradist N., Marangu D., Ngwane M.W., Magcaba Z.P., Ngcobo S., Ngcobo Z., Horne D.J., Wilson D.P.K., Shapiro A.E., Drain P.K., Lutz B.R. Diagnosing Pulmonary Tuberculosis by Using Sequence-Specific Purification of Urine Cell-Free DNA // J. Clin. Microbiol. 2021. Vol. 59, № 8. Art. № e0007421. DOI: 10.1128/JCM.00074-21

  11. Oreskovic A., Waalkes A., Holmes E.A., Rosenthal C.A., Wilson D.P.K., Shapiro A.E., Drain P.K., Lutz B.R., Salipante S.J. Characterizing the Molecular Composition and Diagnostic Potential of Mycobacterium tuberculosis Urinary Cell-Free DNA Using Next-Generation Sequencing // Int. J. Infect. Dis. 2021. Vol. 112. P. 330–337. DOI: 10.1016/j.ijid.2021.09.042

  12. Sinkov V.V., Ogarkov O.B., Plotnikov A.O., Gogoleva N.E., Zhdanova S.N., Pervanchuk V.L., Belkova N.L., Koshcheev M.E., Thomas T.A., Liu J., Zorkaltseva E.Y., Heysell S.K. Metagenomic Analysis of Mycobacterial Transrenal DNA in Patients with HIV and Tuberculosis Coinfection // Infect. Genet. Evol. 2020. Vol. 77. Art. № 104057. DOI: 10.1016/j.meegid.2019.104057

  13. Hayney M.S., Henriquez K.M., Barnet J.H., Ewers T., Champion H.M., Flannery S., Barrett B. Serum IFN-γInduced Protein 10 (IP-10) as a Biomarker for Severity of Acute Respiratory Infection in Healthy Adults // J. Clin. Virol. 2017. Vol. 90. P. 32–37. DOI: 10.1016/j.jcv.2017.03.003

  14. Kim S.Y., Kim J., Kim D.R., Kang Y.A., Bong S., Lee J., Kim S., Lee N.S., Sim B., Cho S.N., Kim Y.S., Lee H. Urine IP-10 as a Biomarker of Therapeutic Response in Patients with Active Pulmonary Tuberculosis // BMC Infect. Dis. 2018. Vol. 18, № 1. Art. № 240. DOI: 10.1186/s12879-018-3144-3

  15. Petrone L., Cannas A., Vanini V., Cuzzi G., Aloi F., Nsubuga M., Sserunkuma J., Nazziwa R.A., Jugheli L., Lukindo T., Girardi E., Antinori A., Pucci L., Reither K., Goletti D. Blood and Urine Inducible Protein 10 as Potential Markers of Disease Activity // Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2016. Vol. 20, № 11. P. 1554–1561. DOI: 10.5588/ijtld.16.0342

  16. Petrone L., Cannas A., Aloi F., Nsubuga M., Sserumkuma J., Nazziwa R.A., Jugheli L., Lukindo T., Girardi E., Reither K., Goletti D. Blood or Urine IP-10 Can Not Discriminate Between Active Tuberculosis and Respiratory Diseases Different from Tuberculosis in Children // Biomed. Res. Int. 2015. Vol. 2015. Art. № 589471. DOI: 10.1155/2015/589471

  17. Cannas A., Calvo L., Chiacchio T., Cuzzi G., Vanini V., Lauria F.N., Pucci L., Girardi E., Goletti D. IP-10 Detection in Urine Is Associated with Lung Diseases // BMC Infect. Dis. 2010. Vol. 10. Art. № 333. DOI: 10.1186/14712334-10-333

  18. Fortún J., Martín-Dávila P., Gómez-Mampaso E., González-García A., Barbolla I., Gómez-García I., Wikman P., Ortíz J., Navas E., Cuartero C., Gijón D., Moreno S. Extra-Pulmonary Tuberculosis: Differential Aspects and Role of 16S-rRNA in Urine // Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2014. Vol. 18, № 4. P. 478–485. DOI: 10.5588/ijtld.13.0555

  19. Cubero N., Esteban J., Palenque E., Rosell A., Garcia M.J. Evaluation of the Detection of Mycobacterium tuberculosis with Metabolic Activity in Culture-Negative Human Clinical Samples // Clin. Microbiol. Infect. 2013. Vol. 19, № 3. P. 273–278. DOI: 10.1111/j.1469-0691.2012.03779.x

  20. Isa F., Collins S., Lee M.H., Decome D., Dorvil N., Joseph P., Smith L., Salerno S., Wells M.T., Fischer S., Bean J.M., Pape J.W., Johnson W.D., Fitzgerald D.W., Rhee K.Y. Mass Spectrometric Identification of Urinary Biomarkers of Pulmonary Tuberculosis // EBioMedicine. 2018. Vol. 31. P. 157–165. DOI: 10.1016/j.ebiom.2018.04.014

  21. Deng J., Liu L., Yang Q., Wei C., Zhang H., Xin H., Pan S., Liu Z., Wang D., Liu B., Gao L., Liu R., Pang Y., Chen X., Zheng J., Jin Q. Urinary Metabolomic Analysis to Identify Potential Markers for the Diagnosis of Tuberculosis and Latent Tuberculosis // Arch. Biochem. Biophys. 2021. Vol. 704. Art. № 108876. DOI: 10.1016/j.abb.2021.108876

  22. Liu L., Deng J., Yang Q., Wei C., Liu B., Zhang H., Xin H., Pan S., Liu Z., Wang D., Pang Y., Chen X., Gao L., Zheng J., Liu R., Jin Q. Urinary Proteomic Analysis to Identify a Potential Protein Biomarker Panel for the Diagnosis of Tuberculosis // IUBMB Life. 2021. Vol. 73, № 8. P. 1073–1083. DOI: 10.1002/iub.2509

  23. Dang N.A., Janssen H.-G., Kolk A.H. Rapid Diagnosis of TB Using GC-MS and Chemometrics // Bioanalysis. 2013. Vol. 5, № 24. P. 3079–3097. DOI: 10.4155/bio.13.288

  24. Sandlund J., Lim S., Queralto N., Huang R., Yun J., Taba B., Song R., Odero R., Ouma G., Sitati R., Murithi W., Cain K.P., Banaei N. Development of Colorimetric Sensor Array for Diagnosis of Tuberculosis Through Detection of Urinary Volatile Organic Compounds // Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2018. Vol. 92, № 4. P. 299–304. DOI: 10.1016/j.diagmicrobio.2018.06.014

  25. Russell T.M., Green L.S., Rice T., Kruh-Garcia N.A., Dobos K., De Groote M.A., Hraha T., Sterling D.G., Janjic N., Ochsner U.A. Potential of High-Affinity, Slow Off-Rate Modified Aptamer Reagents for Mycobacterium tuberculosis Proteins as Tools for Infection Models and Diagnostic Applications // J. Clin. Microbiol. 2017. Vol. 55, № 10. P. 3072–3088. DOI: 10.1128/JCM.00469-17

  26. Pollock N.R., Macovei L., Kanunfre K., Dhiman R., Restrepo B.I., Zarate I., Pino P.A., Mora-Guzman F., Fujiwara R.T., Michel G., Kashino S.S., Campos-Neto A. Validation of Mycobacterium tuberculosis Rv1681 Protein as a Diagnostic Marker of Active Pulmonary Tuberculosis // J. Clin. Microbiol. 2013. Vol. 51, № 5. P. 1367–1373. DOI: 10.1128/JCM.03192-12

  27. Kim S.H., Lee N.-E., Lee J.S., Shin J.H., Lee J.Y., Ko J.-H., Chang C.L., Kim Y.-S. Identification of Mycobacterial Antigens in Human Urine by Use of Immunoglobulin G Isolated from Sera of Patients with Active Pulmonary Tuberculosis // J. Clin. Microbiol. 2016. Vol. 54, № 6. P. 1631–1637. DOI: 10.1128/JCM.00236-16

  28. Eribo O.A., Leqheka M.S., Malherbe S.T., McAnda S., Stanley K., van der Spuy G.D., Walzl G., Chegou N.N. Host Urine Immunological Biomarkers as Potential Candidates for the Diagnosis of Tuberculosis // Int. J. Infect. Dis. 2020. Vol. 99. P. 473–481. DOI: 10.1016/j.ijid.2020.08.019

  29. Das M.K., Bishwal S.C., Das A., Dabral D., Badireddy V.K., Pandit B., Varghese G.M., Nanda R.K. Deregulated Tyrosine-Phenylalanine Metabolism in Pulmonary Tuberculosis Patients // J. Proteome Res. 2015. Vol. 14, № 4. P. 1947–1956. DOI: 10.1021/acs.jproteome.5b00016

  30. Fitzgerald B.L., Mahapatra S., Farmer D.K., McNeil M.R., Casero R.A. Jr., Belisle J.T. Elucidating the Structure of N1-Acetylisoputreanine: A Novel Polyamine Catabolite in Human Urine // ACS Omega. 2017. Vol. 2, № 7. P. 3921-3930. DOI: 10.1021/acsomega.7b00872

  31. Xia Q., Lee M.H., Rhee K., Isa F. 1886. N1, N12-Diacetylspermine as Potential Urinary Biomarker to Monitor Treatment Response and Bacterial Load in Pulmonary Tuberculosis // Open Forum Infect. Dis. 2019. Vol. 6, suppl. 2. Art. № S53. DOI: 10.1093/ofid/ofz359.116

  32. Xia Q., Lee M.H., Walsh K.F., McAulay K., Bean J.M., Fitzgerald D.W., Dupnik K.M., Johnson W.D., Pape J.W., Rhee K.Y., Isa F. Urinary Biomarkers of Mycobacterial Load and Treatment Response in Pulmonary Tuberculosis // JCI Insight. 2020. Vol. 5, № 18. Art. № e136301. DOI: 10.1172/jci.insight.136301

  33. Fitzgerald B.L., Islam M.N., Graham B., Mahapatra S., Webb K., Boom W.H., Malherbe S.T., Joloba M.L., Johnson J.L., Winter J., Walzl G., Belisle J.T. Correction to “Elucidation of a Novel Human Urine Metabolite as a SerylLeucine Glycopeptide and as a Biomarker of Effective Anti-Tuberculosis Therapy” // ACS Infect. Dis. 2019. Vol. 5, № 6. P. 1042–1043. DOI: 10.1021/acsinfecdis.9b00068

  34. Combrink M., du Preez I., Ronacher K., Walzl G., Loots D.T. Time-Dependent Changes in Urinary Metabolome Before and After Intensive Phase Tuberculosis Therapy: A Pharmacometabolomics Study // OMICS. 2019. Vol. 23, № 11. P. 560–572. DOI: 10.1089/omi.2019.0140

  35. Mahapatra S., Hess A.M., Johnson J.L., Eisenach K.D., DeGroote M.A., Gitta P., Joloba M.L., Kaplan G., Walzl G., Boom W.H., Belisle J.T. A Metabolic Biosignature of Early Response to Anti-Tuberculosis Treatment // BMC Infect. Dis. 2014. Vol. 14. Art. № 53. DOI: 10.1186/1471-2334-14-53

  36. Luies L., van Reenen M., Ronacher K., Walzl G., Loots D.T. Predicting Tuberculosis Treatment Outcome Using Metabolomics // Biomark. Med. 2017. Vol. 11, № 12. P. 1057–1067. DOI: 10.2217/bmm-2017-0133