Vitamin D and neurospecific proteins in children with inflammatory demyelinating diseases of central nervous system

Marina A. Bukhalko; Бухалко Марина Александровна; Elena Yu. Skripchenko; Скрипченко Елена Юрьевна; Lidiya A. Alekseeva; Алексеева Лидия Аркадьевна; Nataliya V. Skripchenko; Скрипченко Наталья Викторовна; Nina E. Monakhova; Монахова Нина Евгеньевна; Stepan G. Grigoriev; Григорьев Степан Григорьевич

doi:10.17816/PED10317-24

Vitamin D and neurospecific proteins in children with inflammatory demyelinating diseases of central nervous system

Authors: Bukhalko M.A.¹, Skripchenko E.Y.¹^,2, Alekseeva L.A.¹, Skripchenko N.V.¹^,2, Monakhova N.E.¹, Grigoriev S.G.¹^,3
Affiliations:
1. Pediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases
2. St. Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation
3. S.M. Kirov Military Medical Academy
Issue: Vol 10, No 3 (2019)
Pages: 17-24
Section: Original studies
URL: https://journals.eco-vector.com/pediatr/article/view/15676
DOI: https://doi.org/10.17816/PED10317-24
ID: 15676

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The relevance of studying the provision of vitamin D in children with inflammatory diseases of the central nervous system (CNS) is due to a high prevalence of vitamin D deficiency conditions in children population, which, according to current literature data, leads to the imbalance of the immune system and a predisposition to a severe disease course, chronization of the process, development of autoimmune pathology. The study of the concentration of neurospecific proteins (NSP) in blood serum and cerebrospinal fluid (CSF) has been recently used to analyze the degree and nature of nervous tissue damage in case of various CNS diseases. The study included investigation of blood serum and CSF samples obtained from 107 children (34 – with encephalitis, 28 – with disseminated encephalomyelitis (DEM), 20 – with multiple sclerosis (MS), 25 – control group). Determination of vitamin D levels (25(OH)D) was performed by the method of electrochemiluminescence immunoassay, concentrations of myelin basic protein, neuron-specific enolase, S100 protein and glial fibrillary acidic protein – by ELISA method. A decrease in the concentration of vitamin D under 30 ng/ml was found in 95% of children with inflammatory diseases of the central nervous system, while the severity of the deficiency of 25(OH)D was associated with the severity of the disease course. In the early stages of the disease in all groups, a significant increase in the level of the main myelin protein was found, while an increase in the concentration of other NSP was observed less frequently and was associated with a severe and complicated course of the disease. Correlations of different intensity and direction between NSP and 25(OH)D were found, which indicates their importance in the pathogenesis of inflammatory diseases of CNS.

Keywords

encephalitis, disseminated encephalomyelitis, multiple sclerosis, vitamin D, myelin basic protein, neuron-specific enolase, S100 protein, glial fibrillar acid protein

Full Text

Острые и хронические воспалительные заболевания центральной нрвной системы (ЦНС) у детей занимают лидирующие позиции по частоте летальности и тяжелых инвалидизирующих последствий. Наиболее распространенными воспалительными и воспалительно-демиелинизирующими заболеваниями в детской популяции являются энцефалиты (ЭФ), диссеминированные энцефаломиелиты (ДЭМ) и рассеяный склероз (РС) [7, 8]. Для диагностики и определения характера течения этих заболеваний используют клинические, лабораторные и инструментальные методы [7, 8]. Однако до настоящего времени не предложены эффективные способы прогнозирования характера течения и исходов в начальной стадии заболевания, что определяет актуальность их поиска. К возможным диагностическим и прогностическим критериям могут быть отнесены концентрации 25(ОН)D и нейроспецифических белков (НСБ) в сыворотке крови и цереброспинальной жидкости (ЦСЖ).

Установлено, что витамин D помимо регуляции фосфорно-кальциевого обмена играет большую роль в функционировании иммунной системы, участвует в пролиферации и дифференцировке клеток всех органов и тканей, включая нервную систему [4, 6, 13, 16]. Фундаментальные и клинические исследования показали, что недостаточность витамина D повышает риск инфекционных и аллергических заболеваний и патологий, ассоциированных с хроническим системным воспалением (атопический дерматит, ревматоидный артрит, воспалительные заболевания органов дыхания и желудочно-кишечного тракта) [4–6, 16]. По данным отечественной и зарубежной литературы, подтверждена роль дефицита витамина D в формировании характера течения различных аутоиммунных и инфекционных заболеваний (вирусные хронические гепатиты, туберкулез, ревматоидный артрит, рассеянный склероз) [5, 9–12, 14, 17].

В клинической лабораторной диагностике для анализа степени и характера повреждения нервной ткани определяют содержание НСБ в сыворотке крови и ЦСЖ больного. Наиболее изученными являются такие нейроспецифические белки, как нейронспецифическая енолаза (NSE), белок S100, глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), основной белок миелина (ОБМ), концентрация которых изменяется при различных воспалительных заболеваниях ЦНС [1–3, 15, 18–21]. L.Y. Zhang (2014) и Q.L. Peng (2017) выявили значительное повышение уровня белка S100 в ЦСЖ у детей с ЭФ, при этом степень повышения концентрации белка S100 являлась независимым предиктором неблагоприятных исходов заболевания [15, 19]. В исследовании А. Sokhan et al. установлено, что концентрация NSE, белка S100, GFAP и ОБМ в острый период бактериального гнойного менингита у взрослых пациентов коррелировала с тяжестью течения заболевания, при этом наиболее высокие показатели были выявлены у лиц с летальным исходом [18]. В сравнительном исследовании NSE, GFAP и белка S100 в ЦСЖ больных бактериальными гнойными (БГМ) и вирусными менингитами (ВМ) установлено максимальное увеличение концентраций НСБ в остром периоде БГМ, что, по мнению авторов, свидетельствует о более значительном повреждении астроглиальных клеток, формирующих гематоэнцефалический барьер при внедрении бактериального возбудителя [2]. Однако в доступной нам литературе отсутствуют комплексные исследования витамина D и НСБ при воспалительных заболеваниях ЦНС у детей, что обуславливает цель настоящего исследования.

Цель работы — исследование концентрации метаболита витамина D (25(ОН)D) и НСБ (NSE, белок S100, GFAP, ОБМ) в сыворотке крови и ЦСЖ детей с ЭФ, ДЭМ и РС различной степени тяжести и характера течения для определения их патогенетического и прогностического значения.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследованы образцы сыворотки крови и ЦСЖ 82 детей в 1–5-е сутки от начала или обострения заболевания. Среди обследованных детей у 34 диагностирован ЭФ, у 28 — ДЭМ (из них у 10 острый диссеминированный энцефаломиелит (ОДЭМ) и у 18 — хроническое течение ДЭМ (ХрДЭМ)), у 20 — РС. Группу сравнения составили 25 детей без поражения ЦНС (с острыми респираторными заболеваниями с менингеальными явлениями). Образцы сыворотки крови и ЦСЖ замораживали при –70 °С до проведения исследования. Измерение концентрации 25(ОН)D в сыворотке крови и ЦСЖ проведено методом электрохемилюминесцентного иммуноанализа с использованием тест-системы Vitamin D total фирмы Roche Diagnostics (ФРГ) на анализаторе Cobas 6000 в лаборатории ООО «НПФ ХЕЛИКС». Анализ обеспеченности витамином D у обследованных детей проведен с учетом критериев Национальной программы недостаточности витамина D у детей и подростков Российской Федерации 2018 г. [6]. Оптимальное содержание витамина D у детей независимо от возраста определяли как концентрацию 25(ОН)D в пределах 30–50 нг/мл, недостаточность — 21–29 нг/мл, дефицит — при значении менее 20 нг/мл, выраженный дефицит — при значении менее 10 нг/мл [6]. Концентрация нейроспецифических белков в сыворотке крови и ЦСЖ исследована методом иммуноферментного анализа в отделе клинической лабораторной диагностики ФГБУ «Детский научно-клинический центр инфекционных болезней» Федерального медико-биологического агентства России. Для определения уровня ОБМ в ЦСЖ использовали наборы реагентов фирмы Diagnostic Systems Laboratories (США), белка S100 и NSE — тест-системы фирмы Fujirebio Diagnostics, Inc. (Швеция), GFAP — тест-системы фирмы BioVendor Laboratory Medicine, Inc. (Чехия). Измерение концентраций проведено на иммуноферментном анализаторе Sunrise (TECAN, Австрия). Статистическая обработка данных проведена с применением пакета прикладных программ Statistica 7 for Windows, Microsoft Excel 2010. Оценивали среднее значение и стандартную ошибку (25(ОН)D), медиану и межквартильный размах (ОБМ, NSE, GFAP, белок S100). Для сравнения количественных признаков применяли критерий Стьюдента, тест Манна – Уитни. Корреляционный анализ проводили с использованием критериев Пирсона и Спирмена.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе исследования установлено, что в сыворотке крови пациентов с различными воспалительными заболеваниями ЦНС содержание 25(ОН)D было низким (менее 30 нг/мл) в 95 % (n = 78) случаев, при этом у 78 % (n = 64) выявлен дефицит витамина D, из них у 34 % (n = 22) — выраженный дефицит. В группе сравнения низкий уровень обеспеченности 25(ОН)D наблюдался у 72 % (n = 18) детей, дефицит при этом составлял 44 % (n = 11), из них выраженный — у 27 % (n = 3). Оптимальное содержание витамина D было выявлено только у 5 % (n = 5) детей с воспалительными заболеваниями ЦНС, тогда как в группе сравнения — у 28 % (n = 7). Средние значения 25(ОН)D во всех группах детей с воспалительными заболеваниями ЦНС находились на уровне дефицита. Наиболее низкие значения 25(ОН)D в сыворотке крови наблюдались при ЭФ и составляли 14,6 ± 1,2 нг/мл, тогда как при ДЭМ 16,9 ± 1,6 нг/мл и при РС 17,3 ± 2,1 нг/мл. Кроме того, в группе ЭФ было выявлено максимальное число детей с дефицитом витамина D (82,4 %), тогда как при ДЭМ — 78,6 %, РС — 70 %. Следует отметить, что у детей с ЭФ оптимальное содержание витамина D не было выявлено ни в одном случае, тогда как при РС оно имело место в 7 % наблюдений, а при ДЭМ — в 10 %.

Сравнительный анализ обеспеченности витамином D детей с воспалительными заболеваниями ЦНС в зависимости от характера течения проводили в трех группах: группа 1 — дети с острым течением (ЭФ и ОДЭМ), группа 2 — дети с обострением ХрДЭМ и РС, группа 3 — дети с ХрДЭМ и РС в период ремиссии. Минимальные значения 25(ОН)D были получены в группах 1 (14,7 ± 1,0 нг/мл) и 2 (15,1 ± 1,4 нг/мл; р = 0,8), в то время как в группе 3 средние значения 25(ОН)D в сыворотке крови составляли 24,3 ± 3,1 нг/мл, что достоверно выше, чем в группе детей с острым течением (р = 0,0005) и в период обострения (р = 0,004).

Анализ содержания витамина D в ЦСЖ показал, что уровень 25(ОН)D у всех детей с воспалительными заболеваниями ЦНС находился в пределах высоких значений (29,1–42,2 нг/мл) и не имел достоверных отличий в группах. Не выявлено статистически значимых отличий содержания 25(ОН)D в ЦСЖ у детей с острым течением заболевания (34,3 ± 0,6 нг/мл) и детей в период обострения хронических демиелинизирующих заболеваний (34,4 ± 0,5 нг/мл; р > 0,05). Концентрация 25(ОН)D в ЦСЖ в группе детей с ХрДЭМ и РС в период ремиссии была определена у двух пациентов и составляла 35,4 и 34,1 нг/мл. Средние значения 25(ОН)D в ЦСЖ у детей группы сравнения (33,9 ± 1,0 нг/мл) статистически не отличались от показателей детей с воспалительными заболеваниями ЦНС.

У детей с острым течением воспалительных заболеваний ЦНС проанализированы показатели 25(ОН)D в сыворотке крови в зависимости от тяжести течения заболевания. Дети с ЭФ и ОДЭМ были разделены на две группы: А — крайне тяжелое течение (n = 12), Б — тяжелое течение (n = 31). Самые низкие показатели 25(ОН)D наблюдались у детей в группе А (11,0 ± 1,4 нг/мл), при этом в 100 % случаев отмечен дефицит витамина D, из них у 41,6 % зарегистрирован выраженный дефицит. У детей группы Б также были выявлены низкие показатели 25(ОН)D в сыворотке крови — 15,9 ± 1,3 нг/мл, однако значения были достоверно выше, чем у детей группы А (р = 0,047), при этом дефицит витамина D наблюдался в 75,5 % случаев, выраженный дефицит зарегистрирован у 19,4 % детей группы Б, а у 22,6 % отмечена недостаточность витамина D. Результаты обеих групп были достоверно ниже показателей группы сравнения (24,0 ± 2,1 нг/мл; р < 0,01).

При изучении концентрации НСБ у детей с воспалительными заболеваниями ЦНС во всех группах выявлен значительный разброс значений NSE, GFAP и белка S100 как в сыворотке крови, так и в ЦСЖ, что, вероятно, не позволило установить достоверных различий как с группой сравнения, так и между группами (табл. 1, 2).

Таблица 1 / Table 1

Концентрация нейроспецифических белков в сыворотке крови больных с энцефалитами, диссеминированными энцефаломиелитами и рассеянным склерозом в острый период (Ме (Q₂₅–Q₇₅))

Concentration of neurospecific proteins in blood serum of patients with encephalitis, disseminated encephalomyelitis and multiple sclerosis in the acute period (Ме (Q₂₅–Q₇₅))

НСБ / NSP	n	Энцефалиты / Encephalitis	n	ДЭМ / DEM	n	РС / MS	n	Группа сравнения / Comparison group
NSE, мкг/л / mcg/l	20	5,2 (3,5–7,3)	14	5,1 (4,0–5,8)	13	4,6 (3,7–5,5)	4	5,78 (4,01–7,57)
GFAP, нг/мл / ng/ml	16	0,14 (0,04–0,27)	9	0,08 (0,07–0,12)	11	0,11 (0,04–0,18)	7	0,07 (0,04–0,18)
S100, нг/л / ng/l	18	57 (41–80)	8	43,5 (31,5–62,5)	11	41 (25–68)	7	39 (29–79)
Примечание. Достоверные отличия в группах не выявлены (р > 0,05). ДЭМ — диссеминированный энцефаломиелит, НСБ — нейроспецифические белки, РС — рассеянный склероз. Note. Significant differences in the groups were not revealed (р > 0. 05). DEM – disseminated encephalomyelitis, MS – multiple sclerosis, NSP – neurospecific proteins.

Таблица 2 / Table 2

Концентрация нейроспецифических белков в цереброспинальной жидкости больных с энцефалитами, диссеминированными энцефаломиелитами и рассеянным склерозом в острый период (Ме (Q₂₅–Q₇₅))

Сoncentration of neurospecific proteins in the cerebrospinal fluid of patients with encephalitis, disseminated encephalomyelitis and multiple sclerosis in the acute period (Ме (Q₂₅–Q₇₅))

НСБ / NSP	n	Энцефалиты / Encephalitis	n	ДЭМ / DEM	n	РС / MS	n	Группа сравнения / Comparison group
ОБМ, нг/мл / ng/ml	20	3,6 (2,8–9,1)*	13	5,6 (3,8–10,0)*	9	5 (4,8–8,0)*	15	2,5 (1,6–3,2)
NSE, мкг/л / mcg/l	12	4,8 (3,5–7,7)	8	3,8 (2,9–5,7)	8	3,2 (2,6–4,4)	5	4,27 (2,03–6,21)
GFAP, нг/мл / ng/ml	15	0,43 (0,33–0,71)	7	0,3 (0,3–0,4)	9	0,37 (0,28–0,57)	8	0,44 (0,29–0,51)
S100, нг/л / нг/л	16	522 (269–480)	8	540 (388–675)	9	552 (432–713)	8	553 (400–802)
Примечание. * достоверные отличия от группы сравнения (р > 0,05). ДЭМ — диссеминированный энцефаломиелит, НСБ — нейроспецифические белки, РС — рассеянный склероз. Note. * significant differences from the comparison group (р > 0. 05). DEM – disseminated encephalomyelitis, MS – multiple sclerosis, NSP – neurospecific proteins.

Однако стоит отметить, что у детей с ЭФ имелась тенденция к более высоким значениям NSE и GFAP в сыворотке крови и ЦСЖ, а также белка S100 в сыворотке крови, тогда как концентрации ОБМ и белка S100 в ЦСЖ были выше при демиелинизирующих заболеваниях (см. табл. 1, 2). Выявлена зависимость уровня ОБМ от тяжести нейроинфекционного процесса при ЭФ. Так, у детей с крайне тяжелым течением заболевания концентрация ОБМ составила 30 (6,7–30) нг/мл, тогда как при тяжелом течении — 3,5 (2,8–6,5) нг/мл (р = 0,03).

Оценку корреляционных взаимосвязей между НСБ и витамином D проводили в двух группах детей: группа 1 — дети с острым течением (ЭФ и ОДЭМ) и группа 2 — дети с хроническим течением воспалительных заболеваний ЦНС в период обострения (ХрДЭМ и РС). Оценка взаимосвязи между НСБ в группе 1 показала наличие умеренных прямых связей между уровнями ОБМ и белка S100 (r = 0,60; р = 0,01), ОБМ и GFAP (r = 0,54; р = 0,03), а также между NSE и GFAP (r = 0,65; р = 0,02) в ЦСЖ. Корреляционный анализ между метаболитом витамином D и НСБ в данной группе выявил наличие прямой связи средней силы между уровнем 25(ОН)D в ЦСЖ и GFAP в ЦСЖ (r = 0,66; р = 0,03).

Оценка результатов корреляционного анализа между уровнями витамина D и специфических для нейронов и глии белков в группе 2 показала наличие умеренной отрицательной связи между концентрациями 25(ОН)D в сыворотке крови и ОБМ в ЦСЖ (r = –0,64; р = 0,004) и прямой сильной связи между уровнем 25(ОН)D в ЦСЖ и концентрацией GFAP в ЦСЖ (r = 0,80; р = 0,003). Взаимосвязей между уровнями НСБ в ЦСЖ в данной группе выявлено не было, также не было обнаружено связей между уровнями НСБ в сыворотке крови в обеих группах.

Полученные в ходе исследования результаты показали высокую распространенность дефицита витамина D у детей как с острыми, так и хроническими воспалительно-демиелинизирующими заболеваниями ЦНС, при этом наиболее неблагоприятная картина наблюдалась у детей с ЭФ. Учитывая выявленную нами взаимосвязь между тяжестью течения ЭФ у детей и концентрацией 25(ОН)D в сыворотке крови, можно предположить, что недостаточная обеспеченность витамином D, наряду с другими неблагоприятными факторами, является причиной крайне тяжелого течения заболевания. Отрицательная корреляционная связь между уровнем 25(ОН)D в сыворотке крови и ОБМ в ЦСЖ, полученная в группе детей с хроническими демиелинизирующими заболеваниями, согласуется с данными литературы о роли низкой обеспеченности витамином D в повышении активности воспаления в организме, увеличении объема повреждения тканей. Оценка концентрации 25(ОН)D в ЦСЖ в нашем исследовании позволила установить стабильно высокие показатели у детей всех групп, включая контрольную, кроме того, как при острых, так и при хронических воспалительных заболеваниях ЦНС была выявлена прямая корреляционная связь между концентрациями 25(ОН)D и GFAP в ЦСЖ, что не исключает значения витамина D в пато- и саногенезе и требует дальнейшего изучения. Возможно, как в условиях патологического процесса в ЦНС, так и в норме высокий уровень 25(ОН)D в ЦСЖ выступает одним из факторов интратекальной защиты. Учитывая взаимосвязь между степенью дефицита 25(ОН)D в сыворотке крови и тяжестью воспалительно-демиелинизирующих заболеваний в период активного патологического процесса, научно обоснованным является целесообразность коррекции дефицита витамина D.

ВЫВОДЫ

Выявлена взаимосвязь между тяжестью течения воспалительно-демиелинизирующих заболеваний у детей и концентрацией метаболита витамина D25(ОН)D в сыворотке крови. Можно предположить, что недостаточная обеспеченность витамином D, наряду с другими неблагоприятными факторами, служит причиной крайне тяжелого течения заболевания.
Установлена взаимосвязь между степенью дефицита метаболита витамина D25(ОН)D в сыворотке крови и тяжестью воспалительно-демиелинизирующих заболеваний в период активного патологического процесса, которая является дополнительным научным обоснованием целесообразности коррекции дефицита витамина D.

About the authors