Análise metabolômica do líquido sinovial de pacientes com osteoartrite e artrite reumatoide

Abstract

Objetivo: A osteoartrite (OA) do joelho é caracterizada pela destruição articular progressiva, afetando a articulação como um órgão, sendo influenciada pelo envelhecimento, por fatores biomecânicos e metabólicos. Já a artrite reumatoide (AR) é uma doença autoimune, com envolvimento genético e ambiental, cursando com inflamação crônica poliarticular, usualmente simétrica e progressiva. A análise de metabólitos ajuda na compreensão das cascatas biológicas, no contexto de consumo energético e metabólico, e o líquido sinovial é o biofluido mais apropriado para a avaliação articular. Os metabólitos constituem um grupo diverso de estruturas de baixo peso molecular e a mensuração das concentrações destes elementos permite inferir sobre o fenótipo de algumas doenças. O objetivo deste estudo foi comparar o perfil metabólico do líquido sinovial de pacientes com artrite reumatoide e com osteoartrite do joelho e tentar identificar os metabólitos que distinguem o líquido sinovial nestes dois distúrbios. Além disso, buscamos correlacionar os dados clínicos dos pacientes com osteoartrite de acordo com o perfil metabólico do líquido sinovial. Coletamos amostras de líquido sinovial do joelho de 50 indivíduos com osteoartrite e de quatro com artrite reumatoide, durante artroplastia total do joelho, no INTO, entre outubro de 2019 e dezembro de 2020. Avaliamos, para cada paciente, os dados clínicos do prontuário médico, a radiografia do joelho e a glicemia de jejum préoperatória. As amostras foram submetidas à análise metabolômica por RNM 1H, e os espectros foram comparados por meio de análises multivariadas e univariadas. Não houve diferenças demográficas entre os grupos e não foi possível classificar os pacientes com OA e AR de acordo com o perfil metabólico do líquido sinovial. Na osteoartrite, o sexo feminino prevaleceu (66%), a média de idade foi 67,96 ± 7,08 anos e a média do IMC foi de 32,51 ± 5,25 kg/m2 . Nas avaliações clínicas e metabólicas dos pacientes com OA, 88% destes eram hipertensos, e encontramos maiores níveis de valina, arginina e citrato em comparação com não hipertensos. Em relação ao grau de OA, observamos que o 3-hidroxibutirato e a valina expressaram níveis decrescentes em função da gravidade radiográfica. Além disso, 12% apresentavam doença renal crônica e, nestes, o 3-hidroxibutirato, a valina e a fenilalanina expressaram menores concentrações. Não foi possível distinguir o perfil metabólico pelo IMC, mas o metabólito glicose manifestou menor concentração nos obesos. A análise metabolomica do líquido sinovial não conseguiu distinguir a OA da AR, talvez pela nossa pequena amostra de pacientes reumatoides. Porém, demonstramos a estreita relação entre hipertensão e OA, e o comportamento de alguns metabólitos em situações clínicas específicas fomenta o aprofundamento no tema, na busca por biomarcadores.

Objective: Knee osteoarthritis (KOA) is a disease characterized by progressive articular destruction, affecting the joint as an organ, which is influenced by aging, biomechanical and metabolic factors. By contrast, rheumatoid arthritis (RA) is an auto immune disease, with genetic and environment involvement, characterized by chronic polyarticular inflammation, usually symmetric and progressive. Metabolites analysis helps to understand the biological cascades, in the context of metabolic and energetic demands, and synovial fluid is the most suitable biofluid for this purpose. Metabolites represent a diverse group of low molecular weight structures, which measurement allows to inference over some disease’s phenotypes. The goal of this study was to compare the metabolic profile of KOA and RA and to identify the most relevant metabolites to differentiate these two conditions. Moreover, it was evaluated the possibility to classify KOA patients according to clinical parameters and to the synovial fluid metabolic profile. Synovial fluid samples were collected from the knee of 50 individuals with KOA and four individuals with RA, who underwent total knee replacement in the National Institute of Traumatology and Orthopedics, between October 2019 and December 2020. We evaluated, for each patient, the medical records, as well as the knee radiograph and the preoperative level of serum glucose. Synovial fluid samples underwent 1H NMR metabolomic analysis, and the spectra obtained were compared by univariate and multivariate analysis. There were no demographic differences between groups, and it was not possible to classify patients with KOA or RA according to synovial fluid metabolic profile. In KOA group, most patients were females (66%), mean age was 67.96 ± 7.08 years and mean BMI was 32.51 ± 5.25 kg/m2. In the clinical and metabolic analysis of patients with OA, 88% had systemic arterial hypertension, and we found highest levels of valine, arginine and citrate compared to nonhypertensive. Regarding the degree of KOA, we observed that 3-hydroxybutyrate and valine levels were inversely proportion to radiographic severity. Furthermore, 12% had chronic kidney disease and, in these, 3-hydroxybutyrate, valine and phenylalanine expressed lower concentrations. It was not possible to distinguish the metabolic profile by BMI, but, unexpectedly, the glucose metabolite showed a lower concentration in the obese. Metabolomics of synovial fluid was not able to distinguish KOA from RA, possibly because of our limited rheumatoid group. However, we demonstrated the close relationship between hypertension and KOA. Beyond that, the behavior of some metabolites in specific clinical situations stimulates the improvement of research on the subject, in the search for biomarkers.