Matrix metalloproteinase-9 and intercellular adhesion molecule 1 are powerful staging markers for human African trypanosomiasis

Authors


Corresponding Author Jean-Charles Sanchez, Biomedical Proteomics Research Group, Structural Biology and Bioinformatics Department, Medical University Centre, 1 rue Michel Servet, Geneva, Switzerland. E-mail: jean-charles.sanchez@unige.ch

Summary

Objectives  A critical step before treatment of human African trypanosomiasis (HAT) is the correct staging of the disease. As late stage is established when trypanosomes cross the blood–brain barrier and invade the central nervous system, we hypothesized that matrix metalloproteinases and cell adhesion molecules could indicate, alone or in combination, the disease progression from the first to the second stage of HAT.

Methods  We measured the levels of MMP-2, MMP-9, ICAM-1, VCAM-1 and E-selectin in the cerebrospinal fluid (CSF) of 63 Trypanosoma brucei gambiense-infected patients (15 stage 1 and 48 stage 2). Staging was based on counting of white blood cells (WBC) and/or parasite detection in CSF. Concentrations were obtained either by ELISA or multiplex bead suspension assays, and results were compared with three known HAT staging markers (CXCL10, CXCL8 and H-FABP).

Results  ICAM-1 and MMP-9 accurately discriminated between stage 1 and stage 2 patients with HAT with 95% sensitivity (SE) for 100% specificity (SP), which was better than CXCL10 (93% SE for 100% SP), one of the most promising known markers. Combination of ICAM-1 and MMP-9 with H-FABP provided a panel that resulted in 100% of SE and SP for staging HAT.

Conclusions  ICAM-1 and MMP-9, alone or in combination, appeared as powerful CSF staging markers of HAT. Final validation of all newly discovered staging markers on a large multi-centric cohort including both forms of the disease as well as patients with others infections should be performed.

Abstract

Objectifs:  Une étape cruciale avant le traitement de la trypanosomiase humaine africaine (THA) est la détermination correcte du stade de la maladie. Comme le stade tardif est établie lorsque les trypanosomes traversent la barrière hémato-méningée et envahissent le système nerveux central, nous avons émis l’hypothèse que les métalloprotéinases matricielles et les molécules d’adhésion cellulaires pourraient indiquer, seuls ou en combinaison, la progression de la maladie du stade 1 vers le stade 2 de la THA.

Méthodes:  Nous avons mesuré les taux de MMP-2, MMP-9, ICAM-1, VCAM-1 et E-sélectine dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) de 63 patients infectés par Trypanosoma brucei gambiense (15 au stade 1 et 48 au stade 2). La classification a été basée sur le comptage des globules blancs (GB) et/ou la détection des parasites dans le LCR. Les concentrations ont été obtenues soit par ELISA ou par tests multiplex bead suspension et les résultats ont été comparés avec trois marqueurs connus de la classification de la THA (CXCL10, CXCL8 et H-FABP).

Résultats:  ICAM-1 et MMP-9 ont distingué avec précision les patients THA des stades 1 et 2 avec une sensibilité de 95% et une spécificité de 100%, ce qui était meilleur qu’avec CXCL10 (sensibilité 93%, spécificité 100%), l’un des marqueurs les plus prometteurs connus. La combinaison de ICAM-1 et MMP-9 avec H-FABP a fourni un tableau menant à 100% de sensibilité et de spécificité pour la classification des stades de la THA.

Conclusions:  ICAM-1 et MMP-9, seuls ou en combinaison, apparaissent comme puissants marqueurs LCR des stades de la THA. La validation finale de tous les nouveaux marqueurs découverts, dans une large cohorte multicentrique, incluant les deux formes de la maladie ainsi que des patients atteints d’autres infections devrait être effectuée.

Abstract

Objetivos:  Un paso crítico antes del tratamiento de la tripanosomiasis humana africana (THA) es averiguar correctamente el estadio de la enfermedad. Puesto que la etapa tardía corresponde al cruce de los tripanosomas a través de la barrera hematoencefálica y su invasión del sistema nervioso central, hemos planteado la hipótesis de que las metaloproteinasas matriciales (MMP) y las moléculas de adhesión celular podrían indicar, solas o en combinación, la progresión de la enfermedad del primer a segundo estadio de THA.

Métodos:  Hemos medido los niveles de MMP-2, MMP-9, ICAM-1, VCAM-1 y la Selectina E en líquido cefalorraquídeo (LCR) de 63 pacientes infectados con Trypanosoma brucei gambiense (15 estadio 1 y 48 estadio 2). El estadio se basó en el conteo que células blancas (CB) y/o la detección de parásitos en LCR. Las concentraciones se determinaron mediante ELISA o técnicas multiplex con partículas en suspensión, y los resultados se compararon con tres marcadores con estadios conocidos de THA (CXCL10, CXCL8 y H-FABP).

Resultados:  ICAM-1 y MMP-9 discriminaron de forma precisa entre el estadio 1 y el estadio 2 en pacientes con THA con una sensibilidad (SE) del 95% para una especificidad (SP) del 100%, lo cual fue mejor que CXCL10 (93% SE para un 100% SP), uno de los marcadores conocidos más prometedores. Una combinación de ICAM-1 y MMP-9 con H-FABP proveyó un panel que dio un 100% de SE y SP para los estadios de THA.

Conclusiones:  ICAM-1 y MMP-9, por si solos o en combinación, son marcadores poderosos para los estadios de THA en LCR. Debería realizarse la validación final de todos los marcadores de estadio recientemente descubiertos en un gran ensayo multicéntrico de cohortes que incluya ambas formas de la enfermedad así como pacientes con otras infecciones.

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