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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/63124
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ThesisCopyright
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Sustainable Development Goals
03 Saúde e Bem-EstarCollections
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ESTUDO DO DESENVOLVIMENTO E IMPACTO DA DOENÇA HEPÁTICA GORDUROSA NÃO ALCÓOLICA (DGHNA) NA INFECÇÃO PELO HIV: NOVOS BIOMARCADORES, MICROBIOTA INTESTINAL E VIAS FUNCIONAIS PARA DIAGNÓSTICO E AVALIAÇÃO DA PATOGÊNESE NA PRESENÇA DE ESTEATOSE E FIBROSE HEPÁTICA
Doença Hepática Gordurosa Não Alcoólica
Esteatose Hepática
Fibrose Hepática
Biomarcadores Sorológicos
Microbiota Intestinal
16S rRNA
Shotgun
Nonalcoholic Fatty Liver Disease
Steatosis
Fibrosis
Serological Biomarkers
Microbiome
16S rRNA
Shotgun
Hepatopatia Gordurosa não Alcoólica
Fígado Gorduroso
Cirrose Hepática
Microbioma Gastrointestinal
RNA-Seq
Yanavich, Carolyn Morrissey | Date Issued:
2019
Author
Advisor
Co-advisor
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Infectologia Evandro Chagas. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract in Portuguese
Introdução: A doença hepática gordurosa não alcóolica (DHGNA) é caracterizada pelo acúmulo anormal de gordura no parênquima hepático. Trata-se de uma das principais causas de doença hepática crônica em todo o mundo e um problema de saúde em pessoas vivendo com HIV/AIDS (PVHA). Estratégias não invasivas como alternativa à biópsia hepática são necessárias para a diagnóstico precoce e manejo da DHGNA, principalmente em países em desenvolvimento. A validação do desempenho diagnóstico de modelos preditivos para DHGNA e fibrose avançada que utilizam parâmetros simples, como exames de sangue e medidas antropométricas, podem auxiliar no diagnóstico precoce e manejo da DHGNA em PVHA. Além da validação de métodos alternativos de diagnóstico, torna-se necessária melhor compreensão da DHGNA e o papel da microbiota intestinal no desenvolvimento de esteatose e/ou fibrose hepática na infecção pelo HIV. Objetivos: Validar o valor diagnóstico de modelos preditivos para detecção de DHGNA e/ou fibrose avançada em PVHA; caracterizar a microbiota intestinal de participantes mono-infectados pelo HIV e avaliar sua relação com presença de esteatose ou fibrose hepática em participantes do estudo PROSPEC-HIV (NCT02542020). Primeiro manuscrito: Este estudo teve como objetivo primário validar o desempenho diagnóstico de modelos preditivos não invasivos para detecção de DHGNA e fibrose avançada (METAVIR-F3F4) em 437 participantes mono-infectados pelo HIV. Foram realizadas avaliações clínicas, análises de biomarcadores séricos e aferição da rigidez hepática (liver stiffness measurement, LSM)/atenuação dos feixes ultrassonográficos (Controlled Attenuation Parameter, CAP) por elastografia hepática transitória (EHT). Foram calculados modelos preditivos para DHGNA [Steato-ELSA, Fatty Liver Index (FLI), Hepatic Steatosis Index (HSI), NAFLD Liver Fat-Score (NAFLD-LFS)] e fibrose [FIB-4, APRI e NAFLD Fibrosis Score (NFS)]. Foram avaliadas a área sob as curvas ROC (AUROC), sensibilidade, especificidade, valor preditivo positivo (VPP), valor preditivo negativo (VPN) e razão de verossimilhança (RV). Os biomarcadores para esteatose apresentaram boa acurácia e aqueles para detecção de fibrose avançada apresentaram alta especificidade (> 95%) e VPN (90%). Segundo manuscrito: Este estudo teve como objetivo primário avaliar a relação entre microbiota intestinal e doença hepática em 82 participantes mono-infectados pelo HIV-1. Foram realizados sequenciamento metagenômico por shotgun do gene 16S rRNA e do genoma inteiro em swabs retais coletados de um subconjunto de participantes monoinfectados pelo HIV com esteatose hepática (n=30), fibrose hepática (n=22) e controles (n=30) baseados nos resultados da EHT. As diferenças bacterianas foram avaliadas usando regressão binomial negativa com zero inflacionado (ZINB) e modelagem de florestas aleatórias e foram identificados contribuintes taxonômicos de deslocamentos funcionais usando FishTaco. O estado de saúde do fígado justificou quatro por cento da variação geral (r2=0,04, p=0,003) na composição bacteriana. Na esteatose, a análise funcional revelou elevação na síntese de ácidos biliares primários e secundários codificados por aumento de Eubacterium rectale, Finegoldia magna e Faecalibacterium prausnitzii, bem como redução de Akkermansia muciniphila, Bacteroides fragilis e Bacteroides dorei. Além disso, a biossíntese de folato foi reduzida. Pessoas monoinfectadas pelo HIV com doença hepática possuem perfis microbianos distintos. Algumas das diferenças da microbiota intestinal observadas nesta coorte são semelhantes àqueles associados à DHGNA e fibrose avançada em populações não-infectadas pelo HIV. Conclusões: Modelos preditivos que usam parâmetros simples têm acurácia satisfatória tanto para detecção de DHGNA como para exclusão de fibrose hepática avançada. Esses modelos devem ser incorporados à rotina de tratamento clínico de PVHA como alternativas não invasivas à biópsia hepática para diagnóstico precoce de doenças hepáticas na infecção pelo HIV. Por meio da avaliação da microbiota intestinal, identificamos possíveis contribuições microbianas na alteração das vias funcionais de biossíntese de ácido biliar e folato que provavelmente contribuem para a patogênese da DHGNA. Os resultados desta tese reforçam a hipótese que a microbiota intestinal tem papel importante na patogênese da DHGNA em pacientes infectados pelo HIV. De modo geral, nossos resultados fornecem evidências para elaboração de futuras estratégias para aprimoramento do diagnóstico e manejo, além de conhecimentos adicionais sobre efeitos da alteração da microbiota intestinal na progressão da DHGNA.
Abstract
Background: Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is characterized by an abnormal accumulation of liver fat. It is a leading causes of chronic liver disease globally and a major health risk for people living with HIV (PLWH). Alternative, non-invasive strategies for early detection and management of NAFLD are needed, particularly in resource limited settings. Understanding the diagnostic value of predictive models for NAFLD and advanced fibrosis that use simple blood tests and anthropometric measures may assist healthcare providers with making earlier care and treatment decisions in the HIV-infected population. In addition to alternative diagnostic methods, we aimed to expand our understanding of NAFLD and the role of gut microbiome on the development of liver steatosis and/or fibrosis in PLWH. Objectives: To validate the diagnostic value of predictive models for the detection of NAFLD and/or advanced fibrosis in PLWH; to characterize the gut microbiome of HIV-infected participants with evidence of liver steatosis or fibrosis. First Manuscript: To validate the accuracy of non-invasive predictive models for NAFLD and advanced fibrosis (METAVIR-F3F4) in HIV mono-infection in 437 participants enrolled in the PROSPEC-HIV study (NCT02542020). Clinical evaluations, serum biomarker analysis and liver stiffness measurements (LSM)/Controlled Attenuation Parameter (CAP) by transient elastography (TE) were performed. Predictive models for NAFLD [Steato-ELSA, Fatty Liver Index (FLI), Hepatic Steatosis Index (HSI), NAFLD Liver Fat Score (NAFLD-LFS)] and fibrosis [FIB-4, APRI and NAFLD Fibrosis Score (NFS)] were calculated. The area under the ROC curves (AUROC), sensitivity, specificity, positive predictive value (PPV), negative predictive value (NPV) and likelihood ratio (LR) were assessed. The biomarkers for steatosis had good accuracy and those for fibrosis had a high specificity (>95%) and NPV (90%). Second Manuscript: To evaluate the relationship between the gut microbiome and liver disease in HIV-1 infected participants. 16S rRNA gene and whole genome shotgun metagenomic sequencing were performed on rectal swabs collected from a subset of HIV mono-infected participants with liver steatosis (n=30), liver fibrosis (n=22) and controls (n=30) based on transient elastography from the PROSPEC-HIV-study (NCT02542020). Bacterial differences were assessed using zero-inflated negative binomial (ZINB) regression and random forests modeling, and taxonomic drivers of functional shifts were identified using FishTaco. Liver health status explained four percent of the overall variation (r2=0.04, p=0.003) in bacterial composition. In steatosis, functional analysis revealed increases in primary and secondary bile acid synthesis encoded by increases of Eubacterium rectale, Finegoldia magna, and Faecalibacterium prausnitzii as well as decreases of Akkermansia muciniphila, Bacteroides fragilis, and Bacteroides dorei. Additionally, folate biosynthesis was decreased. HIV mono-infected persons with liver disease possess distinct microbial profiles. Some of the discriminatory bacterial taxa observed in this cohort are similar to those associated with NAFLD and advanced fibrosis in HIV negative populations. Conclusions: Predictive models that use simple parameters have a satisfactory accuracy for both the detection of NAFLD and the exclusion of advanced liver fibrosis. These models should be incorporated into the routine clinical care setting for PLWH as non-invasive alternatives to liver biopsy for early diagnosis of liver diseases in HIV infection. Through evaluation of the gut microbiome, we identified potential microbial contributions to altered functional pathways of bile acid and folate biosynthesis that are likely contributors to fatty liver disease pathogenesis. The data from this study support the concept that the gut-liver axis plays an important role in the NAFLD pathogenesis in HIV-infected patients. Overall our findings provide information on strategies for improved diagnostics and further insight on the possible effects of microbial dysbiosis and the progression of NAFLD.
Keywords in Portuguese
Infecção por HIVDoença Hepática Gordurosa Não Alcoólica
Esteatose Hepática
Fibrose Hepática
Biomarcadores Sorológicos
Microbiota Intestinal
16S rRNA
Shotgun
Keywords
HIV infectionNonalcoholic Fatty Liver Disease
Steatosis
Fibrosis
Serological Biomarkers
Microbiome
16S rRNA
Shotgun
DeCS
Infecções por HIVHepatopatia Gordurosa não Alcoólica
Fígado Gorduroso
Cirrose Hepática
Microbioma Gastrointestinal
RNA-Seq
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