Serum Angiopoietin-1 and -2 Levels Discriminate Cerebral Malaria from Uncomplicated Malaria and Predict Clinical Outcome in African Children

• DOI: 10.1371/journal.pone.0004912
• Publication Date: 2009-03-19T23:10:14Z
• Authors: Fiona E. Lovegrove; Noppadon Tangpukdee; Robert O. Opoka; Erin I. Lafferty; Nimerta Rajwans; Michael Hawkes; Srivicha Krudsood; Sornchai Looarees...; Chandy C. John; W. Conrad Liles; Kevin C. Kain
• Keywords: 0301 basic medicine; Likelihood ratios in diagnostic testing; Receiver operating characteristic; Pathogenesis; Pediatrics; Role of Complement System in Immune Response; Malaria, Falciparum; Child; Internal medicine; Immunology and Microbiology; Angiopoietin 2; Q; R; Gastroenterology; Life Sciences; Middle Aged; Prognosis; Thailand; Uncomplicated Malaria; 3. Good health; Environmental health; Child, Preschool; Medicine; Cerebral Malaria; Research Article; Adult; Adolescent; Science; Immunology; Plasmodium falciparum; Population; Malaria, Cerebral; Angiopoietin; Sensitivity and Specificity; Angiopoietin-2; Young Adult; 03 medical and health sciences; 616; Health Sciences; Angiopoietin-1; Animals; Humans; Endothelium; Global Impact of Arboviral Diseases; VEGF receptors; Tumor Necrosis Factor-alpha; FOS: Clinical medicine; Endothelial activation; Public Health, Environmental and Occupational Health; Malaria; Discriminate Cerebral; ROC Curve; Africa; Vascular endothelial growth factor; African Children; Biomarkers

توجد أدوات محدودة لتحديد الأفراد المصابين بالبلازمود المنجلي المعرضين لخطر الإصابة بمضاعفات خطيرة مثل الملاريا الدماغية. كان الهدف من هذه الدراسة هو تقييم المؤشرات الحيوية في المصل التي تميز بين CM وغير CM، مع الهدف طويل الأجل المتمثل في تطوير اختبار تنبؤي إكلينيكي للملاريا الحادة. استنادًا إلى فرضية أن التنشيط البطاني والخلل الوظيفي للحاجز الدموي الدماغي يساهمان في التسبب في CM، قمنا بفحص المنظمين البطانيين، angiopoietin -1 (ANG -1) و angiopoietin -2 (ANG -2)، في عينات المصل من المرضى المصابين بالملاريا المنجلية غير المعقدة (UM) أو CM، من مجموعتين سكانيتين متنوعتين - البالغين التايلانديين والأطفال الأوغنديين. تمت مقارنة مستويات الأوعية الدموية بعامل نخر الورم (TNF). في كلتا المجموعتين، انخفضت مستويات ANG -1 بشكل كبير وزادت مستويات ANG -2 بشكل كبير في CM مقابل UM والضوابط الصحية (P<0.001). ارتفع معدل نمو الخلايا الجذعية بشكل كبير لدى البالغين التايلنديين (p<0.001)، لكنه لم يميز بشكل جيد بين نمو الخلايا الجذعية و نمو الخلايا الجذعية لدى الأطفال الأفارقة. أظهر تحليل منحنى خصائص تشغيل جهاز الاستقبال أن ANG -1 ونسبة ANG -2: ANG-1 ميزت بدقة مرضى CM من UM في كلتا المجموعتين. عند تطبيقه كاختبار تشخيصي، كان لدى ANG -1 حساسية وخصوصية بنسبة 100 ٪ لتمييز CM عن UM لدى البالغين التايلنديين و 70 ٪ و 75 ٪، على التوالي، للأطفال الأوغنديين. عبر كلا المجموعتين، كانت نسبة احتمالية CM التي أعطيت اختبارًا إيجابيًا (ANG -1 <15 نانوغرام/مل) 4.1 (2.7-6.5) وكانت نسبة احتمالية CM التي أعطيت اختبارًا سلبيًا 0.29 (0.20-0.42). علاوة على ذلك، تنبأت مستويات ANG -1 المنخفضة عند العرض التقديمي بالوفيات اللاحقة لدى الأطفال الذين يعانون من CM (p = 0.027). تعد نسبة ANG -1 و ANG -2/1 مؤشرات حيوية إكلينيكية واعدة لـ CM. يجب أن تتناول الدراسات الإضافية فائدتها كمؤشرات بيولوجية تنبؤية وأهداف علاجية محتملة في الملاريا الحادة.<br/>Il existe des outils limités pour identifier les personnes infectées par Plasmodium falciparum qui risquent de développer des complications graves telles que le paludisme cérébral (MC). L'objectif de cette étude était d'évaluer les biomarqueurs sériques qui différencient la MC de la non MC, dans le but à long terme de développer un test pronostique cliniquement informatif pour le paludisme grave. Sur la base de l'hypothèse selon laquelle l'activation endothéliale et le dysfonctionnement de la barrière hémato-encéphalique contribuent à la pathogenèse de la MC, nous avons examiné les régulateurs endothéliaux, l'angiopoïétine-1 (ANG-1) et l'angiopoïétine-2 (ANG-2), dans des échantillons de sérum de patients infectés par P. falciparum atteints de paludisme non compliqué (MU) ou de MC, provenant de deux populations diverses - les adultes thaïlandais et les enfants ougandais. Les taux d'angiopoïétine ont été comparés au facteur de nécrose tumorale (TNF). Dans les deux populations, les niveaux d'ANG-1 ont été significativement diminués et les niveaux d'ANG-2 ont été significativement augmentés dans la CM par rapport à l'UM et aux témoins sains (p<0,001). Le TNF était significativement élevé dans la MC dans la population adulte thaïlandaise (p<0,001), mais ne faisait pas bien la distinction entre MC et MU chez les enfants africains. L'analyse de la courbe des caractéristiques de fonctionnement du récepteur a montré que l'ANG-1 et le rapport ANG-2 :ANG-1 discriminaient avec précision les patients atteints de CM de l'UM dans les deux populations. Appliqué comme test de diagnostic, ANG-1 avait une sensibilité et une spécificité de 100 % pour distinguer la CM de l'UM chez les adultes thaïlandais et de 70 % et 75 %, respectivement, chez les enfants ougandais. Dans les deux populations, le rapport de probabilité de MC avec un test positif (ANG-1<15 ng/mL) était de 4,1 (2,7-6,5) et le rapport de probabilité de MC avec un test négatif était de 0,29 (0,20-0,42). De plus, de faibles taux d'ANG-1 lors de la présentation ont prédit une mortalité ultérieure chez les enfants atteints de MC (p = 0,027). ANG-1 et le rapport ANG-2/1 sont des biomarqueurs cliniquement informatifs prometteurs pour la MC. Des études supplémentaires devraient aborder leur utilité en tant que biomarqueurs pronostiques et cibles thérapeutiques potentielles dans le paludisme grave.<br/>Existen herramientas limitadas para identificar qué individuos infectados con Plasmodium falciparum están en riesgo de desarrollar complicaciones graves como la malaria cerebral (CM). El objetivo de este estudio fue evaluar los biomarcadores séricos que diferencian entre CM y no CM, con el objetivo a largo plazo de desarrollar una prueba de pronóstico clínicamente informativa para la malaria grave. Partiendo de la hipótesis de que la activación endotelial y la disfunción de la barrera hematoencefálica contribuyen a la patogénesis de CM, examinamos los reguladores endoteliales, angiopoyetina-1 (ANG-1) y angiopoyetina-2 (ANG-2), en muestras de suero de pacientes infectados con P. falciparum con malaria no complicada (UM) o CM, de dos poblaciones diversas: adultos tailandeses y niños ugandeses. Los niveles de angiopoyetina se compararon con el factor de necrosis tumoral (TNF). En ambas poblaciones, los niveles de ANG-1 disminuyeron significativamente y los niveles de ANG-2 aumentaron significativamente en CM frente a UM y controles sanos (p<0,001). El TNF se elevó significativamente en CM en la población adulta tailandesa (p<0,001), pero no discriminó bien entre CM y UM en niños africanos. El análisis de la curva característica de funcionamiento del receptor mostró que ANG-1 y la relación de ANG-2:ANG-1 discriminaron con precisión a los pacientes con CM de la UM en ambas poblaciones. Aplicado como prueba diagnóstica, ANG-1 tuvo una sensibilidad y especificidad del 100% para distinguir CM de UM en adultos tailandeses y del 70% y 75%, respectivamente, para niños ugandeses. En ambas poblaciones, la relación de probabilidad de CM dada una prueba positiva (ANG-1<15 ng/ml) fue de 4,1 (2,7-6,5) y la relación de probabilidad de CM dada una prueba negativa fue de 0,29 (0,20-0,42). Además, los bajos niveles de ANG-1 en la presentación predijeron la mortalidad posterior en niños con CM (p = 0,027) .ANG-1 y la relación ANG-2/1 son biomarcadores clínicamente informativos prometedores para CM. Los estudios adicionales deben abordar su utilidad como biomarcadores de pronóstico y posibles dianas terapéuticas en la malaria grave.<br/>Limited tools exist to identify which individuals infected with Plasmodium falciparum are at risk of developing serious complications such as cerebral malaria (CM). The objective of this study was to assess serum biomarkers that differentiate between CM and non-CM, with the long-term goal of developing a clinically informative prognostic test for severe malaria.Based on the hypothesis that endothelial activation and blood-brain-barrier dysfunction contribute to CM pathogenesis, we examined the endothelial regulators, angiopoietin-1 (ANG-1) and angiopoietin-2 (ANG-2), in serum samples from P. falciparum-infected patients with uncomplicated malaria (UM) or CM, from two diverse populations--Thai adults and Ugandan children. Angiopoietin levels were compared to tumour necrosis factor (TNF). In both populations, ANG-1 levels were significantly decreased and ANG-2 levels were significantly increased in CM versus UM and healthy controls (p<0.001). TNF was significantly elevated in CM in the Thai adult population (p<0.001), but did not discriminate well between CM and UM in African children. Receiver operating characteristic curve analysis showed that ANG-1 and the ratio of ANG-2:ANG-1 accurately discriminated CM patients from UM in both populations. Applied as a diagnostic test, ANG-1 had a sensitivity and specificity of 100% for distinguishing CM from UM in Thai adults and 70% and 75%, respectively, for Ugandan children. Across both populations the likelihood ratio of CM given a positive test (ANG-1<15 ng/mL) was 4.1 (2.7-6.5) and the likelihood ratio of CM given a negative test was 0.29 (0.20-0.42). Moreover, low ANG-1 levels at presentation predicted subsequent mortality in children with CM (p = 0.027).ANG-1 and the ANG-2/1 ratio are promising clinically informative biomarkers for CM. Additional studies should address their utility as prognostic biomarkers and potential therapeutic targets in severe malaria.<br/>