Toward Omics-Based, Systems Biomedicine, and Path and Drug Discovery Methodologies for Depression-Inflammation Research.

Meta-analyses confirm that depression is accompanied by signs of inflammation including increased levels of acute phase proteins, e.g., C-reactive protein, and pro-inflammatory cytokines, e.g., interleukin-6. Supporting the translational significance of this, a meta-analysis showed that anti-inflammatory drugs may have antidepressant effects. Here, we argue that inflammation and depression research needs to get onto a new track. Firstly, the choice of inflammatory biomarkers in depression research was often too selective and did not consider the broader pathways. Secondly, although mild inflammatory responses are present in depression, other immune-related pathways cannot be disregarded as new drug targets, e.g., activation of cell-mediated immunity, oxidative and nitrosative stress (O&NS) pathways, autoimmune responses, bacterial translocation, and activation of the toll-like receptor and neuroprogressive pathways. Thirdly, anti-inflammatory treatments are sometimes used without full understanding of their effects on the broader pathways underpinning depression. Since many of the activated immune-inflammatory pathways in depression actually confer protection against an overzealous inflammatory response, targeting these pathways may result in unpredictable and unwanted results. Furthermore, this paper discusses the required improvements in research strategy, i.e., path and drug discovery processes, omics-based techniques, and systems biomedicine methodologies. Firstly, novel methods should be employed to examine the intracellular networks that control and modulate the immune, O&NS and neuroprogressive pathways using omics-based assays, including genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics, epigenomics, immunoproteomics and metagenomics. Secondly, systems biomedicine analyses are essential to unravel the complex interactions between these cellular networks, pathways, and the multifactorial trigger factors and to delineate new drug targets in the cellular networks or pathways. Drug discovery processes should delineate new drugs targeting the intracellular networks and immune-related pathways.

Comorbidity between depression and inflammatory bowel disease explained by immune-inflammatory, oxidative, and nitrosative stress; tryptophan catabolite; and gut–brain pathways

The nature of depression has recently been reconceptualized, being conceived as the clinical expression of activated immune-inflammatory, oxidative, and nitrosative stress (IO&NS) pathways, including tryptophan catabolite (TRYCAT), autoimmune, and gut–brain pathways. IO&NS pathways are similarly integral to the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). The increased depression prevalence in IBD associates with a lower quality of life and increased morbidity in IBD, highlighting the role of depression in modulating the pathophysiology of IBD.This review covers data within such a wider conceptualization that better explains the heightened co-occurrence of IBD and depression. Common IO&NS underpinning between both disorders is evidenced by increased pro-inflammatory cytokine levels, eg, interleukin-1 (IL-1) and tumor necrosis factor-α, IL-6 trans-signalling; Th-1- and Th-17-like responses; neopterin and soluble IL-2 receptor levels; positive acute phase reactants (haptoglobin and C-reactive protein); lowered levels of negative acute phase reactants (albumin, transferrin, zinc) and anti-inflammatory cytokines (IL-10 and transforming growth factor-β); increased O&NS with damage to lipids, proteinsm and DNA; increased production of nitric oxide (NO) and inducible NO synthase; lowered plasma tryptophan but increased TRYCAT levels; autoimmune responses; and increased bacterial translocation. As such, heightened IO&NS processes in depression overlap with the biological underpinnings of IBD, potentially explaining their increased co-occurrence. This supports the perspective that there is a spectrum of IO&NS disorders that includes depression, both as an emergent comorbidity and as a contributor to IO&NS processes. Such a frame of reference has treatment implications for IBD when “comorbid” with depression.

Estado nutricional e efeito da vitamina A na resposta imune frente à infecção por Leishmania Infantum

Nutritional status is an important determinant to the response against Leishmania infection, although few studies have characterized the molecular basis for the association found between malnutrition and the disease. Vitamin A supplementation has long been used in developing countries to prevent mortality by diarrheal and respiratory diseases, but there are no studies on the role of vitamin A in Leishmania infection, although we and others have found vitamin A deficiency in visceral Leishmaniasis (VL). Regulatory T cells are induced in vitro by vitamin A metabolites and are considered important cells implicated T CD4+ cell suppression in human VL. This work aimed to examine the correlation of nutritional status and the effect of vitamin A in the response against Leishmania infantum infection. A total of 179 children were studied: 31 had active VL, 33 VL history, 44 were DTH+ and 71 were DTH- and had negative antibody to Leishmania (DTH-/Ac-). Peripheral blood monuclear cells were isolated in a subgroup of 10 active VL and 16 DTH-/Ac- children and cultivated for 20h under 5 different conditions: 1) Medium, 2) Soluble promastigote L. infantum antigens (SLA), 3) All-trans retinoic acid (ATRA), 4) SLA + ATRA and 5) Concanavalin A. T CD4+CD25highFoxp3+, T CD4+CD25-Foxp3- and CD14+ monocytes were stained and studied by flow cytometry for IL-10, TGF-β and IL-17 production. Nutritional status was compromised in VL children, which presented lower BMI/Age and retinol concentrations when compared to healthy controls. We found a negative correlation between nutritional status (measured by BMI/Age and serum retinol) and anti-Leishmania antibodies and acute phase proteins. There was no correlation between nutritional status and parasite load. ATRA presented a dual effect in Treg cells and monocytes: In healthy children (DTH-/Ac-), it induced a regulatory response, increasing IL-10 and TGF-β production; in VL children it modulated the immune response, preventing increased IL-10 production after SLA stimulation. Furthermore, we found a positive correlation between BMI/Age and IL-17 production and negative correlation between serum retinol and IL-10 and TGF-β production in T CD4+CD25highFoxp3+ cells after SLA stimulus. Our results show a potential dual role of vitamin A in the immune system: improvement of regulatory profile during homeostasis and down modulation of IL-10 in Treg cells and monocytes during symptomatic VL. Therefore, the use of vitamin A concomitant to VL therapy might improve recovery from disease status in Leishmania infantum infection

Proteinogramas séricos de ratos Wistar experimentalmente infectados com Trypanosoma evansi

Estabeleceu-se o perfil eletroforético de proteínas séricas de ratos Wistar experimentalmente infectados com Tripanosoma evansi, utilizando-se 40 ratos, distribuídos em oito grupos de cinco animais cada. Um grupo foi mantido como testemunho (G1), e os demais (G2 a G8) foram inoculados, via intraperitoneal, com cerca de 10³tripomastigota de T. evansi. Amostras de sangue para obtenção de soro foram coletadas no quinto (G2), 10º (G3), 15º (G4), 30º (G5), 45º (G6), 60º (G7) e 75º (G1 e G8) dia após as inoculações. O fracionamento das proteínas foi realizado pela técnica SDS-PAGE. Foram identificadas 31 proteínas, sendo sete de fase aguda: ceruloplasmina (101KD), hemopexina (83KD), transferrina (75KD), albumina (66KD), antitripsina (60KD), haptoglobina (44KD) e glicoproteína ácida (38KD). As proteínas com pesos moleculares 12KD; 22KD; 25KD; 28KD; 32,5KD; 35KD; 53,5KD; 63KD e 72KD apareceram apenas nos ratos inoculados com T. evansi.

Perfil eletroforético do proteinograma sérico de eqüinos com obstrução experimental do cólon menor

Avaliaram-se as alterações do proteinograma sérico de eqüinos submetidos à isquemia e reperfusão do cólon menor por distensão intraluminal. Foram utilizados 10 animais submetidos à laparotomia pelo flanco, em posição quadrupedal, para a indução de obstrução no cólon menor durante um período de quatro horas. Cinco animais foram instrumentados, mas sem distensão (grupo controle - G1). em cinco outros animais, foi realizada isquemia mural por distensão do cólon menor via manguito inflado com 40mmHg (grupo distendido - G2). Foram colhidas amostras de sangue antes da intervenção cirúrgica (M1), com 4 horas da colocação do manguito (M2) e com 3 horas (M3) e 12 horas (M4) de reperfusão. Após centrifugação e fracionamento das amostras, as proteínas de fase aguda foram separadas por eletroforese em gel de poliacrilamida contendo SDS-PAGE, e suas concentrações determinadas por densitometria computadorizada. Foram encontradas 19 proteínas no fracionamento eletroforético, com peso molecular variando de 185.000 a 14.000 Daltons (Da). Os pesos moleculares encontrados, correspondentes às proteínas mais conhecidas, foram ceruloplasmina, 130.000 Da; proteína C-reativa, 122.000 Da; transferrina, 85.000 Da; α1-antitripsina, 61.000 Da; haptoglobina, 47.000 Da; e glicoproteína ácida, 40.000 Da. Os resultados mostram que proteínas de fase aguda se alteram após o trauma cirúrgico.

Serum protein concentrations in calves with experimentally induced pneumonic pasteurellosis

Foram examinados 10 bezerros da raça Holandesa com duas a quatro semanas de idade, distribuídos aleatoriamente em dois grupos, controle e infectado. Os bezerros do grupo-controle foram inoculados por via intrabronquial com 5ml de solução salina fosfato-tamponada Dulbecco (DPBSS). Os do grupo infectado receberam um inóculo contendo 5x10(9) unidades formadoras de colônia-UFC de Mannheimia (Pasteurella) haemolytica, suspensas em 5ml de DPBSS. As amostras de sangue foram colhidas 15 minutos antes e uma, duas, quatro e seis horas após a inoculação. O proteinograma sérico foi obtido por eletroforese em gel de acrilamida. As concentrações séricas das proteínas de pesos moleculares 125.000 D (ceruloplasmina), 60.000 D (a1-antitripsina), 45.000 D (haptoglobina) e 40.000 D (glicoproteína ácida) foram significativamente maiores em bezerros infectados do que nos do grupo-controle. Os resultados indicam que as concentrações das proteínas de fase aguda se elevaram mais rapidamente que o previamente imaginado. O proteinograma sérico pode ser útil no monitoramento da evolução da pneumonia de bezerros causada por M. haemolytica.

Leucograma e teores plasmáticos de proteínas de fase aguda de eqüinos portadores de abdômen agudo e submetidos à laparotomia

Foram examinados 20 eqüinos adultos portadores de abdômen agudo e submetidos à laparotomia. Dez recuperaram-se sem intercorrência pós-operatória (G1) e 10 foram a óbito sete a 10 dias após a cirurgia, com sinais de choque séptico (G2). Avaliaram-se temperatura retal, freqüências cardíaca e respiratória, tempo de preenchimento capilar e teores plasmáticos das proteínas de fase aguda - fibrinogênio, ceruloplasmina, proteína C-reativa, antitripsina, haptoglobina e glicoproteína ácida -, antes e até sete dias após a laparotomia. As leucometrias às 72h e no sétimo dia pós-operatório dos eqüinos que foram a óbito foram, respectivamente, 34,6% e 57,1%, mais altas que a dos animais curados. Os maiores valores de proteína de fase aguda ocorreram no sétimo dia após a cirurgia; os percentuais de elevação de fibrinogênio, antitripsina, glicoproteina ácida, proteína C-reativa, ceruloplasmina e haptoglobina de eqüinos do G2 em relação ao G1 foram 46,8%, 67,9%, 91,9%, 112,2%, 126,9% e 186,2%, respectivamente.

Systemic inflammatory response indicators in rabbits (Oryctolagus cuniculus) experimentally infected with sporulated oocysts of Eimeria stiedai (Apicomplexa: Eimeriidae)

Hemograms and acute-phase proteins in adult male New Zealand White rabbits that had been experimentally infected orally with sporulated oocysts of Eimeria stiedai were evaluated over a 28-day period. Fifty animals were used, divided into two groups: group A infected with 1 x 10(4) sporulated oocysts of E. stiedai and group B inoculated with distilled water. on the seventh day after infection, the infected animals presented anemia and leukocytosis with neutrophilia and monocytosis. Protein fractionation by means of electrophoresis identified 19 acute-phase proteins with molecular weights ranging from 24 to 238 kD. Ceruloplasmin, transferrin and haptoglobin showed high levels on the seventh day after infection, with gradual increases in their concentrations until the end of the experimental period. Thus, from the data of the present study, E. stiedai is considered to be a pyogenic etiological agent for which the infection level can be monitored through the leukocyte count and serum concentrations of ceruloplasmin, transferrin and haptoglobin, and these can be recommended as complementary tests.

Proteinograma e teores de cobre, ferro e zinco no soro sanguíneo de ovelhas da raça Santa Inês com mastite experimental por Staphylococcus aureus

Costa N.A., Simao L.C.V., Santos R.A., Afonso J.A.B., Fagliari J.J., Cardoso E.C., Soares P.C. & Mendonca C.L. 2010. [Proteinogram and serum concentrations of copper, iron and zinc in Santa Ines ewes with Staphylococcus aureus experimentally induced mastitis.] Proteinograma e teores de cobre, ferro e zinco no soro sanguineo de ovelhas da raca Santa Ines com mastite experimental por Staphylococcus aureus. Pesquisa Veterinaria Brasileira 30(5):435-442. Clinica de Bovinos, Campus Garanhuns, Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), Avenida Bom Pastor s/n, Boa Vista, Caixa Postal 152, Garanhuns, PE 55292-901, Brazil. E-mail: carlalopes.mendonca@gmail.comThe aim of the present study was to evaluate the effect of Staphylococcus aureus experimentally induced mastitis on proteinogram and serum concentrations of cupper, iron and zinc levels of Santa Ines primiparous ewes. The right mammary gland of ten healthy ewes was inoculated with 1,0x10(4) UFC/mL of S. aureus. Clinical examination and determination of serum concentrations of proteins by electrophoresis in polyacrylamide gel (SDS-PAGE), cupper, iron and zinc, as well plasma level of fibrinogen were measured before the inoculation (control) and 12h, 24h, 36h, 48h, 60h, 72h, 84h, 96h, 108h, 120h, 132h, 168h, 180h, 288h and 336h after bacteria inoculation. All animals experimentally infected presented clinical mastitis and subsequent loss of mammary gland function. The electrophoretogram allowed the identification of 23 proteins with molecular weights (MW) ranged from 26.000 to 185.000 daltons (Da) including acute-phase proteins, IgG and IgA. A significant increase (P<0,05) in haptoglobin, ceruloplasmin, IgG and IgA concentrations was observed. Antitrypsin and acid glicoprotein concentrations did not alter. The levels of iron and zinc decreased and the cupper concentration increased. A positive correlation between plasma fibrinogen and serum ceruloplasmin (r=0.74), haptoglobin (r=0.62) and IgA (r=0.62) was also identified. Results showed the importance of ceruloplasmin and haptoglobin as acute-phase proteins in ewes with intramammary infections and confirms fibrinogen as an inflammatory marker because its high correlation with specific proteins. The alterations in the serum levels of Cu, Fe and Zn suggest the action of inflammatory mediators triggered by S. aureus.

Perfil eletroforético e concentração de imunoglobulinas G (IgG) do soro sanguíneo de cabras Saanen com mastite experimental induzida por Staphylococcus aureus suplementadas com vitamina E

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Comparação entre a relação PCR/albumina e o índice prognóstico inflamatório nutricional (IPIN)

Objetivo: Simplificar o cálculo do índice prognóstico inflamatório nutricional (IPIN) empregando número menor de variáveis com conseqüente redução do custo da análise. Materiais e métodos: Foram estudados 54 pacientes e 12 indivíduos-controle com 48 ± 20 (média ± dp) anos de idade. As principais patologias dos pacientes eram: doença arterial periférica (22), pênfigo foliáceo (7), doença inflamatória intestinal (7), trauma (6) e pós-operatório de ortognatia (3). Foram obtidas amostras de sangue periférico, colhidas em jejum para dosagens de proteínas positivas (+) e negativas (-) de fase aguda (PFA) pelo método nefelométrico. Proteína C reativa (PCR), alfa-1-glicoproteína-ácida (alfa-1-GA), alfa-1-antitripsina (alfa-1-AT) e ceruloplasmina (CER) foram as PFA+ e albumina (Alb), transtiretina (TTR), transferrina (TF) e proteína ligadora do retinol (RBP) foram as representantes das PFA-. Esses valores foram analisados quanto à associação de correlação isolada ou associadamente na fórmula do índice prognóstico inflamatório e nutricional (IPIN = PCR + alfa-1-GA / Alb + TTR). de acordo com o índice prognóstico inflamatório e nutricional, os pacientes foram classificados em grupo-controle (G1); pacientes sem infecção/inflamação (IPIN < 1, G2) ou com risco de inflamação/infecção (IPIN > 1, G3). em seguida os pacientes do G3 foram subdivididos em baixo risco (G3A, n = 16); médio risco ( G3B, n = 10); alto risco (G3C, n = 6) e com risco de morte (G3D, n = 11). Os resultados foram correlacionados entre si (teste de Spearman) ou submetidos às comparações entre grupos (teste de Kruskall-Wallis). Resultados: Houve relação significativa entre as variáveis PCR &acute; alfa-1-GA (r = 0,49), Alb &acute; TTR (r = 0,60), Alb &acute; RBP (r = 0,58), Alb &acute; TF (r = 0,39), TTR &acute; RBP (r = 0,56) e TTR&acute; TF (r = 0,43) e as melhores relações encontradas entre PFA+ e PFA- foram: PCR &acute; Alb (r = - 0,71), PCR &acute; TTR (r = - 0,54), PCR &acute; TF (r = - 0,39) e alfa-1-GA &acute; Alb (r = - 0,35). Os valores do IPIN mostraram a diferenciação G3 > (G1 = G2) e G3 > G3A. Entre todas as proteínas dosadas apenas PCR, Alb e TTR discriminaram os grupos: sendo G3 > (G1= G2) para PCR e G3< (G1= G2) para Alb e TTR. Apenas PCR, TTR e TF discriminaram a morbimortalidade com G3D > G3A (para PCR) e G3D < G3A (para TTR e TF). PCR/Alb e IPIN apresentaram concordância de valores para os riscos de complicações. Conclusão: Assim, conclui-se pela possibilidade de substituição do IPIN pela relação PCR/albumina, mais simples e de menor custo, mantendo-se o mesmo poder e sensibilidade para diagnóstico dos graus de risco de complicações.

Citocinas e proteínas de fase aguda do soro como marcadores de regressão da resposta inflamatória ao tratamento da tuberculose pulmonar

OBJETIVO: Analisar o padrão de citocinas pró- e antiinflamatórias e da resposta de fase aguda (RFA) como marcadores de resposta ao tratamento da tuberculose pulmonar. MÉTODOS: Determinação dos níveis de interferon-gama (IFN-γ), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α, fator de necrose tumoral-alfa), interleucina-10 (IL-10) e transforming growth factor-beta (TGF-β, fator transformador de crescimento-beta), pelo método ELISA, em sobrenadante de cultura de células mononucleares do sangue periférico e monócitos, assim como dos níveis de proteínas totais, albumina, globulinas, alfa-1-glicoproteína ácida (AGA), proteína C reativa (PCR) e velocidade de hemossedimentação (VHS) em 28 doentes com tuberculose pulmonar, em três tempos: antes (T0), aos três meses (T3) e aos seis meses (T6) de tratamento, em relação aos controles saudáveis, em um único tempo. RESULTADOS: Os pacientes apresentaram valores maiores de citocinas e RFA que os controles em T0, com diminuição em T3 e diminuição (TNF-α, IL-10, TGF-β, AGA e VHS) ou normalização (IFN-γ e PCR) em T6. CONCLUSÕES: PCR, AGA e VHS são possíveis marcadores para auxiliar no diagnóstico de tuberculose pulmonar e na indicação de tratamento de indivíduos com baciloscopia negativa; PCR (T0 > T3 > T6 = referência) pode também ser marcador de resposta ao tratamento. Antes do tratamento, o perfil Th0 (IFN-γ, IL-10, TNF-α e TGF-β), indutor de e protetor contra inflamação, prevaleceu nos pacientes; em T6, prevaleceu o perfil Th2 (IL-10, TNF-α e TGF-β), protetor contra efeito nocivo pró-inflamatório do TNF-α ainda presente. O comportamento do IFN-γ (T0 > T3 > T6 = controle) sugere sua utilização como marcador de resposta ao tratamento.

A resposta metabólica ao trauma cranioencefálico é autolimitada? Análise das proteínas de fase aguda e glicemia

Nos últimos anos tem havido referências à limitação da resposta metabólica nas duas primeiras semanas após trauma cranioencefálico (TCE). Foi feita proposta de estudo a partir de experimento clínico em pacientes com trauma encefálico grave, que foram avaliados por volta de 7 dias após a lesão (M1). A segunda avaliação ocorreu 4 dias após (M2), e a terceira 3 a 4 dias após (M3). em um período de 2 anos, foram selecionados 28 pacientes do sexo masculino, com trauma encefálico grave, escala de gravidade de Glasgow entre 4 e 6. Dentre os 28 pacientes, 6 completaram o estudo proposto. Os pacientes foram acompanhados clinicamente durante toda a fase do experimento. em cada um dos momentos de análise, foram feitas análises da excreção nitrogenada e proteínas de fase aguda. da mesma forma foram feitas determinações da glicemia plasmática, N-amínico e triglicerídeos. Os resultados do estudo demonstraram não haver modificações no balanço nitrogenado, normalização da proteína-C-reativa e redução relativa da glicemia ao final do experimento. Os autores tecem considerações sobre os possíveis mecanismos envolvidos na modulação da resposta metabólica e concluem que o hipermetabolismo, a basear-se na análise da glicemia e das proteínas de fase aguda, não persiste além do 13° dia do período de recuperação pós-trauma. São feitas sugestões de estudos futuros que possam elucidar os mecanismos envolvidos na normalização do hipercatabolismo e hipermetabolismo observados nas duas primeiras semanas após TCE.

Proteínas de fase aguda em cadelas com neoplasia mamária

As proteínas de fase aguda (PFA) apresentam concentrações séricas alteradas mediante processos infecciosos, inflamatórios e neoplásicos. Objetivou-se com este trabalho avaliar as variações séricas das PFA em cadelas portadoras de neoplasia mamária, comparando com a avaliação histológica e leucograma. As PFA foram avaliadas em 45 cadelas com tumor de mama, distribuídas nos grupos neoplasia benigna (n=13), maligna não ulcerada (n=24) e maligna ulcerada (n=8). O grupo controle foi composto por 20 cadelas saudáveis. Foram realizados o teste de eletroforese em gel de poliacrilamida contendo dodecil sulfato de sódio (SDS-PAGE) para identificar as PFA (albumina, ceruloplasmina, transferrina, haptoglobina Hp, α-1 antitripsina e α-1 glicoproteina ácida) e o teste ultrassensível para proteína C reativa (PCR). As pacientes com neoplasia mamária maligna ulcerada apresentaram elevações sérica para PCR e Hp e redução da albumina (P<0,05, One-Way ANOVA e Teste de Dunn). Nessas pacientes, foi observada correlação positiva entre o leucograma inflamatório e o aumento das PFA (P=0,002, Teste de Fisher) e não foram observadas correlações entre as PFA e os subtipos histológicos. Conclui-se que avaliações conjuntas da PCR, Hp e albumina podem ser utilizadas como ferramenta de auxílio diagnóstico e prognóstico em cadelas com neoplasia mamária.

Murine alpha-2-macroglobulin increase during inflammatory responses and tumor growth

Objective and Design: To determine the alpha-2-macroglobulin (alpha2M) levels in mice during acute and chronic inflammatory responses. Materials and Methods: Inflammation was induced by one of the following stimuli: carrageenin, zymosan, lipopolysacharide, thioglycollate, bacilli Calmette Guerin, PPD (in pre-immunized and non-immunized animals) and tumor cells. The concentration of alpha2M was determined in plasma or peritoneal liquid by electroimmunoassay. Results: In all the treatments employed, the plasma levels of alpha2M were higher than in untreated animals. This increase varied from 9%, 24 h after injection up a maximum of 66% 72 h post-injection. When compared to animals injected only with saline, the increases were significant 48 h after treatment with either zymosan or LPS, and 72 h after treatment with either thioglycollate or carrageenin. Treatment with BCG triggers an increase in alpha2M levels after 24 h (18.60%) and 48 h (27.90%). Immunized mice presented higher levels of this protein than non-immunized animals after challenge with PPD. The growth of Ehrlich tumor cells in the peritoneal cavity was directly correlated with the local levels of alpha2M which increased 3.5 fold, 10 days after injection. Conclusions: These results strongly indicate that in mice, the concentration of alpha2M can increase during acute and chronic inflammatory reactions with kinetics dependent on the particular kind of inflammatory agent.