Açık kalp cerrahisinde kardiyopulmoner bypass yapılan hastalarda sistemik redoks homeostazisi biyobelirteçleri ve transkripsiyon faktörlerinin karşılaştırılması
Comparison of systemic redox homeostasis biomarkers and transcription factors in patients undergoing open heart surgery with cardiopulmonary bypass
Yazar: JAMILA TAHMAZLI
Danışman: PROF. DR. UFUK ÇAKATAY
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Koroner arter bypass greft cerrahisi uygulanan hastalar ile izole kapak hastalığı cerrahisi yapılan hastalarda kardiyopulmoner bypass (KBP) ile ilişkili olarak iskemi ve reperfüzyon hasarı görülebilmektedir. Güncel literatürde, kardiyopulmoner bypass'ın sistemik dolaşımdaki redoks homeostazisi üzerine olan etkilerini inceleyen karşılaştırmalı bir araştırma bulunmamaktadır. Kardiyopulmoner bypass'ın sistemik redoks homeostazisi üzerine olan etkilerini pre-operatif ve post-operatif dönemde redoks biyobelirteçleri ve antioksidan sistem transkripsiyon faktörleri düzeyinde spektrofotometrik ve immünokimyasal yöntemlerle araştırarak, benzer patogeneze sahip koroner arter hastalığı olmayan, elektif izole kapak replasmanı yapılan hastalarla karşılaştırdık. Çalışmamızdan elde ettiğimiz verilerle kardiyopulmoner bypass'ın redoks homeostazisi üzerine olumsuz etkilerini en aza indirgenebilmesine yönelik olası etkin stratejilerin geliştirilebilmesine katkıda bulunabilmeyi amaçladık. 
Çalışmamız sonucunda KBP sonrası protein oksidasyon biyobelirteçleri, antioksidan kapasite biyobelirteçleri ve transkripsiyon kofaktörü olan peroksizom prolifatörle aktiflenmiş reseptör-gama koaktivatör-1⍺ (PGC-1α) düzeylerinde sistemik redoks homeostazisini düzenlemeye yönelik istatistiksel bakımdan anlamlı değişimler görülmüştür. Oksidan sisteme ait ROC analizi sonuçları, protein karbonil (PCO) gruplarının KBP öncesi ile sonrasında değerli bir redoks biyobelirteci olduğunu ortaya koymaktadır. Bu durum kardiyopulmoner bypass'ın sistemik dolaşımdaki oksidan yük üzerine olan etkisini değerlendirmede PCO gruplarının tanısal değerinin tek başına üst düzeyde olduğunu göstermektedir. Sistemik redoks homeostazisinin antioksidan yönünü incelediğimizde glutatyon peroksidazın hem aktivite hem de ekspresyon düzeyleri olarak KBP sonrasında çok değerli bir redoks biyobelirteci olduğu sonucuna ulaştık. Glutatyon peroksidaz aktivitesi, istatistiksel bakımdan anlamlı değişim gösteren tüm antioksidan biyobelirteçler içerisinde, PCO gruplarının ROC analiz sonucuna benzer olarak üst düzeyde bir tanısal performans göstermiştir. Büyük oranda indirgenmiş glutatyondan oluşan non-protein tiyol fraksiyonun KBP sonrasında glutatyon peroksidaza yakın cut-off değerlerinde yüksek performans gösterdiği belirlendi. Bu sonuç bizlere mevcut glutatyonun substrat olarak glutatyon peroksidaz tarafından kullanılması ile ilişkili olabileceğini düşündürmektedir. KBP öncesi katalaz aktivitesindeki ROC grafiği değerlendirildiğinde; katalazın sistemik dolaşımdaki artmış hidroperoksit yükünü elimine etme görevini büyük ölçüde üstlenmesinin yanında antioksidan sistem enzim belirteci olarakta önemini ortaya koymaktadır. Katalaz, kardiyovasküler sistem dokularında PGC-1α tarafından ekspresyonu veya farklı metabolik yolaklar aracılığı ile aktivitesi uyarılan enzimler arasında yer almaktadır. İlgili ROC grafiklerini değerlendirdiğimizde PGC-1α'nın KBP öncesinde katalaza benzer bir yönelim göstermesinin biyobelirteç olarak değerini kuvvetlendirdiği sonucuna ulaştık.
Geçmiş dönemlerde reaktif oksijen türleri (ROS) ile ilgili olarak genel kabul gören "artmış oksidatif stres, makromoleküllerde oksidatif hasar, metabolik yolakların fonksiyonlarda azalma ya da bozulma" paradigması günümüzde fizyolojik düzeydeki ROS oluşumunun ROS ile uyarılan redoks sinyal yolaklarının optimum düzeydeki regülasyonunun fizyolojik ve patofizyolojik öneminin araştırılmasına bırakmıştır. Kardiyopulmoner bypassın sistemik dolaşımdaki redoks regülasyon süreçleri üzerine olan etkilerinin redoks sinyal mekanizmaları üzerinden ilerideki çalışmalarla araştırılmasının yeni biyobelirteçlerin değerlendirmeye alınması yönünden literatüre önemli katkılar getireceği görüşündeyiz.

Anahtar kelimeler: Açık kalp cerrahisi, Kardiyopulmoner bypass, Sistemik redoks homeostazisi, Redoks biyobelirteçleri, Redoks transkrispsiyon faktörleri

Abstract:
Patients undergoing coronary artery bypass graft surgery and those with isolated valve disease surgery, may experience ischemia and reperfusion injury associated with cardiopulmonary bypass (CPB). Currently, there is no comparative research in the literature examining the effects of cardiopulmonary bypass on the redox homeostasis in the systemic circulation. In our study, we aimed to investigate the effects of cardiopulmonary bypass on systemic redox homeostasis by examining redox biomarkers and antioxidant system transcription factors using spectrophotometric and immunochemical methods in the preoperative and postoperative periods. We compared these effects in patients undergoing elective isolated valve replacement surgery without coronary artery disease, who share a similar pathogenesis. We aimed to contribute to the development of effective strategies, to minimize the negative effects of CPB on redox homeostasis based on the data obtained from our study.
Our study revealed statistically significant changes in protein oxidation biomarkers, antioxidant capacity biomarkers, and the transcription coactivator peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1α (PGC-1α) levels related to systemic redox homeostasis after CPB. The ROC analysis of oxidant system biomarkers indicated that protein carbonyl (PCO) groups were a valuable redox biomarker before and after CPB, highlighting the diagnostic value of PCO groups in evaluating the impact of CPB on the oxidant load in the systemic circulation. When examining the antioxidant aspect of systemic redox homeostasis, we found that glutathione peroxidase, in terms of both activity and expression levels, was a valuable redox biomarker after CPB. Glutathione peroxidase activity demonstrated high diagnostic performance among all statistically significant changes in antioxidant biomarkers, similar to the ROC analysis of protein carbonyl groups. The nonprotein thiol fraction largely consist of reduced glutathione showed high performance at CPB postoperatively, suggesting a potential relationship between the substrate role of existing glutathione and its utilization by glutathione peroxidase. ROC analysis of catalase activity before CPB indicated the importance of catalase as an antioxidant enzyme in eliminating the increased hydroperoxide load in the systemic circulation. Catalase is among the enzymes whose expression or activity is induced by PGC-1α in cardiovascular system tissues through different metabolic pathways. The ROC graphs reinforced the value of PGC-1α as a biomarker, showing a similar trend to catalase before CPB.
In previous periods, the paradigm of "increased oxidative stress, oxidative damage in cellular macromolecules, and decreased or disrupted function of metabolic pathways" widely accepted regarding reactive oxygen species (ROS) has given way to the investigation of the physiological and pathophysiological importance of optimal regulation of ROS-induced redox signaling pathways at the physiological level. We believe that future studies on the effects of CPB on systemic redox regulation processes through redox signaling mechanisms will contribute significantly to the existing body of literature in evaluating new biomarkers.

Keywords: Open heart surgery, Cardiopulmonary bypass, Systemic redox homeostasis, Redox biomarkers, Redox transcription factors