L'impronta metabolomica del Citomegalovirus umano: studio su urine di neonati con infezione congenita mediante Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare

Introduction Human cytomegalovirus (HCMV) is the leading cause of congenital infections resulting in severe morbidity and mortality among newborns worldwide. Currently, the most significant prognostic factor of cCMV is the time of maternal infection, with a more severe clinical phenotype if the mother’s first outbreak occurs during the first trimester of pregnancy. Nonetheless, the pathogenesis of cCMV infection has still to be completely characterized. In particular, little is known about the metabolic response triggered by HCMV in congenitally infected newborns. As such, urinary metabolic profiling by 1H-nuclear magnetic resonance (NMR) might represent a promising tool to be exploited in the context of cCMV infection. Objectives This study aims to investigate the impact of HCMV infection on the urine metabolome in a population of newborns by 1H- NMR spectroscopy combined with multivariate statistical analysis. Materials and methods Thirty-three newborns diagnosed with cCMV infection were recruited at the Neonatal Unit of the University of Turin and for each of them a urine sample was collected during admission medical examination. Seventeen healthy newborns without cCMV infection were also included as healthy controls. The 1H-NMR spectra were analyzed in order to characterize the metabolic profile and to identify the discriminant metabolites between the infected patients and the control group. Results The 1H-NMR spectra of patients and controls allowed the identification of an overall amount of 55 metabolites. Principal Component Analysis (PCA) and clustering correctly assigned 48 out of 50 newborns into the infected and control group. Partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA) revealed that newborns with cCMV resulted to have increased betaine, citrate, succinate, acetate, urea, galactose, glycolate, and formiate levels in the urine. On the other hand, healthy controls showed increased 1-methylnicotinamide, myoinositol, ethanolamine, glycine, taurine, fumarate, creatinin, and creatinin-phosphate levels. Specifically, succinate emerged as the discriminating metabolite in cCMV newborns, whereas glycine and taurine were characteristic of healthy controls. Conclusions These results showed a clear difference in terms of metabolomic fingerprint between newborns with cCMV infection and healthy controls. Thus, metabolomics can be considered a new promising diagnostic and prognostic tool in the clinical management of cCMV patients.

Introduzione Il citomegalovirus umano (HCMV) rappresenta, globalmente, la principale causa di infezione congenita nei neonati (cCMV), con un’elevata morbilità e mortalità. Ad oggi, il fattore prognostico più rilevante conosciuto di cCMV corrisponde al momento in cui la madre acquisisce l’infezione: il quadro clinico del neonato sarà più critico se la madre è entrata in contatto con il virus durante il primo trimestre di gravidanza. Tuttavia, la patogenesi dell’infezione congenita da HCMV deve ancora essere definita completamente. Soprattutto, si sa poco riguardo la risposta metabolica indotta dall’HCMV nei neonati con infezione congenita. Perciò, l’analisi del profilo metabolico urinario attraverso la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) potrebbe rappresentare uno strumento promettente da sfruttare anche nell’ambito del cCMV. Obiettivi Lo studio ha come obiettivo quello di indagare l’impatto che l’infezione da HCMV ha sul metaboloma urinario in una popolazione di neonati, mediante la spettroscopia NMR combinata con un’analisi statistica multivariata. Materiali e metodi 33 neonati con diagnosi di cCMV sono stati reclutati alla SC Neonatologia Universitaria dell’Ospedale Sant’Anna di Torino e per ciascuno di essi è stato raccolto un campione di urina. Inoltre, sono stati anche inclusi nello studio, come controlli, 17 neonati sani fisiologici senza cCMV. Gli spettri NMR ottenuti sono poi stati analizzati in modo da caratterizzare il profilo metabolico e identificare i metaboliti discriminanti tra i pazienti infetti e il gruppo di controllo. Risultati Gli spettri NMR dei pazienti e dei controlli hanno permesso di individuare in totale 55 metaboliti. La Principal Component Analysis (PCA) e il clustering hanno assegnato correttamente 48 neonati su 50 alla classe degli infetti e al gruppo di controllo. La PLS-DA (Partial Least Square-Discriminant Analysis) ha evidenziato che i neonati con infezione da cCMV mostrano aumentati livelli nelle urine di betaina, citrato, succinato, acetato, urea, galattosio, glicolato e formiato. Viceversa, i controlli sani presentano aumentati livelli di 1-metilnicotinamide, mioionositolo, etanolamina, glicina, taurina fumarato, creatinina e creatinin-fosfato. Più nello specifico, il succinato risulta essere il metabolita discriminante nei neonati infetti, mentre la glicina e la taurina sono caratteristiche dei controlli sani. Conclusioni Questi risultati hanno mostrato una chiara differenza in termini di impronta matabolomica tra i neonati infetti e i controlli sani. Quindi, la metabolomica può essere considerata uno strumento diagnostico e prognostico promettente nella gestione clinica dei pazienti con cCMV.