A Comparative Assessment of Oxidative Stress Biomarkers in Hemodialysis Patients for Predicting All-Cause Mortality

Abstract

Introduction: The presence of oxidative stress (OS) is evident in the early stages of chronic kidney disease (CKD), maintenance hemodialysis (MHD) patients with end-stage renal disease (ESRD) are particularly at risk for this condition. While there is an ongoing debate about the association between OS and mortality, it is generally acknowledged that OS plays a role in the progression of CKD and ESRD. Methods: In this prospective study, a total of 347 patients undergoing HD were included, and four biomarkers related to OS were assessed. These biomarkers included oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL), myeloperoxidase (MPO), advanced oxidation protein products (AOPPs), and carbonyl proteins. During the follow-up period lasting 60 months, 9 patients were lost to follow-up, and the mortality rate of the remaining 347 patients was 48.4%, meaning 168 deaths. Results: Concerning OS byproducts, carbonyl protein levels were lower in survivors (105.40 ng/mL (interquartile range (IQR) 81.30–147.85) versus 129.65 ng/mL (IQR 93.20–180.33); p<0.001), also shown in subgroup analysis for male patients (103.70 ng/mL (IQR 76.90–153.33) versus 134.55 ng/mL (IQR 93.95–178.68); p=0.0014). How-ever, no significant differences were found in MPO, AOPP, and ox-LDL in either of the two sex subgroups. The results of the Kaplan-Meier survival analysis revealed that pa-tients with high-level carbonyl protein patients (>117.85 ng/mL) had a significantly lower survival rate (p<0.001, as determined by the log-rank test). A positive correlation was found between carbonyl proteins and all-cause mortality in both halves of the study ac-cording to Univariate Cox regression analysis. In patients with MHD, carbonyl proteins continued to be a statistically significant predictor of mortality even after adjusting for con-ventional risk factors. According to the univariate Cox regression analysis, continuous MPOs and log MPOs had statistically significant correlations with all-cause mortality, while binary MPO (divided by the median of MPO) did not. Multivariate Cox analysis showed that MPO still significant associated with mortality prediction, even after adjusting for multiple factors. Conclusion: The findings of this study suggest that the effectiveness of ox-stress bi-omarkers in predicting all-cause mortality in HD patients differs. Specifically, the study indicates that carbonyl proteins and MPO can independently predict all-cause mortality in HD patients, while AOPPs and oxLDL are not significantly associated with all-cause mortality in HD patients.

Einleitung: Die Präsenz von oxidativem Stress (OS) ist in den frühen Stadien der chronischen Nierenerkrankung (CKD) deutlich erkennbar und seine Schwere nimmt bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz (ESRD), die sich einer langfristigen Hämodialyse (MHD) unterziehen, zu. Während die Debatte über den Zusammenhang zwischen OS und Mortalität fortgesetzt wird, wird allgemein anerkannt, dass OS eine Rolle bei der Progression von CKD und ESRD spielt. Methoden: In dieser prospektiven Studie wurden insgesamt 347 Patienten, die sich einer Hämodialyse unterzogen, eingeschlossen und vier Biomarker für OS untersucht. Zu diesen Biomarkern gehörten Carbonylproteine, Myeloperoxidase (MPO), fortgeschrittene Oxidationsproteinprodukte (AOPPs) und oxidiertes Low-Density-Lipoprotein (ox-LDL). Während des 60-monatigen Nachbeobachtungszeitraums konnten 9 Patienten nicht weiterverfolgt werden, und bei den übrigen Patienten (insgesamt 347) lag die Sterblichkeitsrate bei 48.4 %, was 168 Todesfällen entspricht. Ergebnisse: Was die Nebenprodukte des OS betrifft, so waren die Carbonylproteine bei den Überlebenden niedriger (105,40 ng/ml (Interquartilsbereich (IQR) 81,30-147,85) gegenüber 129,65 ng/ml (IQR 93,20-180,33); p < 0,001), mit ähnlichen Ergebnissen für die männlichen Patienten (103,70 ng/ml (IQR 76,90-153,33) gegenüber 134,55 ng/ml (IQR 93,95-178,68); p = 0,0014). Bei MPO, AOPP und ox-LDL wurden jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Geschlechtsuntergruppen festgestellt. Die Ergebnisse der Kaplan-Meier-Überlebensanalyse zeigten, dass Patienten mit höheren Carbonylproteinkonzentrationen (Gruppe >117,85 ng/mL) eine signifikant niedrigere Überlebensrate hatten (p < 0,001, bestimmt durch den Log-Rank-Test). Die univariate Cox-Regressionsanalyse zeigte eine positive Korrelation zwischen Carbonylproteinen und der Gesamtmortalität in der oberen und unteren Hälfte. Auch nach Adjustierung für konventionelle Risikofaktoren blieben die Carbonylproteine ein statistisch signifikanter Prädiktor für ein erhöhtes Sterberisiko bei MHD. Die univariate Cox-Regressionsanalyse zeigte, dass die kontinuierliche MPO und die logarithmische MPO signifikant mit der Gesamtmortalität verbunden waren, während die binäre MPO (basierend auf dem Median der MPO) keine signifikante Korrelation aufwies. Die multivariate Cox-Analyse zeigte, dass die mit der MPO assoziierte Mortalitätsvorhersage auch nach Anpassung an mehrere Faktoren signifikant blieb. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass die Wirksamkeit von Ox-Stress-Biomarkern bei der Vorhersage der Gesamtmortalität bei HD-Patienten unterschiedlich ist. Insbesondere zeigt die Studie, dass Carbonylproteine und MPO unabhängig voneinander die Gesamtmortalität bei HD-Patienten vorhersagen können, während AOPPs und oxLDL nicht signifikant mit der Gesamtmortalität bei HD-Patienten assoziiert sind.