Introduction: Selenium (Se) is an essential trace element. In humans it can be found in inorganic compounds, bound in amino acids in selenoproteins or associated with selenium-binding proteins, of which only SELENBP1 can be found in humans. Selenium and selenoproteins are down-regulated in response to hypoxia and systemic inflammation. Little is known about the regulation and role of SELENBP1 in humans. Stimulation of HIF- 1α leads to an increased expression of SELENBP1. Consequently we investigated the role of SELENBP1 in humans in ischemia.
Materials and Methods: Recombinant human SELENBP1 was expressed, purified and used to generate monoclonal antibodies in mice. Using two of these monoclonal antibodies, a light-emitting immunosorbent assay (LIA) for SELENBP1 quantification was established. Serum samples from healthy controls (n = 37), from serial blood draws from patients admitted to the emergency unit for acute chest pain (n = 85) as well as from pre-, intra- and post-operative blood draws from patients undergoing cardiac surgery requiring cardioplegia and cardiopulmonary bypass (n = 75) were prepared and measured using the new LIA for SELENBP1.
Results: A robust, sensitive and stable assay for the quantification of SELENBP1 in human serum was successfully established. Using this novel tool, it was demonstrated that very low concentrations of SELENBP1 circulate under physiological conditions in serum of healthy human subjects. Patients with chest pain exhibited elevated as well as dynamic concentrations of serum SELENBP1. Similarly elevated and dynamic SELENBP1 levels were also observed in patients with myocardial ischemia due to cardioplegia. Intra-operative concentrations correlated with the length of ischemia and were predictive of CK-Mb concentrations as an established biomarker for myocardial damage measured post- operatively. The data obtained in both studies enabled the deduction of sensible cut-off values for risk stratification. Patients reporting with chest pain had 11-fold increased odds for major adverse cardiac events including death if SELENBP1 concentrations at first medical contact exceeded 0.8 nmol / l. Patients undergoing cardiac surgery had 30-fold increased odds for cerebral ischemia, bradycardia or death if SELENBP1 concentrations at 1 hour after admittance to the ICU exceeded 0.96 nmol / l.
Conclusion: Circulating SELENBP1 can be measured in human blood of healthy subjects, and concentrations are elevated in response to a pathological stimulus in patients with chest pain or undergoing cardiac surgery. The maximal concentrations and the dynamics of the increase in serum SELENBP1 allow already at an early time-point a reliable prediction for recovery or potential death.
Einführung: Selen (Se) ist ein essentielles Spurenelement. Im Menschen findet es sich in anorganischer Form oder als Teil von Aminosäuren in Selenoproteinen gebunden sowie in Verbindung mit Selen-bindenden Proteinen, von denen im Menschen das Selen-bindende Protein 1 (SELENBP1) der prominenteste Vertreter ist. Der Metabolismus von Se und die Biosynthese von Selenoproteinen werden in Reaktion auf Hypoxie oder systemische Inflammation intensiv reguliert. Über die Expression und Bedeutung von SELENBP1 ist wenig bekannt. Da eine Stimulation von Hypoxie-regulierten Signalwegen über HIF-1α zur vermehrten Expression von SELENBP1 führen kann, wurde die Hypothese aufgestellt, dass SELENBP1 im Menschen ein Biomarker von Ischämie sein könnte.
Material und Methodik: Rekombinantes, humanes SELENBP1 wurde exprimiert, gereinigt, und Maus-Antikörper wurden gegen SELENBP1 generiert. Auf der Basis eines Paars monoklonaler Antikörper wurde dann ein immunologisches Nachweisverfahren (light-emitting immunosorbent assay, LIA) aufgebaut und charakterisiert. Blutproben einer gesunden Kontrollkohorte (n = 37), serielle Blutentnahmen von Patientinnen und Patienten (n = 85), die aufgrund von Brustschmerzen in der Rettungsstelle behandelt wurden, sowie prä-, intra- und postoperative Blutentnahmen von Patientinnen und Patienten mit kardiochirurgischem Eingriff (n = 75) unter Einsatz von Kardioplegie und Herz-Lungen-Maschine wurden aufbereitet und mit dem neuen SELENBP1-Assay vermessen.
Ergebnisse: Ein stabiler und sensitiver Assay zur Quantifizierung von SELENBP1 im Blut wurde aufgebaut. Hiermit konnte gezeigt werden, dass unter physiologischen Bedingungen sehr niedrige SELENBP1-Konzentrationen im Blut zirkulieren. Bei Patientinnen und Patienten mit Brustschmerz zeigten sich erhöhte Konzentrationen mit dynamischen Verläufen, die ebenso bei Patientinnen und Patienten mit myokardialer Ischämie unter Kardioplegie beobachtetet werden konnten. Die Höhe der SELENBP1-Konzentration intraoperativ korrelierte hierbei signifikant mit der Dauer der Ischämie und war prädiktiv für die CK-Mb-Konzentration nach dem Eingriff, als etablierter Marker für myokardiale Schädigung. In beiden Kohorten konnten aussagekräftige Grenzwerte zur Risikostratifizierung etabliert werden. Die Odds-Ratio für eine schwere kardiale Komplikation inklusive Tod liegt für Patientinnen und Patienten mit Brustschmerzen ab einer SELENBP1-Konzentration von 0,8 nmol / l bei 11. Bei herzchirurgischen Patientinnen und Patienten betrug die Odds-Ratio 30 für das Auftreten einer zerebralen Ischämie, Bradykardie oder Tod ab einer postoperativen SELENBP1-Konzentration von 0,96 nmol / l.
Schlussfolgerung: SELENBP1 ist unter physiologischen Bedingungen im Blut messbar und die Konzentrationen steigen in Reaktion auf einen pathologischen Stimulus bei Patientinnen und Patienten mit Brustschmerzen oder in der Kardiochirurgie deutlich an. Die Höhe und Dynamik dieses Anstiegs erlauben schon frühzeitig eine relativ sichere Voraussage über den weiteren Verlauf der Rekonvaleszenz bzw. das Mortalitätsrisiko.
