Aspectos epidemiológicos e moleculares da epilepsia : análise da mortalidade por epilepsia no Brasil e de mecanismos moleculares em um estudo de biologia de sistemas

Abstract

Introdução: A epilepsia é uma doença neurológica crônica comum, que afeta pessoas em uma diversidade geográfica, cultural, étnica, etária e de gênero. Caracterizada por crises recorrentes não provocadas, possui uma gama de etiologias e sua relevância econômica e social despertaram grande interesse. Essa variedade de fatores dificulta o efetivo diagnóstico e prognóstico da doença, cujo risco de mortalidade é superior à população em geral. Todavia, o Brasil carece de levantamentos atualizados sobre a mortalidade pela doença. Dentre os tipos mais comuns de epilepsia, a do lobo temporal é a mais propensa a farmacorresistência e refratariedade, instigando pesquisas na identificação de novos biomarcadores. A epilepsia, ainda, é observada por estar associada a outras patologias, contudo, as implicações exatas destas relações permanecem desconhecidas. Portanto, além de dados epidemiológicos, há uma necessidade de novas investigações moleculares de base da doença e seus mecanismos biológicos. Objetivos: Este estudo visa contribuir na atualização dos dados de mortalidade por epilepsia no Brasil em comparação com outras doenças e países desenvolvidos nas duas últimas décadas. Ainda, procuramos identificar potenciais genes e miRNAs envolvidos na epilepsia através de uma abordagem de biologia de sistemas. Métodos: Esta pesquisa utilizou inteiramente dados públicos e de livre acesso. Análises de mortalidade por epilepsia no Brasil foram baseadas em dados coletados do Sistema de Informações sobre Mortalidade do Ministério da Saúde (SIM/MS), do Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde (DATASUS) e do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Dados dos EUA foram obtidos do Centro de Controle e Prevenção de Doenças (CDC Wonder). O período analisado foi de 2000 a 2021 e as variáveis sexo e grupo etário foram utilizados. Os dados foram processados no programa Microsoft Office Excel 2010. Já os dados de expressão gênica do Gene Expression Omnibus (GEO) foram usados para gerar uma lista de genes e miRNAs associados à epilepsia. Os bancos de dados TarBase e miRTarBase também foram consultados na identificação de miRNAs, enquanto a construção da rede de interações foi baseada nas ferramentas STRING e Cytoscape. Resultados: A taxa de mortalidade por epilepsia no Brasil no período de 2000 a 2021 foi de 1,17 mortes para cada 100.000 habitantes (IC 95%: 1,04 – 1,29), totalizando 50.571 óbitos registrados, sendo que destes, 11,33% (5.717) foram em decorrência de estado de mal epiléptico (CID 10 – G41). Observou-se aumento da mortalidade de 1,19 vezes (0,89/100.000 em 2000 para 1,95/100.000 em 2021) com predominância masculina de 65% (32.944). Ainda, 34% dos óbitos registrados pela doença ocorreram em indivíduos com idade entre 40 e 59 anos (16.930). A epilepsia (CID 10 – G40) contribui com 7,4% (44.754) da carga geral de doenças neurológicas no Brasil no período e 0,2% (3.650) do número total de mortes no país em 2021. Para os EUA, menores taxas e números notificados de óbitos por epilepsia foram registrados (0,64/100.000 [IC 95%: 0,55 – 0,73] e 44.136, respectivamente), embora igualmente observou-se aumento da mortalidade no período com 140,43% (0,47/100.000 em 2000 para 1,13/100.000 em 2021). No estudo molecular, identificamos 16 genes desregulados compartilhados em quatro estudos de amostras de tecido epiléptico. Sugere-se que estes genes estejam envolvidos na plasticidade sináptica, regulação de íons, inibição de dano oxidativo, neuroinflamação e proteção ou indução de neurotoxicidade. Com o TarBase, identificou-se 354 miRNAs que interagem com 795 genes em epilepsia, enquanto o miRTarBase identifica 633 miRNAs distintos interagindo com 1.606 genes diferentes. Para as interações com os 16 genes em comum, cinco miRNAs únicos foram identificados pelo TarBase e oito para o miRTarBase. Esses miRNAs são descritos como reguladores da resposta imune e inflamatória, apoptose neuronal, envolvidos na resistência a drogas e suscetibilidade a crises epilépticas. Conclusão: Homens e idade avançada são o grupo de maior risco para morte por epilepsia no Brasil e esta já ocupa a terceira posição entre as causas neurológicas que mais matam brasileiros. Embora em menores taxas, há uma tendência de crescimento da mortalidade no Brasil assim como também nos EUA, um país desenvolvido. Há necessidade de fortalecer a vigilância epidemiológica nacional, o controle e o melhor manejo da epilepsia no Brasil, com o enriquecimento dos sistemas de informação em saúde, cujos dados ainda possam estar sendo subnotificados. A análise de bioinformática realizada neste estudo, por outro lado, traz informações sobre genes e miRNAs envolvidos na epilepsia, bem como, possíveis mecanismos biológicos a serem explorados para uma melhor compreensão da doença. Aqui apresentamos 16 genes hub e miRNAs como hsa-miR-181a-5p, hsa-miR-193a-3p e hsa-miR-193b-3p, correlacionados com a patogênese e prognóstico da epilepsia, que podem contribuir com potenciais biomarcadores diagnósticos e prognósticos em estudos futuros.

Introduction: Epilepsy is a common chronic neurological disease that affects people across geographic, cultural, ethnic, age and gender diversity. Characterized by recurrent unprovoked seizures, it has a range of etiologies and its economic and social relevance has always aroused great interest. This variety of factors hinders the effective diagnosis and prognosis of the disease, whose mortality risk is higher than that of the general population. However, Brazil lacks updated surveys on mortality from the disease. Among the most common types of epilepsy, temporal lobe epilepsy is the most prone to pharmacoresistance and refractoriness, prompting research to identify new biomarkers. Epilepsy is still observed to be associated with other pathologies; however, the exact implications of these relationships remain unknown. Therefore, in addition to epidemiological data, there is a need for further molecular investigations of the underlying disease and its biological mechanisms. Objectives: This study aims to contribute to the updating of data on mortality from epilepsy in Brazil compared to other diseases and developed countries in the last two decades. Furthermore, we seek to identify potential genes and miRNAs involved in epilepsy through a systems biology approach. Methods: This research used entirely public and freely accessible data. Analyzes of mortality from epilepsy in Brazil were based on data collected from the Mortality Information System of the Ministry of Health (SIM/MS), the Department of Informatics of the Unified Health System (DATASUS) and the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE). US data were obtained from the Centers for Disease Control and Prevention (CDC Wonder). The period analyzed was from 2000 to 2021 and the variables gender and age group were used. Data were processed using Microsoft Office Excel 2010. Gene expression data from the Gene Expression Omnibus (GEO) were used to generate a list of genes and miRNAs associated with epilepsy. The TarBase and miRTarBase databases were also consulted in the identification of miRNAs, while the construction of the interaction network was based on the STRING and Cytoscape tools. Results: The mortality rate due to epilepsy in Brazil in the period from 2000 to 2021 was 1.17 deaths per 100,000 inhabitants (95% CI: 1.04 - 1.29), totaling 50,571 registered deaths, of which 11.33% (5,717) were due to status epilepticus (CID 10 – G41). There was a 1.19-fold increase in mortality (0.89/100,000 in 2000 to 1.95/100,000 in 2021) with a male predominance of 65% (32,944). Still, 34% of deaths recorded by the disease occurred in individuals aged between 40 and 59 years (16,930). Epilepsy (CID 10 – G40) contributes to 7.4% (44,754) of the general burden of neurological diseases in Brazil in the period and 0.2% (3,650) of the total number of deaths in the country in 2021. For the USA, lower rates and reported numbers of deaths from epilepsy were recorded (0.64/100,000 [95% CI: 0.55 – 0.73] and 44,136, respectively), although an increase in mortality was also observed in the period with 140.43% (0.47/100,000 in 2000 to 1.13/100,000 in 2021). In the molecular study, we identified 16 dysregulated genes shared in four studies of epileptic tissue samples. It is suggested that these genes are involved in synaptic plasticity, ion regulation, inhibition of oxidative damage, neuroinflammation and protection or induction of neurotoxicity. With TarBase, 354 miRNAs were identified that interact with 795 genes in epilepsy, while miRTarBase identified 633 distinct miRNAs interacting with 1,606 different genes. For interactions with the 16 genes in common, five unique miRNAs were identified by TarBase and eight by miRTarBase. These miRNAs are described as regulators of the immune and inflammatory response, neuronal apoptosis, involved in drug resistance and susceptibility to epileptic seizures. Conclusion: Men and advanced age are the group most at risk for death from epilepsy in Brazil and this already ranks third among the neurological causes that most kill Brazilians. Although at lower rates, there is an upward trend in mortality in Brazil as well as in the USA, a developed country. There is a need to strengthen national epidemiological surveillance, control and better management of epilepsy in Brazil, with the enrichment of health information systems, whose data may still be underreported. The bioinformatics analysis carried out in this study, on the other hand, brings information about genes and miRNAs involved in epilepsy, as well as possible biological mechanisms to be explored for a better understanding of the disease. Here we present 16 hub genes and miRNAs such as hsa-miR-181a-5p, hsa-miR-193a-3p and hsa-miR-193b-3p, correlated with the pathogenesis and prognosis of epilepsy, which may contribute with potential diagnostic and prognostic biomarkers in future studies.