A súlygyarapodás vagy -vesztés megváltoztatja az emberek molekuláris profilját

A Stanford Egyetem Orvostudományi Karának kutatói által vezetett tanulmány szerint az emberi test drámai változásokon megy keresztül, akár rövid súlygyarapodás és fogyás során is.

Amíg az emberek fontra pakolnak vagy leadják a túlsúlyt, jelentős változásokat mutatnak mikrobiomjukban, kardiovaszkuláris rendszerükben, immunrendszerükben és a génexpresszió szintjében.

A kutatók egy sor "omika" profilalkotási technikát integráltak, hogy rengeteg adatot gyűjtsenek, amelyek feltárják a vizsgálatban résztvevők genomiális, molekuláris, metabolikus és bakteriális összetételének egyedi részleteit. Az "Omics" egyenértékű a biológiai vizsgálati területek nevének "tanulmányozásával". Például a "genomika" nagyjából lefordítja a "gének tanulmányozását", a "proteomika" pedig a "fehérjék tanulmányozását".

A munkát leíró cikket január 17-én teszik közzé online a Cell Systems-ben. A vezető szerzők a Stanford posztdoktori tudósok, PhD Wenyu Zhou és Hannes Röst PhD; munkatárs Kévin Contrepois, PhD; és korábbi doktori tudós, Brian Piening, PhD. A vezető szerzőséget Michael Snyder, PhD, a Stanford genetikai professzora osztja; Tracey McLaughlin, MD, a Stanford orvostudományi professzora; és George Weinstock, PhD, a mikrobiális genomika professzora és igazgatója a Jackson Laboratóriumban, egy független, nonprofit biomedicina kutatóintézetben.

"A cél itt az volt, hogy jellemezzük, mi történik a súlygyarapodás és fogyás során olyan szinten, amelyet még soha senki sem tett" - mondta Snyder. "Azt is nagyon szerettük volna megtudni, hogy a prediabetikus emberek hogyan különbözhetnek a személyes omika profiljuk és a tömegingadozásra adott molekuláris válaszaik szempontjából."

Snyder és munkatársai azt tapasztalták, hogy az emberi test még mérsékelt - körülbelül 6 font - súlygyarapodás mellett is drámai módon megváltozott molekuláris szinten. A baktériumpopulációk morfondírozódtak, az immunválaszok és a gyulladás fellángoltak, és aktiválódtak a szívbetegséghez kapcsolódó molekuláris utak. De ezzel még nincs vége a történetnek. Amikor a vizsgálatban résztvevők elvesztették súlyukat, a test többi rendszerének nagy része újrakalibrálódott eredeti állapotukba - állapította meg a tanulmány.

Snyder laboratóriumának különös érdeke, hogy megértesse a mikroszkóp súlyának változását az inzulinrezisztens emberek körében, vagyis a glükózfeldolgozó képességük sérül, mert ez a 2-es típusú cukorbetegség gyakori előfutára. Ennek érdekében a tanulmány összehasonlította az inzulinrezisztens résztvevők kiindulási omikájának és az egészséges egyének különbségeit. A kutatók ezután két fő kérdést vizsgáltak: Hogyan befolyásolja a súlygyarapodás az omics profilokat? És mi történik, ha ez a súly elvész?

"Több milliárd mérés"

A vizsgálatban 23 résztvevő vett részt. Tizenhárom inzulinrezisztens volt, 10 pedig inzulinérzékeny, vagy képes volt normálisan feldolgozni az inzulint; testtömeg-indexük 25-35 kilogramm/négyzetméter volt. (A 25-es BMI a normál csúcsán van; a 40-nél nagyobb BMI nagyjából egyenlő a kóros elhízással). A kutatók összegyűjtötték az egyes személyek transzkripciójából származó információkat, a DNS-expresszió mintázatát feltáró molekulagyűjteményt; proteom, az a fehérjék teljes készlete, amelyeket az egyén aktívan termel; mikrobiom; és a genom.

"Végül szó szerint milliárdnyi mérést hajtottunk végre" - mondta Snyder, aki Stanford W. Ascherman, MD, FACS, a genetika professzora.

A vizsgálat elején Snyder és csapata figyelemre méltó különbségeket talált az inzulinrezisztens és az inzulinérzékeny csoportok között. A fehérjetermelés és a mikrobiális populációk közötti különbségek között Snyder egy nagy eltérést észlelt: A gyulladás molekuláris markereit csak az inzulinrezisztens résztvevők véráramában találták. A gyulladás ismert probléma a cukorbetegeknél, és az ilyen korai omikai profilalkotás, Snyder szerint, segíthet a gyulladással összefüggő molekulák megjelölésében azokban az emberekben, akik nem cukorbetegek, de veszélyeztetettek a betegségre.

"Ezekben az elemzésekben megvizsgáljuk az egyes molekulákat, amelyek változnak, majd kiterjesztjük őket az út szintjére" - mondta Snyder. Az "útvonal szintje" egyenértékű egy olyan rendszerrel, mint az immunrendszer vagy a szív- és érrendszer. "Tehát, ha találunk egy olyan molekulát, amely látszólag elüt, akkor megkérdezzük, hogy esik-e valamilyen nagyobb útra a testben."

Miután a kiindulási ponton különbségeket kerestek, a kutatók megváltoztatták a paramétereket. A résztvevők magas kalóriatartalmú étrendben részesültek, és 30 nap elteltével átlagosan 6 kilóra tapadtak. És a súlygyarapodás - bár mérsékelt volt - az omics profilok is eltolódtak. A gyulladásjelzők mind az inzulinrezisztens, mind az egészséges csoportokban emelkedtek. Inzulinérzékeny résztvevőknél az Akkermansia muciniphila nevű mikrobiális populáció lőtt fel, amelyről ismert, hogy véd az inzulinrezisztencia ellen. De talán a legszembetűnőbb változás a gén expressziójának elmozdulása volt, amely a dilatált kardiomiopátiának nevezett szívelégtelenség típusának fokozott kockázatával jár, amelyben a szív nem képes hatékonyan pumpálni a vért a test többi részébe - mondta Snyder.

"Ez meglehetősen meglepő volt. Nem számítottam arra, hogy a 30 napos túlevés megváltoztatja az egész szívpályát" - mondta. "De mindez megfelel az emberi testről alkotott véleményünknek - ez egy egész rendszer, nem csupán néhány elszigetelt alkotóelem, tehát rendszerszintű változások vannak, amikor az emberek híznak."

De Snyder azt mondta, hogy egyelőre ne izzadja meg az üdülést. van egy jó hír is: Miután a résztvevők csökkentették a túlsúlyt, mikrobáik, molekuláik és gén-expressziós szintjük nagyrészt visszaállt a normális szintjükre.

Omics az orvostudomány jövőjében

A fehérje- és molekulatermelésben a súlygyarapodáshoz kapcsolódó elmozdulások kis részhalmaza továbbra is fennmaradt, még azután is, hogy a résztvevők leadták a felesleges fontokat - állapította meg a tanulmány. Nincs elegendő bizonyíték a konkrét klinikai következtetések levonására, "de ez arra utal, hogy ezek a hatások némelyike hosszabb ideig tarthat" - mondta Snyder. Egy dolgot meg kell jegyezni - folytatta -, hogy bár voltak tendenciák az omika elmozdulásában, minden résztvevő sajátos omikai profiljában mutatott különös változásokat - ez a mély, integratív szekvenálás és az adatgyűjtés fontossága a diagnózis és betegek precíziós egészségügyi eszközökkel történő kezelése.

"A nagy adatok kritikusak lesznek az orvostudomány jövője szempontjából, és ilyen dolgok, mint ezek az integratív omikai profilok, meg fogják érteni, hogyan reagál az emberi test nagyon személyes módon a különböző kihívásokra" - mondta Snyder. "Úgy gondolom, hogy ez a jövőben az emberi egészség kezelésének kritikus része lesz."

A munka példa arra, hogy a Stanford Medicine a precíziós egészségre összpontosít, amelynek célja a betegségek előrejelzése és megelőzése az egészségesekben, valamint a betegek betegségének pontos diagnosztizálása és kezelése.