Виявлено нові маркери захворювань

Резюме. При метаболічному профілювання хронічного неспецифічного запалення

Запалення є відповіддю організму на різного роду ушкодження і пов'язане з активацією певних молекулярних механізмів. На додаток до локалізованих проявів запалення безпосередньо в місці впливу (почервоніння, припухлість, набряк, біль, порушення функції органу або тканини, локальна гіпертермія), в залежності від ступеня або специфіки пошкодження можуть розвиватися і системні реакції.

Відзначається, що як місцевий, так і системна запальна відповідь, ініційований запальним процесом, вказують на дисбаланс в метаболізмі в порушених тканинах. Порушення метаболізму в місці пошкодження обумовлено локальним збільшенням кількості імунних клітин і їх різноманітними метаболічними потребами, які відрізняються від потреб інших клітин в місці запалення.

Вважається, що хронічне запалення є невід'ємною частиною розвитку серйозних системних захворювань, таких як цукровий діабет 2-го типу, серцево-судинні захворювання , Шлунково-кишкові розлади, ревматоїдний артрит та ін. Існує ряд різних запальних маркерів, які мають важливе клінічне значення, включаючи високочутливий С-реактивний білок, кількість лейкоцитів і фібриноген в крові.

Високочутливий С-реактивний білок і фібриноген є білки гострої фази запалення, які секретуються печінкою і синтез яких посилюється під впливом прозапальних цитокінів, наприклад інтерлейкіну-6, який синтезується активованими макрофагами і Т-клітинами.

Слід розуміти, що пошкодження тканини може мати різне походження, а підвищення рівня маркерів запалення відображає лише загальний запальний відповідь, а не відноситься безпосередньо до конкретної причини пошкодження. Наприклад, в ході досліджень продемонстровано, що підвищення рівня лейкоцитів в крові відзначається не тільки під час інфекційного захворювання, але і при кардіоваскулярної патології , Цукровому діабеті 2-го типу, метаболічному синдромі та ін.

З огляду на тісний зв'язок хронічного запалення з багатьма захворюваннями і його тягар як для пацієнта, так і системи охорони здоров'я, вчені вважають, що поліпшення розуміння метаболічних наслідків хронічних неспецифічних запальних процесів є нагальною потребою. Відповідним інструментом для цієї мети є метаболічна профілювання, оскільки воно дозволяє досліджувати широкий спектр різних молекул (метаболітів) в певних біологічних рідинах.

Отже, аналіз цих метаболітів по відношенню до запальних маркерів, таким як високочутливий С-реактивний білок, кількість лейкоцитів або фібриноген в крові, може дозволити ідентифікувати зміни на молекулярному рівні і тим самим більш точно охарактеризувати субклінічне запальний стан.

У попередніх дослідженнях вже були ідентифіковані метаболіти, такі як жирні кислоти, арахідонова кислота, пальмітат, різні лізофосфатіділхоліна, метаболіти пуринового обміну і амінокислоти, пов'язані із запальними процесами у пацієнтів з ожирінням, на цукровий діабет 2-го типу або їх ускладненнями.

Виходячи з цього вчені Німеччини провели дослідження метаболома плазми крові і сечі, пов'язаного зі змінами рівнів високочутливого С-реактивного білка, кількості лейкоцитів або фібриногену у учасників дослідження без цукрового діабету з метою поліпшення розуміння пов'язаного з метаболізмом запалення. Результати цієї роботи опубліковані 30 листопада 2017 року в журналі «BMC Medicine».

У дослідженні взяли участь 925 осіб. Метаболоміческіе дані плазми крові і сечі отримані з використанням мас-спектрометрії та ядерно-магнітно-резонансної спектроскопії. Також в аналізі враховували статус куріння і вживання алкоголю, вік, стать, фізичну активність, антропометричні дані, рівні глюкози, аланінамінотрансферази і тригліцеридів в крові, швидкість клубочкової фільтрації та ін.

Відзначається, що середній вік учасників склав 50 років. Представники чоловічої когорти найчастіше ніколи не курили, мали бо`льшую окружність талії, більш високі рівні глюкози і тригліцеридів в крові, а також розрахункову швидкість клубочкової фільтрації, тоді як рівні холестерину в крові виявилися трохи нижче, ніж у жінок. Що стосується запальних маркерів, то в кількості лейкоцитів відмінностей між когортами не виявлено, тоді як рівні фібриногену і високочутливого С-реактивного білка в крові були нижче у чоловіків, ніж у жінок.

Високочутливий С-реактивний білок, кількість лейкоцитів і фібриноген показали значні асоціації з 71; 20 і 19 з 613 плазмових метаболітів відповідно, причому жоден з метаболітів не має був загальним для всіх трьох змінних. При цьому метаболіти брадикинина, биливердин, гамма-глутамілметіонін, сфингомиелин C24: 1 (C24: 1 - це сума ацильних залишків - Прим. Ред.), Амінокислоти глутамін, гліцин і серин, а також деякі неідентифіковані хімічні сполуки асоціювалися з двома змінними.

Виявлено безліч унікальних асоціацій з високочутливим С-реактивним білком. Пряма взаємозв'язок виявлена ​​за валіном, піпеколатом, ацилкарнітину, довголанцюгових жирними кислотами, сфінгоміеліна, діацілфосфатіділхоліном, рівнями кортизолу та іншими, а виражена зворотний зв'язок - з елементами циклу сечовини (цикл Кребса) і деякими лізофосфатіділхоліна, що містять полі-і ненасичені жирні кислоти.

Найбільш значущими відкриттями, унікальними для кількості лейкоцитів, стали асоціації з лактатом, пируватом, сфингозин і гексадеканедіоатом, а для фібриногену - прямий взаємозв'язок з прегнанедіол-3-глюкуронідом плазми крові і зворотна - з фосфатидилхоліну.

Загалом асоціації високочутливого С-реактивного білка, кількості лейкоцитів і фібриногену з метаболітами сечі були менш частими знахідками в порівнянні з плазмою крові і показали статистично значущу взаємозв'язок з 22; 3 і 16 з 587 метаболітів сечі відповідно. Прямий зв'язок з дисахаридом 3'-сіаліллактозой була спільною для всіх досліджених ознак, і більш того, це найбільш виражена асоціація в рамках цього дослідження.

Подібно плазмі крові, високочутливий С-реактивний білок продемонстрував найбільшу кількість унікальних асоціацій, включаючи прямий зв'язок з гомоцітрулліном, таурохолатсульфатом і декількома невідомими сполуками, а також зворотний - з гліцином, 2-амінооктаноатом, гліцілпроліном і 7-метілгуаніном. Унікальні асоціації з фібриногеном включали 3-уреідопропіонат, гексаноілгліцін, 5-альфа-прегнан-3-бета, 20-альфа-діолдісульфат, о-крезолу сульфат і ксенобіотики 3-етілфенілсульфат і N-оксиду котинін.

З огляду на велику кількість виявлених асоціацій, дослідники вирішили виділити найбільш прогностично і статистично значущі змінні. У цьому підході, згідно із заявою авторів, чітко підкреслюється важливість п'яти метаболітів, що складаються з трьох метаболітів плазми крові (лізофосфатіділхоліна 18: 2, аденозин-5'-фосфат і глутамат), а також двох метаболітів сечі (C-маннозілтріптофан і 3'-сіаліллактоза ).

Однією із загальних рис високочутливого С-реактивного білка і фібриногену, що вказують на наявність неспецифічного запалення, є збільшення кількості метаболітів брадикинина в плазмі крові. Брадикинин діє як вазоактивний пептидний гормон за допомогою зв'язування з рецепторами брадикинина (B1 і B2) в ендотелії судин і призводить до розвитку деяких класичних симптомів запалення, а саме набряку і почервоніння. Однак варто зазначити, що підвищення проникності стінки судин і гладеньком'язового тонусу є лише двома з декількох механізмів дії брадикініну.

Є суперечливі повідомлення про взаємозв'язок брадикинина з серцево-судинною системою. Крім того, утворення брадикініну призводить до вивільнення різних цитокінів, наприклад інтерлейкіну-6 , Який додатково активує вроджену імунну систему і, таким чином, призводить до вивільнення С-реактивного білка з печінки.

Говорячи про асоціації з піпеколатом, автори відзначають, що навіть мікробіота здатна продукувати його при прийомі лізину в якості субстрату, а дисбактеріоз є відмінною рисою багатьох запальних захворювань. У зв'язку з цим необхідні подальші дослідження, щоб більш детально вивчити зв'язок між рівнями піпеколата в плазмі крові і складом мікробіоти кишечника .

Автори відзначають, що глутамін здатний ефективно протидіяти запаленню. Цей висновок узгоджується з виявленою зворотним зв'язком між ним і рівнями високочутливого С-реактивного білка в цьому дослідженні. Відомо, що глутамін як попередник глутатіону відіграє вирішальну роль в запобіганні окисного пошкодження в організмі людини, а також робить позитивний вплив на підтримання гастроинтестинального бар'єру і ендотеліальну функцію стінок кровоносних судин. Це узгоджується з результатами іншого інтервенційного дослідження серед жінок похилого віку, яке показало, що 6-місячний прийом амінокислот, включаючи глутамин, значно знижує рівень високочутливого С-реактивного білка в крові і, отже, має потенційні позитивні ефекти.

На додаток до своєї ролі попередника глутатіону глутамин бере участь в метаболізмі аргініну, який являє собою амінокислоту циклу Кребса і, як виявлено в цьому дослідженні, назад пов'язаний з рівнем високочутливого С-реактивного білка в крові. Попередні дослідження показали імуномодулюючий ефект і протизапальні властивості аргініну. Цікаво, що під час фази відновлення та зменшення проявів запалення спостерігається підвищення рівня аргініну і цитруллина в крові. Крім того, в результатах іншого дослідження зазначено, що серед критично хворих пацієнтів низькі рівні цитруллина в плазмі крові пов'язані з низькими рівнями аргініну і глутаміну, а також з підвищеними рівнями високочутливого С-реактивного білка. Навіть якщо основні механізми дії глутаміну ще не до кінця вивчені, можна припустити, що він грає вкрай важливу роль в запальних процесах.

Лізофосфатіділхоліна вважають прозапальних агентами, що мають безпосереднє відношення як до гострого, так і до хронічного запалення, а також атеросклерозу, і, як передбачається, вони пов'язані із запальними захворюваннями, наприклад з ревматоїдним артритом. Цікаво, що популяційні дослідження виявили зворотні асоціацію між лізофосфатіділхоліна 18: 1 і 18: 2 і ризиком розвитку цукрового діабету 2-го типу і на ішемічну хворобу серця. З огляду на, що хронічне запальне стан є характерною ознакою таких захворювань, виявлення зворотного зв'язку з високочутливим С-реактивним білком в рамках цього дослідження додатково доводить функціональне значення лізофосфатіділхоліна як медіаторів між запаленням і пов'язаними з ним захворюваннями.

Метаболіт 3'-сіаліллактоза в сечі показав найсильнішу позитивний зв'язок з усіма дослідженими змінними. 3'-Сіаліллактоза, яка складається з сіалова кислоти (N-ацетілнейраміновой кислоти) і лактози, відноситься до групи олігосахаридів, які зазвичай є компонентами грудного молока і демонструють протекційні, а також імуномодулюючі ефекти щодо новонароджених .

Примітно, в цьому дослідженні рівні сіалова кислоти в сечі також підвищувалися при запальних станах, особливо відповідно до рівнів фібриногену і в деякій мірі високочутливого С-реактивного білка. Більш того, в іншому дослідженні автори продемонстрували прямий зв'язок між сиаловой кислотою і високочутливим С-реактивним білком у пацієнтів з серцевою недостатністю і навіть запропонували їх як надійних маркерів системного запалення у пацієнтів з хронічною серцевою недостатністю.

Сіалова кислота, мабуть, є протизапальним маркером не тільки в разі хронічної серцевої недостатності, але також і при інших патологічних станах, таких як тромбоз глибоких вен, цукровий діабет 2-го типу і пов'язана з ним діабетична нефропатія .

Однак парадоксальним є розбіжність з вищезазначеним захисним і імуномодулюючий ефект 3'-сіаліллактози у новонароджених. Можливо, імуномодулюючі та протизапальні ефекти 3'-сіаліллактози проявляються тільки у новонароджених, чия імунна система все ще розвивається, тоді як до дорослого віку, мабуть, досягається абсолютно протилежний ефект. Ця ситуація повинна бути додатково досліджена за допомогою інтервенційних досліджень, заявляють автори.

В цілому метаболоміка є досить молодою галуззю науки, що має досить багато прогалин в знаннях. Тому ключові метаболіти, обговорювані і представлені в рамках цього дослідження, є цінними цілями майбутніх подібних робіт для поліпшення діагностики та лікування пацієнтів з запальними захворюваннями. Більш того, ці метаболіти можуть також пояснювати молекулярні зв'язки між неспецифічним запальним станом і метаболічними захворюваннями , Оскільки подібні молекули все частіше визнаються в якості медіаторів при прогресуванні різних захворювань.

Однак слід зазначити, що через моделі даного дослідження можна зробити висновок про причинності виявлених асоціацій. Автори вважають, що необхідно проводити подібні роботи і щодо інших встановлених запальних маркерів, таких як інтерлейкін-6 або фактор некрозу пухлини-α. Оскільки даний дослідження стосувалося, зокрема, неспецифічного запального стану, необхідні подальші дослідження в когортах пацієнтів із запальними захворюваннями, наприклад артритом або хронічним панкреатитом, для оцінки клінічної користі представлених метаболічних маркерів запалення.

На закінчення автори прийшли до висновків, що в рамках першого в своєму роді дослідження метаболічного профілю мабуть здорового населення в цілому щодо його взаємозв'язку з трьома клінічно значущими представниками запальних показників виявлена ​​велика картина різних пов'язаних метаболітів плазми крові і сечі, в тому числі і класичних маркерів запалення, наприклад системи брадикинина.

Важливо відзначити, що дослідники змогли описати нові метаболіти, які ще не були досліджені щодо їх зв'язку із запаленням, такі як 3'-сіаліллактоза. Вони можуть виявитися потенційно важливими новими неінвазивними біомаркерами для виявлення неспецифічних запальних процесів в клінічній практиці.

• Pietzner M., Kaul A., Henning AK et al. (2017) Comprehensive metabolic profiling of chronic low-grade inflammation among generally healthy individuals. BMC Med., 15 (1): 210.

Олег Мартишін