Μεταβολομική μια νέα Ιατρική επιστήμη


Αποκαθιστώντας την Αλήθεια

image

Ιστορία

Η ιδέα ότι τα βιολογικά υγρά αντανακλούν την υγεία ενός ατόμου υπάρχει από τα αρχαία χρόνια. Στην αρχαία Κίνα, γιατροί χρησιμοποιούσαν μυρμήγκια για την αξιολόγηση των επιπέδων γλυκόζης στα ούρα ασθενών επιτυγχάνοντας έτσι μια πρωτόγονη ανίχνευση του διαβήτη. Το Μεσαίωνα, “διαγράμματα ούρων” χρησιμοποιήθηκαν για να συνδέσουν χρώματα, γεύσεις και μυρωδιές ούρων με διάφορες παθολογικές καταστάσεις μεταβολικής προέλευσης.

Η ιδέα ότι ένα άτομο μπορεί να έχει ένα «μεταβολικό προφίλ» το οποίο αντικατοπτρίζεται στα βιολογικά υγρά του εισήχθη από τον Roger Williams στα τέλη της δεκαετίας του 1940, ο οποίος χρησιμοποίησε χρωματογραφία χάρτου για να προτείνει ότι χαρακτηριστικά μεταβολικά μοτίβα στα ούρα και στο σάλιο συνδέονται με ασθένειες όπως η σχιζοφρένεια. Ωστόσο, δεν ήταν παρά μόνο μέσω τεχνολογικών εξελίξεων στις δεκαετίες 60 και 70, που έγινε εφικτή η ποσοτική (σε αντίθεση με την ποιοτική ως τότε) μέτρηση του μεταβολικού προφίλ. Ο όρος μάλιστα «μεταβολικό προφίλ» εισήχθη από τους Horning, et al. το 1971 αφού απέδειξαν ότι η χρήση αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρία μάζας (GC-MS) μπορεί να μετρήσει ενώσεις που υπάρχουν στα ανθρώπινα ούρα και ιστούς. Η ομάδα του Horning, μαζί με εκείνη του Linus Pauling και του Arthur B. Robinson ήταν οι κύριες ομάδες που ανέπτυξαν μεθόδους GC-MS για την παρακολούθηση των μεταβολιτών στα ούρα κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970.

Ορισμός

O όρος «Μεταβολισμός» σαν γενικός βιοχημικός όρος αναφέρεται στο σύνολο όλων των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στους ζωντανούς οργανισμούς συμπεριλαμβανομένης και της πέψης και της μεταφοράς ουσιών μεταξύ κυττάρων. Οι τρεις βασικοί στόχοι του μεταβολισμού είναι η μετατροπή της τροφής σε ενέργεια, η μετατροπή της τροφής σε δομικά συστατικά πρωτεϊνών, λιπιδίων, νουκλεϊκών οξέων και υδατανθράκων και η απομάκρυνση των αζωτούχων αποβλήτων. Οι χημικές αντιδράσεις αυτές (που για να λάβουν χώρα χρειάζονται την βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών που λέγονται ένζυμα) επιτρέπουν στους οργανισμούς να αναπτυχθούν, να διατηρούν την δομική τους ακεραιότητα και να ανταποκρίνονται στο περιβάλλον τους.

Οι χημικές αντιδράσεις αυτές ομαδοποιούνται σε μεταβολικά μονοπάτια (ή μεταβολικές οδούς) όπου μία χημική ουσία μετατρέπεται μέσω μιας σειράς χημικών βημάτων σε μία άλλη (πάντα με την βοήθεια των ενζύμων). Τα χημικά βήματα αυτά παράγουν ενδιάμεσες χημικές ουσίες όπου και αυτές παίζουν ποικίλους ρόλους στην βιοχημεία του οργανισμού. Οι ενδιάμεσες αυτές χημικές ουσίες λέγονται μεταβολίτες (συνήθως μικρο-μόρια) και η μέτρησή τους μπορεί να μας δώσει με μεγάλη ακρίβεια πληροφορίες για την συγκεκριμένη μεταβολική οδό στην οποία εμπλέκονται.

Διάγραμμα σχέσης γονιδίων, mRNA, πρωτεϊνών και μεταβολιτών

Οι πληροφορίες από την μέτρηση των μεταβολιτών είναι συχνά πιο σημαντικές από την μέτρηση μιας αρχικής ή τελικής χημικής ουσίας γιατί μας δίνουν πληροφορίες για το κατά πόσο μια βιοχημική οδός λαμβάνει χώρα και επίσης πόσο αποδοτική είναι. Για παράδειγμα η μέτρηση του στοιχειακού μαγνησίου στο αίμα μας δίνει πληροφορίες για την ποσότητα του στοιχείου αυτού αλλά δεν μας “λέει” αν το στοιχείο όντως χρησιμοποιείται από τις διάφορες χημικές διεργασίες που το χρειάζονται (είναι δηλαδή βιοδιαθέσιμο).

Συνοπτικά αποτελέσματα εξέτασης Μεταβολικής Ανάλυσης

Η μελέτη όλων των βιοχημικών αντιδράσεων που εμπλέκουν μεταβολίτες είναι το αντικείμενο μιας νέας επιστήμης που λέγεται Μεταβολομική. Πιο αυστηρά η Μεταβολομική είναι η συστηματική μελέτη όλων των χημικών αποτυπωμάτων που αφήνουν πίσω τους οι διάφορες κυτταρικές διεργασίες, η μελέτη δηλαδή του προφίλ των κυτταρικών μικρο-μοριακών μεταβολιτών τους.

Κλινικές Εφαρμογές

Η Μεταβολομική έχει σημαντικές δυνατότητες σε ένα κλινικό περιβάλλον. Όπως πρόσφατα παρατήρησαν σε δημοσίευσή τους οι Nordström & Lewensohn, μια από τις κύριες δυνατότητες της μεταβολομικής είναι η ικανότητά της να ανιχνεύει προληπτικούς, διαγνωστικούς ή προγνωστικούς βιοδείκτες.
Ένας προληπτικός (ή πρόδρομος) βιοδείκτης δεικνύει μεταβολές πριν από την δημιουργία της βλάβης (λόγω τοξικότητας ενός φαρμάκου ή εξέλιξης μιας νόσου). Ένας διαγνωστικός βιοδείκτης εμφανίζει τις βλάβες σε πραγματικό χρόνο ενώ ένας προγνωστικός προβλέπει την μακροχρόνια εξέλιξη ενός ασθενούς.
Είναι προφανές πως ο συνδυασμός και των τριών είναι ο βέλτιστος συνδυασμός για την διαχείριση της ό,ποιας διαταραχής.
Μάλιστα, λόγω του ότι η βιοχημεία και το γενετικό υπόβαθρο κάθε οργανισμού ΔΕΝ είναι το ίδιο, το ίδιο συμβαίνει και με την εξέλιξη των βιοχημικών μονοπατιών που λαμβάνουν χώρα μέσα σε αυτόν. Η μελέτη, λοιπόν, των μεταβολιτών ανοίγει τον δρόμο πραγματικά για την προσοπωποιημένη/εξατομικευμένη (γνωστή και ως Λειτουργική) Ιατρική κατά την οποία η θεραπευτική προσέγγιση δεν καθορίζεται από την ασθένεια αλλά από τον ασθενή.

Σε πρακτικό επίπεδο μερικές από τις ήδη υπάρχουσες εφαρμογές της μεταβολομικής είναι:

Καρδιαγγειακές νόσοι

Διάγραμμα φυσιολογικής και αποφραγμένης στεφανιαίας αρτηρίαςΗ εφαρμογή της λιπιδομικής (lipidomics), ενός εξειδικευμένου πεδίου της μεταβολομικής που εστιάζει στις μεταβολές των λιπιδικών βιοδεικτών έχει σημαντικές εφαρμογές στην διαχείριση καρδιαγγειακών νόσων. Οι εφαρμογές αφορούν τόσο στην εύρεση διαγνωστικών βιοδεικτών (για παράδειγμα στην αθηροσκλήρυνση) όσο και στην αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας και ασφάλειας νέων φαρμάκων.

Για παράδειγμα η ανίχνευση λιπαρών οξέων δίνει πληροφορίες για την ύπαρξη και διαχείριση κάποιων ορμονών, ρύθμιση συγκεκριμένων τύπων φλεγμονής, τη συστολή και διαστολή των λείων μυών, κ.α. Η ισορροπία τους είναι σημαντική για την υγεία των εγκύων γυναικών και των παιδιών τους καθώς η ανάπτυξη του εγκεφάλου και του νευρικού συστήματος των νεογνών απαιτεί μεγάλες ποσότητες απαραίτητων λιπαρών οξέων που προέρχονται από τη μητέρα. Ανισορροπία τους από την άλλη μεριά συνδέεται σε πολλές ασθένειες όπως καρδιοπάθειες, υπέρταση, αντίσταση στην ινσουλίνη και διαβήτη, άσθμα, πόνος κατά την έμμηνο ρύση, κατάθλιψη, διαταραχές στη συγκέντρωση και ADHD, άνοια, μεταγεννητική κατάθλιψη κ.ά.

Ρευματοειδής αρθρίτιδα

Απεικόνιση χεριού με ρευματοειδή αρθρίτιδαΗ ρευματοειδής αρθρίτιδα είναι μια συστημική ασθένεια που σχετίζεται με αλλαγές σε πολλούς μεταβολίτες, πρωτεΐνες και γονίδια και περιλαμβάνει πολλαπλές μεταβολικές οδούς. Οι κυριότερες οδοί αφορούν τον μεταβολισμό της ενέργειας, το μεταβολισμό των αμινοξέων και τον μεταβολισμό δραστικών μορφών οξυγόνου (Reactive Oxygen Species, ROS). Μελέτη των μεταβολιτών αυτών είναι σε θέση να περιγράψει τη φλεγμονώδη διαδικασία που λαμβάνει χώρα στην ασθένεια.

Η μελέτη των μεταβολιτών αυτών είναι επίσης σε θέση να διαιρέσει τους ασθενείς σε δύο υποτύπους δανεισμένους από την Παραδοσιακή Κινεζική Ιατρική!: Υποτύπους Κρύου (αυξημένη λευκίνη – μάλλον προϊόν σύνθεσης πρωτεΐνης και φλεγμονής) και Ζέστης (αυξημένη ουρία, προλίνη και οξο-προλίνη – μάλλον παραπροϊόντα διάσπασης κολλαγόνου). Οι φαινότυποι κρύου και ζέστης είναι γενικές έννοιες της κινεζικής ιατρικής στις οποίες το κρύο χαρακτηρίζεται από συμπτώματα που περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται σε, δυσανεξία στο κρύο και απουσία δίψα ενώ η ζέστη χαρακτηρίζεται μεταξύ άλλων από ερύθημα προσώπου, πυρετό και δίψα. Σημαντική θέση στους μεταβολίτες κατέχουν οι ακυλοκαρνιτίνες ούρων.

Διαβήτης

Φωτογραφία με γυναικείο χέρι που μετρά τα επίπεδα γλυκόζης της

Στις μέρες μας δυστυχώς πολλοί ενήλικες είναι σε κίνδυνο για την ανάπτυξη διαβήτη, κυρίως τύπου 2, κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Η ασθένεια αυτή μπορεί να είναι εξαιρετικά δαπανηρή από θεραπευτική σκοπιά, αλλά και εξαιρετικά προβληματική για τη γενικότερη υγείας του ασθενούς. Σε βάθος χρόνου, η μη σωστή διαχείριση της γλυκόζης μπορεί να προκαλέσει σοβαρές επιπλοκές συμπεριλαμβανομένης της τύφλωσης, νεφρικής ανεπάρκειας, ποικίλων νοητικών διαταραχών, εγκεφαλικού επεισοδίου, ακρωτηριασμών και άλλων. Ως εκ τούτου, η έγκαιρη διάγνωση και η επιλογή της κατάλληλης θεραπείας είναι κρίσιμη.
Μελέτη μεταβολικών βιοδεικτών είναι πιθανώς σε θέση να προβλέψει την ανάπτυξη διαβήτη ίσως ως και 12 έτη πριν. Επίσης η μελέτη του νικοτινουρικού οξέος μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό προληπτικό δρόμο για την εξέλιξη σε διαβήτη του μεταβολικού συνδρόμου. Κρίσιμοι μεταβολίτες στην πρόβλεψη της διαταραχής φαίνεται να είναι τα αμινοξέα διακλαδισμένης αλυσίδας και τα παράγωγά τους, αρωματικά αμινοξέα και α-υδροξυβουτυρικό όπως επίσης και τα επίπεδα γλυκίνης και λυσοφωσφατιδυλοχολίνης.

Εφαρμογές στην Παιδιατρική

Η Μεταβολομική έχει χρησιμοποιηθεί από καιρό για τη διάγνωση γενετικών προβλημάτων του μεταβολισμού. Τεχνικές φασματομετρίας μάζας έχουν χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση διαταραχών του μεταβολισμού του προπιονικού οξέος (μεθυλομηλονικής οξυαιμίας και προπιονικής οξυαιμίας). Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην διάκριση ασθματικών παιδιών και μάλιστα στο διαχωρισμό υποτύπων αυτών, όπως επίσης και στη διάκριση διαφορετικών βαθμών φλεγμονής στην κυστική ίνωση. Οι εφαρμογές της στην παιδιατρική είναι πραγματικά ευρείες και περιλαμβάνουν έγκαιρη διάγνωση του διαβήτη, έγκαιρη διάγνωση βλάβης οργάνων μετά από επεμβάσεις κ.α.

Φωτογραφία υγιούς εγκεφάλου και τμήματος με σοβαρό Alzheimer's

Νόσος του Alzheimer

Η Νόσος του Alzheimer (AD) είναι μια εξαιρετικά πολύπλοκη διαταραχή που ΔΕΝ έχει προς το παρόν βιοδείκτες διάγνωσης. Η οριστική διάγνωση γίνεται μόνο μετά θάνατον. Η AD γενικά θεωρείται σποραδική, αν και υπάρχουν περιπτώσεις οικογενούς AD που μπορούν να χωριστούν σε πρώιμη και όψιμη έναρξη της νόσου με την πρώιμη έναρξη να υποδιαιρείται περαιτέρω σε τρεις υποτύπους ανάλογα με τους υποκείμενους γενετικούς μηχανισμούς. Η Μεταβολομική φαίνεται να έχει τη δυνατότητα να εντοπίσει βιοδείκτες που μπορούν να διαγνώσουν όχι μόνο την ασθένεια συνολικά, αλλά και τους τρεις διαφορετικούς υποτύπους της. Αν και οι υπάρχουσες μελέτες είναι στα σπάργανα, φαίνεται πως ανίχνευση των επιπέδων του Ν-ακετυλοασπαρτικού οξέος (Ν-acetylaspartate ή ΝΑΑ), του γλουταμικού και της γλουταθειόνης καθώς επίσης και της μυοϊνοσιτόλης είναι οι περισσότερο υποσχόμενη μεθοδολογία.

Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια

Η χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ) είναι μια κύρια αιτία χρόνιας ανικανότητας και θνησιμότητας παγκοσμίως. Χαρακτηρίζεται από χρόνιο περιορισμό της ροής του αέρα. Η ανίχνευση επιπέδων συγκεκριμένων μεταβολιτών (κυρίως Τριγωνελλίνης, Ιππουρικού και Μυρμηγκικού) φαίνεται ότι μπορεί να προσδιορίσει σε μεταβολικό επίπεδο την πνευμονική λειτουργία ανοίγοντας έτσι νέους δρόμους για την πρόληψη και διάγνωση της ασθένειας.

Καρκίνος

Σχηματική απεικόνιση ζωής ενός καρκινικού κυττάρουΜία σημαντική προσπάθεια της Μεταβολομικής υπήρξε προς την ταυτοποίηση νέων και πρώιμων βιοδεικτών του καρκίνου, ιδιαίτερα εκείνων των τύπων που γενικά διαγιγνώσκονται σε προχωρημένα στάδια. Σε ένα πρόσφατο παράδειγμα, αξιολογήθηκε η κλινική έκβαση μετά τη διάγνωση σε ασθενείς με καρκίνο του μαστού, από την άποψη της χρήσης γαλακτικού οξέος και κετονών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση του οξειδωτικού μιτοχονδριακού μεταβολισμού σε καρκινικά κύτταρα σχετίζεται με κακή έκβαση, συμπεριλαμβανομένης της αυξημένης πιθανότητας επανεμφάνισης του όγκου και μεταστάσεων. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν ότι το γαλακτικό και οι κετόνες θα μπορούσαν να αποτελέσουν προγνωστικούς δείκτες, αλλά το πιο σημαντικό, ότι η στόχευση του οξειδωτικού μιτοχονδριακού μεταβολισμού με τους κατάλληλους αντιμεταβολίτες θα μπορούσε να μεταβάλει την κλινική έκβαση.

Άλλες μελέτες εστιάζονται στην εύρεση μεταβολικών «υπογραφών» για την έγκαιρη ανίχνευση της εξατομικευμένης αποτελεσματικότητας χημειοθεραπευτικών ουσιών, ιδιαίτερα αυτών που εμφανίζουν αυξημένη τοξικότητα. Οι εν λόγω μελέτες είναι σε αρχικά στάδια και γίνονται κυρίως σε ζωικά μοντέλα αλλά εμφανίζουν πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα.

Εξετάσεις Μεταβολομικής

Βάσει των διεθνώς αναγνωρισμένων ορισμών που δώσαμε πιο πάνω θα πρέπει να ξεκαθαρίσουμε ποιές βιοχημικές εξετάσεις ανήκουν στο πεδίο της Μεταβολομικής και ποιες όχι. Για παράδειγμα η μέτρηση της καλπροτεκτίνης στα κόπρανα είναι μια εξαιρετική μέτρηση για την ανίχνευση επιπέδων φλεγμονής στο γαστρεντερικό και για τη διαφοροδιάγνωση φλεγμονωδών νόσων του εντέρου αλλά ΔΕΝ είναι μεταβολική εξέταση. Επίσης η χαρτογράφηση της εντερικής χλωρίδας με μοριακές μεθόδους (16sRNA) ή μη είναι μια πολύ χρήσιμη εξέταση ανίχνευσης της ισορροπίας του εντερικού μικροβιώματος αλλά και πάλι ΔΕΝ είναι μεταβολική εξέταση.

PEEGEE  http://nutrilabs.gr/

Advertisements

About sooteris kyritsis

Job title: (f)PHELLOW OF SOPHIA Profession: RESEARCHER Company: ANTHROOPISMOS Favorite quote: "ITS TIME FOR KOSMOPOLITANS(=HELLINES) TO FLY IN SPACE." Interested in: Activity Partners, Friends Fashion: Classic Humor: Friendly Places lived: EN THE HIGHLANDS OF KOSMOS THROUGH THE DARKNESS OF AMENTHE
This entry was posted in Health and wellness and tagged , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s