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12-132018

NASH和NAFLD的代谢组学研究

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非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD))是一种脂肪在肝脏中积聚的疾病,影响全球约25%的成年人口,是世界上最常见的慢性肝病。NAFLD包括一系列疾病,从最基本的脂肪变性,到非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝硬化(cirrhosis)、再到程度更深的肝细胞癌(hepatocellular carcinoma)。随着疾病的进展,肝脏脂质积聚伴随着过度的炎症和氧化应激,最终可以检测到肝纤维化,一种用于NASH疾病分期的临床主要风险预测因子

 

据估计,美国有60%至80%的肥胖人口患有脂肪肝。目前,NASH和NAFLD还没有得到美国FDA批准的有效治疗方法,因而肝脏活检是现阶段疾病诊断的“金标准”,而治疗该疾病的唯一方法是肝移植。诊断和治疗选择都受到严重的限制。


 

代谢物检测对于评估健康、理解组织功能变化以及针对个人当前健康状况的及时反馈都有帮助。而代谢功能失调正是NASH/NAFLD的核心,这其中包括脂质代谢、胆固醇代谢、炎症反应、氧化应激状态和线粒体功能,这些都能够通过代谢物筛查实验来进一步评估。

 

在近期的一次webinar中,Metabolon的高级研发主管Kari Wong博士分享了针对NASH和NAFLD的代谢组学研究,讲述了如何“通过人群队列的研究使我们能够将疾病代谢的特征与临床前构建的模型进行比较,这对于识别疾病生物标记物,甚至是发病机制和产生原因都很有帮助。”

 


研究NASH的障碍

一系列不明确的风险因子与复杂的多分子代谢途径,都可能与NASH的发展进展有关。这些风险因素包括外部输入,如饮食习惯(如高胆固醇、高果糖、高碳水化合物摄入)、生活方式和环境因素,以及诸如遗传因素(包括PNPLA3、KLF6等SNPs)、性别、家族史和种族。所涉及的分子途径包括脂质代谢紊乱、氧化应激改变、微生物代谢改变和炎症反应等。

 

其他障碍包括缺乏可靠的筛选单或多基因或饮食变量而组成的临床前模型。这些模型如何向临床的转化也是个问题。

 

  

作为代谢组学领域的全球领导者——Metabolon公司利用其专有的Precision MetabolomicsTM精准代谢组学)技术,能够从一个生物样本中筛选出数千种代谢物,为探究疾病机理提供了一种更全面的方法。通过Gilead Sciences公司应用(Metabolon的)代谢组学平台建立NASH-乙酰辅酶A羧化酶抑制剂的动物模型实验这一案例,我们可以更好地了解到该技术的实用性。



代谢组学与Gilead 的NASH 动物研究模型

Gilead Sciences公司通过代谢组学为NASH的临床前研究提供了一个很好的切入口。科学家们使用两种不同的小鼠模型,分别研究脂肪变性和肝纤维化,以达到了解疾病机制以及可能的候选治疗方法的目的。

 

在这次的webinar上,Gilead Sciences公司的研究科学家Jamie Bates博士分享道,“我们临床前研究的策略是评估这两种动物模型和疾病发生的相关机制,并通过代谢组学和转录学更好地理解这之间的作用机制。”

 

这次临床前研究的特点是将快餐饮食喂养(Fast Food Diet: FFD)的小鼠模型,用肝靶向的乙酰辅酶A羧化酶抑制剂(Acetyl CoA Carboxylase Inhibitor: ACCi,是新生脂肪形成(De Novo Lipogenesis: DNL)过程中的一种必要的酶)治疗5至6个月。对照组喂正常(瘦肉)饲料且年龄匹配的小鼠。



实验总结:

1. 在NASH小鼠的FFD模型中,肝靶向的ACCi减少了肝性脂肪变性

2. ACCi能使DNL相关标志物棕榈油酸酯(Palmitoleate)的水平降低,并同时提高脂肪酸氧化产物β-羟基丁酸的水平

3. 由于FFD而升高的肝性脂肪种类(TAGs,DAGs,胆固醇和神经酰胺)可被ACCi干预并有大幅降低,

4. 由于ACCi引起的脂质水平变化与改善氧化压力和线粒体功能的标志物同时出现

5. 肝内胆汁酸(胆酸和牛磺胆酸)的生成亦能被ACCi抑制


总体研究结果表明,抑制ACCi可导致肝脏的脂肪变性,使用ACCi能改善小鼠细胞内线粒体功能,减轻氧化还原应激。结果表明,快餐饮食可引起肝脂肪变性,经ACCi治疗后可有部分改善。此外,膜磷脂,包括磷脂酰乙醇胺(PEs)和磷脂酰胆碱(PCs),在NASH组(NAFLD和NASH患者一致)均降低,二者在快餐饮食模型中也都降低,但经ACCi治疗后重新升高。

 


总结

代谢组学在比较临床前模型和人类NASH模型这一过程中十分有价值。虽然还有待进行更多的研究,但未来代谢组学作为较侵入性检测更优的评估肝纤维化的方法,将其纳入诊断工具的机会非常巨大。

 

 



Metabolon在NAFLD/NASH的代谢组学研究领域有着丰富的经验与技术,使用其代谢组学平台帮助用户发表了大量相关文章,包括:

 

临床研究 Clinical

1. Puri et al. A lipidomic analysis of nonalcoholic fatty liver disease.Hepatology. 46(4):1081-90 (2007)

2. Puri et al.The plasma lipidomic signature of nonalcoholic steatohepatitisHepatology. 50(6):1827-1838 (2009)

3. Kalhan et al. Plasma metabolomic profile in nonalcoholic fatty liver diseaseMetabolism.60(3): 404-413 (2011)

4. Cheng et al. Metabolomics Profiling to Identify Predictors of Response to Vitamin E for Non-Alcoholic Steatohepatitis (NASH)PLoS ONE. 7(9):e44106 (2012)

5. Loomba et al. Gut Microbiome-Based Metagenomic Signature for Non-invasive Detection of Advanced Fibrosis in Human Nonalcoholic Fatty Liver DiseaseCell Metabolism. 25(5):1054-1062 (2017)

6. Sookoian et al. Nonalcoholic steatohepatitis is associated with a state of betaine-insufficiency. Liver International. 37(4):611-619 (2017)


临床前研究 Pre-Clinical

1. Depner et al. A metabolomic analysis of omega-3 fatty acid-mediated attenuation of western diet-induced nonalcoholic steatohepatitis in LDLR-/- mice. PLoS ONE. 8(12): e83756 (2013)

2. Pierce et al. Differential hepatotoxicity of dietary and DNL-derived palmitate in the methionine-choline-deficient model of steatohepatitis. BMC Gastroenterology.15:72 (2015)

3. Garcie-Heredia et al. Paraoxonase-1 deficiency is associated with severe liver steatosis in mice fed a high-fat high-cholesterol diet: a metabolomic approach. J. Proteome Res.12(4):1946-1955 (2013)

4. Rull et al. Rosiglitazone and fenofibrate exacerbate liver steatosis in a mouse model of obesity and hyperlipidemia. A transcriptomic and metabolomic study. J. Proteome Res.13(3):1731-43 (2014)


体外研究 In Vitro

1. Villanueva et al. Specific role for acyl CoA: Diacylglycerol acyltransferase 1 (Dgat1) in hepatic steatosis due to exogenous fatty acids. Hepatology. 50, 434-442 (2009)

2. Brown et al. Metabolomic signatures in lipid-loaded HepaRGs reveal pathways involved in steatotic progression. Obesity. 21(12):E561-70 (2013)

3. Min et al. Metabolic profiling reveals that PNPLA3 induces widespread effects on metabolism beyond triacylglycerol remodeling in Huh-7 hepatoma cells. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 307(1):G66-76 (2014)

 



参考:
 

1.Webinar: METABOLOMICS APPROACHES FOR NASH AND NAFLDR&D https://www.metabolon.com/who-we-are/blog/metabolomics-approaches-nash-and-nafld-rd

2.Puri et al. A Lipidomic Analysis of Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Hepatology. 2007 October; 46(4):1081-90.

3.Cao et al. Identification of a Lipokine, a Lipid Hormone Linking Adipose Tissue to Systemic Metabolism. Cell. 2008 September 19; 134(6):933–944



凯莱谱代谢组学服务

杭州凯莱谱精准医疗专注于质谱技术在临床领域的研究与应用,围绕临床检测与研究、代谢组学、Pharma CRO和环境毒理服务四大应用方向,已自主研发并开展包括新生儿遗传代谢病筛查、维生素谱检测、药物浓度检测等实验室检测项目100余项,推动作为目前最精确检测方法的质谱检验技术在中国的发展应用,助力精准医疗在中国的实施。

2017年2月6日,与全球领先的代谢组学科研服务公司 Metabolon, Inc. 合作中国独家授权实验室,搭建基于 Metabolon 最新一代技术的 Discovery HD4? 代谢组学技术平台。并与 Metabolon 充分共享其独有的包含 5000 余种标样化合物在该平台上建立的精确质量数据库与二级谱图库,以及40余人的分子生物与生物化学博士专家团队,对利用四种方法平行检测获取的原始数据,进行统计学分析以及代谢通路解读,为客户提供全面的研究结果报告。服务可应用于生物标志物的发现、疾病机理研究以及基于代谢组学的健康风险评估等创新性工作,为中国地区的科研和医疗机构提供全球顶尖的代谢组学科研服务。



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