代謝組|氨基酸檢測肝病~

在過去的20年里,非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)發病率已翻倍,從一種鮮為人知的疾病發展成為全球最常見的慢性肝臟疾病。非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是II型糖尿病(T2DM)和心血管疾病(CVD)發展的公認風險因素,T2DM患者發生NAFLD的風險增加,且大多數T2DM患者即使存在正常肝酶活也具有NAFLD。 此外,這些患者發生肝硬化和肝細胞癌的風險很高。因此,確定NAFLD的循環標志物,對早期診斷和治療至關重要。

背景介紹

在NAFLD患者體中,經常發現血漿中氨基酸的濃度增加,特別是支鏈氨基酸。然而,這一現象也可能是由于肌肉蛋白質分解增加,肥胖和/或胰島素抵抗(IR)增加或是由于受損的組織代謝導致,其具體機制尚未可知。

發表在Hepatology(IF=14.079)上的Altered amino acid concentrations in NAFLD: impact of obesity and insulin resistance?通過一組代謝組數據和病理數據發現:氨基酸血漿濃度的增加主要在肥胖的NAFLD受試者中出現,這可能是胰島素抵抗(IR)和蛋白質分解代謝增加的結果。

實驗設置

44例非糖尿病的NAFLD患者(29例非肥胖,15例肥胖),20例健康人(CT)。禁食過夜后收集血樣以測量肝酶活,脂質含量,葡萄糖濃度,游離脂肪酸含量,胰島素抵抗,氨基酸含量。

結果

1.?研究對象的臨床特征

使用GC-MS檢測血漿中氨基酸含量,NAFLD患者血漿中異亮氨酸和纈氨酸(支鏈氨基酸),酪氨酸(芳香族氨基酸),丙氨酸,賴氨酸和谷氨酸含量較高,而血漿甘氨酸濃度顯著下降。大部分患者的BMI小于30 kg/m2,然而,大多數氨基酸僅在NAFLD-Ob(肥胖的NAFLD患者)中增加。與CT相比,NAFLD-NO(非肥胖的NAFLD患者)中只有丙氨酸、谷氨酸、異亮氨酸和纈氨酸濃度增加。另外,患者有更高的肝酶活(ALT、GGT、AST)。

表1 血漿氨基酸濃度

2.?GSG指數

這些氨基酸以某種方式參與合成谷胱甘肽(GSH)和脂毒性相關的脂質前體。 因此,我們測試了GSG指數與肝臟組織學改變的相關性,其中GSG-index指數計算了[Glutamate/(Serine+Glycine)]。

我們發現與CT相比,NAFLD患者的谷氨酸濃度明顯更高,甘氨酸濃度更低。?與CT相比,NAFLD-NO中的GSG指數更高,而NAFLD-Ob中更高。?由于轉氨基作用, GSG指數與肝酶活緊密相關,尤其是和γ-谷氨酰轉移酶GGT緊密相關。GSG指數也和支鏈氨基酸相關,尤其是亮氨酸,說明谷氨酸脫氫酶作用增加。單獨的谷氨酸也以較弱的方式與肝功能試驗(LFTs)相關,而LFTs與構成GSG指數的其他氨基酸(甘氨酸或絲氨酸)的濃度之間未發現相關性。

?圖1 GSG指數與肝酶活相關性

3.?氨基酸和胰島素抵抗IR

肝胰島素抵抗(Hepatic-IR)反映胰島素不能抑制空腹內源性葡萄糖生,HOMA-IR能同時反映肝臟和外周的胰島素抵抗。我們檢測肥胖與非肥胖NAFLD的IR程度是否不同,以及與CT相比,肥胖與非肥胖NAFLD的氨基酸濃度有何不同。

只有少數氨基酸與Hep-IR顯著相關。 甘氨酸和組氨酸與Hep-IR具有顯著的負相關。而谷氨酸和酪氨酸與Hep-IR發現正相關,只有酪氨酸與HOMA IR相關。外周胰島素敏感性僅與酪氨酸相關。GSG指數與Hep-IR相關,稍微與HOMA-IR相關,但與外周胰島素敏感性無關。 芳香族氨基酸與Hep-IR,HOMA-IR和外周胰島素敏感性相關,但僅僅因為酪氨酸。通過使用多變量分析,我們評估了BCAA,AAA和GSG指數中哪些與Hep-IR和HOMA-IR獨立相關,并發現GSG指數和AAA與Hep-IR獨立相關,而只有AAA與HOMA-IR獨立相關。

4.?氨基酸作為肝臟炎癥和纖維化的標志物

我們首先檢測肝臟炎癥和氣球樣變時哪些氨基酸的濃度改變。相比于對照組,氣球樣變2級的患者血漿中BCAA、AAA、谷氨酸,丙氨酸和賴氨酸含量增加,而甘氨酸和蘇氨酸濃度下降。 氨基酸濃度也與肝纖維化增加有關,但在纖維化評分為3和4的NAFLD中觀察到的濃度與纖維化評分為0-2的患者沒有顯著差異。

用于計算GSG指數的氨基酸在某種程度上參與GSH的合成和脂毒性相關的脂質前體合成。因此,我們測試了GSG指數是否與肝臟組織學的改變相關。患有NAFLD的受試者具有更高的GSG指數,而與肝臟活組織檢查中存在的氣球樣或炎癥無關。GSG指數隨肝纖維化程度顯著增加,特別是F3-4嚴重纖維化。

圖2 不同肝氣球樣變程度中氨基酸含量
小結

本文選取對照組、肥胖患病組、非肥胖患病組,通過代謝組檢測血漿中氨基酸含量,并結合臨床病理數據,建立了GSG指數模型,更加準確的檢測NAFLD患者肝病程度,并且排除肥胖等因素的干擾。結果表明:AA血漿濃度的增加主要在肥胖的NAFLD受試者中出現,這可能是IR和蛋白質分解代謝增加的結果。GSG指數可以作為肝臟疾病嚴重程度的新標志物。

代謝物是疾病發展的直觀體現,通過代謝組檢測能夠更加直接有效的揭示體內變化情況。目前氨基酸高通量靶標代謝組、游離脂肪酸高通量靶標代謝組、短鏈脂肪酸高通量靶標代謝組、膽汁酸高通量靶標代謝組、脂質代謝組在醫學研究中有廣泛應用。大量的文章也會將轉錄組、微生物多樣性與代謝組關聯分析,深入闡釋疾病發生發展的機制,為基礎研究、臨床診斷提供新的研究思路。

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