Аналіз метаболітів крові визначає розвинення діабет 2 типу за кілька років до діагнозу.

Дослідники з Масачусетської лікарні загального профілю Брігхем та Медичного коледжу Альберта Ейнштейна виявили циркулюючі в крові метаболіти, пов'язані з ризиком розвитку діабету 2 типу в майбутньому, і згодом розробили багатометаболітну сигнатуру ризику, яка покращує прогнозування. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Medicine.

Глобальний тягар та біологічні основи діабету 2 типу

Діабет - це хронічне метаболічне захворювання, що характеризується постійно високим рівнем глюкози в крові. Його поширеність у всьому світі експоненційно зростає, що робить його серйозною проблемою суспільної охорони здоров'я. В даний час близько 589 мільйонів дорослих у всьому світі живуть з діабетом і прогнозується, що до 2050 року це число перевищить 853 мільйони.

Перед діабету 2 типу припадає понад 90% всіх випадків діабету. Цей особливий підтип характеризується інсулінорезистентністю, дисфункцією бета-клітин підшлункової залози та наступною гіперглікемією (високим рівнем глюкози в крові).

Роль метаболітів крові в ризик розвитку діабету

Попередні дослідження виявили понад 100 метаболітів – невеликих молекул, що утворюються в результаті метаболізму, – у крові, які пов'язані з ризиком розвитку діабету 2 типу. Останні дані свідчать про те, що на профіль метаболітів у крові можуть впливати генетичні фактори, стан здоров'я та спосіб життя, включаючи дієту та фізичну активність.

Незважаючи на зростаючу кількість доказів, метаболіти, пов'язані з ризиком розвитку діабету 2 типу, а також їх генетичні та пов'язані з способом життя фактори залишаються недостатньо вивченими. Щоб заповнити цю прогалину в літературі, дослідники з Масачусетської лікарні загального профілю Брігхем і Медичного коледжу Альберта Ейнштейна провели всебічний аналіз метаболомних даних крові до 23 634 осіб, які спочатку не страждали на діабет, з метою виявлення метаболітів, пов'язаних з ризиком розвитку 2 періоду.

Вони також проаналізували геномні дані та дані про спосіб життя цих учасників, щоб виявити генетичні фактори та фактори способу життя, що визначають утворення цих метаболітів.

Ідентифікація метаболітів, пов'язаних з діабетом

Дослідники проаналізували 469 циркулюючих метаболітів, виміряних за допомогою двох великомасштабних мас-спектрометричних платформ у зразках крові, зібраних у 23 634 осіб різного расового та етнічного походження, включаючи білих, латиноамериканців та афроамериканців. Вони виявили 235 метаболітів, у тому числі 67 нових, виявлених у цьому дослідженні, які були пов'язані з ризиком розвитку діабету 2 типу протягом періоду спостереження.

Примітно, що взаємозв'язки між цими метаболітами і ризиком розвитку діабету 2 типу залишалися статистично значущими навіть після коригування на традиційні фактори ризику, включаючи ожиріння, рівень ліпідів у крові, артеріальний тиск, фактори способу життя, такі як фізична активність і якість харчування, а також функцію нирок.

Генетичні фактори та фактори способу життя, що визначають метаболічний ризик

Дослідники також відзначили, що багато з виявлених метаболітів генетично пов'язані з сигнальними шляхами і клінічними ознаками, тісно пов'язаними з патофізіологією діабету 2 типу, включаючи резистентність до інсуліну, реакцію на глюкозу та інсулін, ектопічний відкладення жиру, регуляцію енергії та регуляцію енергії.

Вони також виявили, що фактори способу життя, зокрема фізична активність, ожиріння та дієта, пояснюють більшу частку варіабельності метаболітів, пов'язаних з діабетом, ніж метаболітів, не пов'язаних із цим захворюванням. Подальший аналіз показав, що певні метаболіти можуть виступати як потенційні медіатори, статистично пов'язуючи ці фактори способу життя з майбутнім ризиком розвитку діабету 2 типу.

Вивчивши ці опосередковані шляхи, дослідники виявили, що метаболіти, що опосередковують зворотний зв'язок між фізичною активністю та ризиком розвитку діабету, в основному беруть участь в інсулінорезистентності, пов'язаної з ектопічним відкладенням жиру, і порушення функції печінки. На відміну від цього, метаболіти, що опосередковують зв'язок між споживанням кави або чаю та ризиком розвитку діабету, пов'язані з метаболізмом поліфенолів, реакцією на глюкозу, інсулінорезистентністю, ектопічним відкладенням жиру та функцією печінки, при цьому деякі метаболіти демонструють захисний зв'язок.

У сукупності з результатами генетичного аналізу ці дані підтверджують біологічно правдоподібні механізми, які можуть лежати в основі розвитку діабету 2 типу і дозволяють висунути гіпотези для майбутніх досліджень механізмів, а не встановлювати причинно-наслідковий зв'язок.

Розробка сигнатури ризику, що враховує множинні метаболіти

На заключному етапі дослідження вчені розробили засновану на наукових даних сигнатуру з 44 метаболітів, яка значно покращила прогнозування ризику порівняно з традиційними клінічними факторами ризику, включаючи вік, стать, індекс маси тіла (ІМТ) та рівень глюкози у крові. Ця метаболомна сигнатура була внутрішньо валідована в кількох когортах і дозволила виявляти осіб із значно підвищеним довгостроковим ризиком розвитку діабету 2 типу до клінічної діагностики, при цьому спостерігалися сильні градієнти ризику залежно від категорії прогнозованого балу.

Інакше кажучи, ця метаболомна сигнатура відбиває складні закономірності циркулюючих метаболітів, що з майбутнім ризиком розвитку діабету 2 типу . У майбутньому цей набір метаболітів потенційно може бути використаний у клінічній та дослідній практиці як інструменти стратифікації ризику для виявлення осіб з високим ризиком та своєчасної профілактики, або як біомаркери моніторингу для оцінки метаболічних ефектів дієтичних та поведінкових втручань.

Наслідки, обмеження та напрямки подальших досліджень

Загалом результати дослідження закладають основу для більш детального розуміння патофізіології діабету 2 типу, що може сприяти розробці стратегій точної профілактики, спрямованих на конкретні метаболічні шляхи.

Зважаючи на спостережний характер дослідження, вчені не змогли визначити, чи є асоціації, що спостерігаються, причинно-наслідковими. Однак у дослідженні були використані генетичні аналізи для посилення причинно-наслідкового зв'язку для окремих метаболітів, включаючи аналізи, що вказують на обмежені докази зворотного причинно-наслідкового зв'язку. У майбутньому необхідні рандомізовані контрольовані дослідження для безпосередньої перевірки того, як дієта, фізична активність або інші зміни способу життя впливають на метаболіти, пов'язані з діабетом, та ризик розвитку захворювання.

Хоча в дослідженні брали участь представники різних расових і етнічних груп, і взаємозв'язки, що спостерігалися, в цілому були зіставні у всіх групах, приблизно 77% учасників дослідження становили неіспаномовні білі. Це обмеження наголошує на необхідності проведення майбутніх досліджень за участю різноманітних груп населення.