Nutriție și corelații metabolice ale obezității și inflamației: considerații clinice 1, 2, 3

Amy R Johnson

4 Departamentul de nutriție, Școala de sănătate publică globală Gillings și

Liza Makowski

4 Departamentul de nutriție, Gillings School of Global Public Health și

5 Școala de Medicină, Universitatea din Carolina de Nord la Chapel Hill, Chapel Hill, NC

Abstract

Din 1980, prevalența globală a obezității sa dublat; în Statele Unite, aproape s-a triplat. Miliardele de oameni sunt supraponderali și obezi; OMS raportează că> 65% din populația lumii mor din cauza bolilor legate de supraponderalitate, mai degrabă decât de subponderalitate. Obezitatea este o boală complexă care poate fi studiată de la „metropolă la metabolit” - adică începând de la nivelul politicii și al populației prin studii de epidemiologie și intervenție; la lucru pe bancă, inclusiv modele preclinice, țesuturi și studii de cultură celulară; la teste biochimice; și la metabolomică. Metabolomica este următoarea cercetare de frontieră, deoarece oferă un instantaneu în timp real al elementelor de bază biochimice și al produselor proceselor celulare. Acest raport comentează considerații practice atunci când se efectuează cercetări metabolomice. Avantajele și dezavantajele și preocupările importante legate de proiectarea studiilor sunt adresate pentru a ajuta la creșterea cercetării metabolomice în Statele Unite. Legătura dintre metabolism și inflamație este un fenomen substudiat care are un mare potențial de a transforma înțelegerea noastră asupra imunometabolismului în obezitate, diabet, cancer și alte boli; metabolomica promite să fie un instrument important în înțelegerea relațiilor complexe dintre factorii care contribuie la astfel de boli.

Obezitate și inflamație

În ultimii 30 de ani, prevalența obezității a crescut epidemic atât în ​​națiunile occidentale, cât și în țările în curs de dezvoltare, cu puține speranțe pentru tratamente eficiente la orizont (1, 2). Mai mult de o treime din adulți și aproape 1 din 5 copii din Statele Unite sunt obezi. La nivel global, OMS estimează că 500 de milioane de adulți și aproape 43 de milioane de copii 6) modele reprezintă mai exact obezitatea observată la om. Astfel, utilizarea modelelor animale expuse dietelor obezogene modelează cel mai bine condiția umană (19). Există multe diete care provoacă obezitate. Rozătoarele consumă cu ușurință diete bogate în grăsimi și pot fi înțărcate în aceste diete. Debutul obezității este de obicei rapid, cu o creștere semnificativă în greutate observată în câteva săptămâni până la câteva luni de la inițierea dietei. Experimentele DIO pot fi extrem de bine controlate datorită abilității de a folosi colegii de gunoi, ceea ce asigură faptul că animalele de studiu sunt identice din punct de vedere genetic și expuse la medii similare în cușcă uterină, maternă și acasă.

Oamenii consumă, în medie, 34-45% din energie din grăsimi (20), care trebuie luată în considerare în mediul de laborator, unde oamenii de știință urmăresc cel mai relevant aport uman de grăsimi cu relevanță umană prin intermediul modelelor DIO. Există mai multe diete DIO care sunt utilizate în mod regulat, fiecare cu propriul set de avantaje și neajunsuri; cu toate acestea, în primul rând, este important să se înțeleagă dietele nepurificate, mai ales atunci când se ia în considerare cel mai adecvat „control” pentru dieta DIO care trebuie utilizată. Rozătoarele din instalațiile pentru animale sunt menținute în mod obișnuit pe o dietă de pelete furajere, constând din ovăz măcinat, orz, grâu și porumb (o dietă bogată în fibre și fitoestrogeni). Important, dietele nepurificate sunt nedefinite și, deși compoziția macro și micronutrienților din dietele nepurificate este întotdeauna constantă, sursa acestor nutrienți poate varia de la lot la lot. Recunoașterea acestui fapt este importantă atunci când se analizează și se interpretează datele modelului DIO dacă dietele nepurificate sunt alese ca dietă „de control”.

În cele din urmă, modelul de dietă care poate imita cel mai bine obezitatea umană se numește dieta Cafeteria (CAF). Dieta CAF este un model de hrănire intensă în muncă cu smorgasbord, în care rozătoarelor li se oferă alegerea unor diete nepurificate sau alimente „junk” umane foarte gustoase, calorice, cu deficit de nutrienți, cumpărate de la un magazin alimentar. Prin urmare, expunerea la alimente este mai asemănătoare cu ceea ce mănâncă oamenii. Într-adevăr, Piernas și colab. (22) au raportat că la copiii cu vârsta preșcolară, gustările reprezintă 27% din aportul caloric total. De ce este important acest lucru? Snack-urile sunt dense din punct de vedere energetic, oferind multe calorii cu o valoare nutritivă redusă. De exemplu, 100 g porumb proaspăt are 83 kcal, o tortilla de porumb conține 210 kcal, iar chipsurile de tortilla complet procesate, cu densitate energetică, conțin 493 kcal pe porție.

Cum încorporează un biolog molecular moleculara în cercetarea nutrițională?

Care sunt opțiunile pentru metabolomică pentru clinicieni sau oameni de știință de bancă?

Avantajele și dezavantajele metabolomicii.

Există mai multe abordări pentru inițierea cercetării metabolomice - cu argumente pro și contra pentru fiecare - și fiecare laborator trebuie să decidă ce se potrivește cel mai bine. În primul rând, pentru cei „faceți-vă singuri” cu utilaje și instruire adecvate, metabolomica este o chestiune de a avea standarde autentice corecte pentru metaboliții specifici cantitativi de interes și de persoanele potrivite pentru a pregăti probe și pentru a vă folosi mașinile. O avertisment pentru a vă efectua propria metabolomică este că este adesea prohibitiv din punct de vedere al costurilor să cumpărați sutele de standarde autentice necesare pentru efectuarea unei activități de descoperire cuprinzătoare. Mai mult decât atât, fără o pregătire adecvată în programare și statistici, este adesea lăsat „ochi” datele pentru descoperiri semnificative. Desigur, există o mulțime de cercetători remarcabili care au facilități excelente de metabolomică. Colaborarea cu astfel de experți este a doua cale de urmărire a cercetării metabolomice ca o știre.

Ca și în cazul oricărei colaborări, există avantaje și minusuri: trebuie discutat în avans costurile, personalul și autorul. Un obstacol tipic cu colaborările este calendarul pentru finalizarea studiului și posibilul timp de așteptare prelungit pentru ca eșantioanele dvs. să fie analizate. Cu toate acestea, colaborarea strânsă cu experții va ajuta la proiectarea experimentală, interpretarea datelor și planificarea experimentelor ulterioare. Colaborarea cu o companie care efectuează metabolomică este, de asemenea, o opțiune, dar care are și dezavantaje, cum ar fi accesul (pentru că nu orice companie va dori să colaboreze cu dvs.) și preocupări de proprietate intelectuală. De exemplu, metoda de prelucrare a probelor utilizate poate fi proprietară și pot exista obstacole substanțiale de eliminat atunci când este momentul publicării.

A treia opțiune este o taxă pentru servicii prin companii specializate în metabolomică precum Metabolon, Lipomics (recent achiziționată de Metabolon), Descoperiri metabolomice și Chenomx, printre altele ( tabelul 1 ). Pot exista costuri substanțiale asociate acestei abordări, în funcție de pachetul de servicii achiziționat; serviciile oferite pot varia de la proiectarea studiului și pregătirea eșantionului până la analiza statistică, interpretarea datelor și pregătirea figurilor. Prin capacitatea lor de mare randament și procedurile de operare standard, companiile vor avea adesea stabilite protocoale pentru eșantioanele dvs., inclusiv cantități necesare, trucuri pentru prepararea eșantioanelor etc., care economisesc timp și bani, deoarece nu sunt necesare optimizări de testare. Deoarece este mai degrabă o taxă pentru serviciu decât o colaborare, datele sunt de obicei generate într-un termen stabilit, astfel cum sa convenit la semnarea unui contract. Companiile trebuie să ia în considerare satisfacția clienților și să repete afacerea, dar aceasta este o relație pe care o plătiți. Deși vi se garantează un produs final, opțiunea de a vă întoarce și de a efectua experimente de urmărire nu este posibilă fără a achiziționa costuri suplimentare.

TABELUL 1

Locație și publicații reprezentative pentru site-urile care efectuează analize metabolomice 1

O a patra și ultima opțiune de metabolomică este o nouă inițiativă susținută de NIH finanțat prin programul Metabolomics al Fondului comun (Tabelul 1). Acesta este un program național care vizează creșterea capacității de metabolomică prin dezvoltarea centrelor cu tehnologii cu randament ridicat, instruire și mentorat pentru cercetătorii în metabolomică. Scopul este de a standardiza protocoalele într-un efort de a crește sensibilitatea și viteza de identificare a metaboliților. În plus, prin furnizarea de standarde de referință și schimb de date, NIH speră să construiască o bază de date națională accesibilă publicului, care va propulsa cercetarea metabolomică înainte. În prezent, există 6 nuclee regionale de cercetare cuprinzătoare asupra metabolomicii (RCMRC) finanțate de programul Metabolomics. Miezul are expertiză, instrumente și programe de instruire pentru a crește capacitatea de metabolomică. Site-urile existente sunt după cum urmează: 1) NIH West Coast Metabolomics Center la UC Davis (WC3MRC), 2) Michigan Regional Comprehensive Metabolomics Research Core (MRC), 3) NIH Eastern Regional Comprehensive Metabolomics Resource Core la RTI International (RTI RCMRC), 4 ) Centrul de Sud-Est pentru Metabolomică Integrată (SECIM), 5) Centrul de Resurse pentru Metabolomică Rezolvată cu Izotop Stabil (RC-SIRM) și 6) Nucleul de Metabolomică la Clinica Mayo.

Foarte important, cu un puternic suport bioinformatic, abordările bazate pe „omics” pot fi utilizate pentru generarea de ipoteze, identificarea biomarkerilor și, în mod ideal, pot duce la biomarkeri in vivo sau in vitro pentru a fi testați ca biomediatori de bună-credință ai efectelor observate. Pe scurt, legătura dintre metabolism și inflamație este un fenomen subestudiat care are un mare potențial de a transforma înțelegerea noastră asupra imunometabolismului în obezitate, diabet, cancer și alte boli. Un beneficiu important al metabolomicii este acela că metaboliții sunt conservați între specii, așa cum s-a menționat mai sus, ceea ce face mai ușoară traducerea descoperirilor preclinice la oameni. Abordările bioinformatice oferă o înțelegere mai profundă a relațiilor complexe dintre aceste căi care altfel ar fi imposibile cu testele biochimice tradiționale. Studenții actuali și viitori și bursierii postdoctorali ar trebui încurajați să încorporeze instruirea statistică, programarea computerelor și informatica în educația lor, împreună cu tehnicile de bază de biologie moleculară și o înțelegere puternică a metabolismului pentru a fi pregătiți cel mai bine pentru următoarea eră de densitate mare, înaltă -producerea de date prin intermediul metabolomicii.

Mulțumiri

ARJ și LM au scris manuscrisul și au avut responsabilitatea pentru conținutul final. Ambii autori au citit și au aprobat manuscrisul final.

Note de subsol

6 Abrevieri utilizate: CAF, Cafeteria; DIO, obezitate indusă de dietă; FABP4, proteina de legare a acidului gras aP2; GLUT1, transportor de glucoză 1; IκK, un inhibitor al kinazei kappa B; RTP, Research Triangle Park, NC.

• Obezitatea și sindromul metabolic într-un serviciu de reabilitare psihiatrică Acta Neuropsychiatrica
• Obezitate și leziuni articulare la copii - anchete clinice ale FPIN - medic de familie american
• CERINȚE DE PROTEINE PENTRU HEMOPOIEZĂ, American Journal of Clinical Nutrition ajcn DeepDyve
• Dezvoltarea obezității și a medicamentelor pediatrice - Vaughns - 2018 - Jurnalul de farmacologie clinică -
• Website Robert Lustig Promovarea sănătății și nutriției metabolice globale