Metabolomics: Ethanol-induced metabolomic differences in the Gut-Liver-Pancreas Axis

Význam tématu

Chronická konzumace ethanolu představuje riziko pro vývoj řady závažných onemocnění, včetně alkoholické hepatopatie, pankreatitidy a poruch gastrointestinálního traktu. Rozpoznání metabolomických změn v ose střevo–játra–pankreas může odhalit patofyziologické mechanismy toxicity a vést k identifikaci nových biomarkerů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo pomocí neřízené (untargeted) vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie LC-MS/MS sledovat změny metabolitových profilů v tkáních střeva, jater a pankreatu po chronické expozici ethanolu u myší. Studie hodnotila rozdíly mezi kontrolní skupinou a skupinou ošetřenou dietou s 5 % ethanolu po dobu 8 týdnů.

Použitá metodika

• Biologický model: samice C57BL/6 myší (8 kontrolních, 8 s ethanolem) krmené ad libitum Lieber-DeCarli dietou obsahující 5 % extra čistého ethanolu.
• Příprava vzorků: post-mortem odběr střeva, jater a pankreatu, lýza, extrakce metabolitů.
• Analýza: HRMS LC-MS/MS (LCMS-9030, Shimadzu) s datově nezávislou (DIA) a závislou (DDA) akvizicí; rozsah m/z 100–1000 v MS a 40–1000 v MS/MS.
• Zpracování dat: detekce komponent pomocí Analyze algoritmu v LabSolutions Insight (Shimadzu), filtrace podle přítomnosti QC (>50 %) a RSD < 30 %, multivariační statistika v MetaboAnalyst.

Použitá instrumentace

• LCMS-9030 (Shimadzu Corporation) pro vysokorozlišovací TOF MS a MS/MS.
• LabSolutions Insight (Shimadzu Corporation) pro detekci a extrakci metabolických funkcí.
• MetaboAnalyst pro PCA a volcano plot analýzu.

Hlavní výsledky a diskuse

• PCA potvrdila, že největší variabilitu způsobuje rozdíl mezi tkáněmi (PC1 58,9 %, PC2 16,9 %), ethanolové ošetření vykazuje výrazné, ale menší odlišení v rámci každé tkáně.
• Volcano plot ukázal signifikantní změny (fold change >2, p < 0,05) v každé tkáni:
  • Střevo: 550 zvýšených, 385 snížených funkcí; nárůst fosfolipidů, ethylesteru kyseliny olejové, pokles lysofosfolipidů.
  • Játra: 290 zvýšených, 233 snížených funkcí; dramatické zvýšení ethylesterů mastných kyselin (log2 > 6), zvýšení N-acyl-taurinů.
  • Pankreas: 108 zvýšených, 428 snížených funkcí; převážně snížení monoacylglycerolů (log2 2–6).
• Společné změny ve všech třech tkáních: pokles LPC 22:5 sn-1 a LPE 22:5 sn-1; LPC 20:4 sn-2 se v játrech a pankreatu snižuje, ve střevě zvyšuje.

Přínosy a praktické využití metody

Neřízená HRMS LC-MS/MS s DIA/DDA poskytuje široký přehled metabolomiky napříč více tkáněmi, umožňuje rychlou detekci a anotaci změn. Metoda usnadňuje identifikaci tkáňově specifických i obecných metabolických markerů ethanolové toxicity.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s dalšími -omickými přístupy (proteomika, lipidomika) pro komplexní pohled na patogenezi.
• Validace vybraných markerů cílenými (targeted) metodami.
• Rozvoj prostorové metabolomiky pro lokalizaci změn v mikrostruktuře tkání.
• Přenos znalostí do klinických studií a lidských vzorků pro diagnostiku alkoholových poškození.

Závěr

Studie prokázala výrazné, tkáňově specifické metabolomické změny po chronické expozici ethanolu. Neřízená HRMS LC-MS/MS metoda s DIA/DDA analýzou je efektivní nástroj pro objevování biomarkerů toxicity a přispívá k lepšímu pochopení patologických procesů v ose střevo–játra–pankreas.

Reference

V souladu se specifikací nebyly v původním textu uvedeny samostatné bibliografické citace.