Човешкото тяло претърпява драстични промени по време дори на кратки периоди на наддаване и загуба на тегло, според проучване, ръководено от изследователи от Медицинското училище в Станфорд.

отслабването

Докато хората се опаковат с килограми или свалят наднормено тегло, те показват забележими промени в своя микробиом, сърдечно-съдова система, имунна система и нива на генна експресия, установи проучването.

Изследователите интегрираха множество техники за профилиране „omics“, за да съберат купища данни, разкриващи уникални подробности за геномния, молекулярния, метаболитния и бактериалния състав на участниците в проучването. "Omics" е еквивалентно на включването на "проучването" на имената на областите на биологично изследване. Например "геномика" грубо се превежда като "изследване на гени", а "протеомика" на "изследване на протеини".

Доклад, описващ работата, ще бъде публикуван онлайн на 17 януари в Cell Systems. Водещи автори са докторантите от Станфорд Уеню Джоу, д-р и д-р Ханес Рьост; д-р Кевин Контрепоа; и бившият постдокторант, д-р Брайън Пининг. Старшо авторство споделят д-р Майкъл Снайдер, професор по генетика в Станфорд; Трейси Маклафлин, д-р, професор по медицина в Станфорд; и д-р Джордж Уайнсток, професор и директор по микробна геномика в лабораторията Джаксън, независима, нестопанска институция за биомедицински изследвания.

„Целта тук беше да се характеризира какво се случва по време на наддаване и отслабване на ниво, което никой досега не е правил“, каза Снайдер. "Ние също наистина искахме да научим как хората предидиабетни могат да се различават по отношение на личните си профили на омик и техните молекулни реакции на колебанията в теглото."

Снайдер и колегите му установяват, че дори при умерено наддаване на тегло - около 6 килограма - човешкото тяло се е променило драстично на молекулярно ниво. Бактериалните популации се превърнаха, имунните реакции и възпалението се разпалиха, а молекулните пътища, свързани със сърдечни заболявания, се активираха. Но това не е краят на историята. Когато участниците в проучването отслабват, повечето от останалите системи на тялото се калибрират обратно в първоначалните си състояния, установи проучването.

Лабораторията на Snyder има особен интерес да разбере промяната на теглото в микромащаба сред хората, които са резистентни към инсулин, което означава, че способността им за преработка на глюкоза е нарушена, тъй като това е често срещан предшественик на диабет тип 2. За тази цел проучването сравнява разликите в базовите омици на инсулиноустойчиви участници с тези на здрави индивиди. След това изследователите разгледаха два основни въпроса: Как увеличаването на теглото влияе на профилите на omics? И какво се случва, след като загубите на тегло?

„Милиарди измервания“

Проучването включва 23 участници. Тринадесет са били инсулиноустойчиви, а 10 са били чувствителни към инсулин или са в състояние да обработват инсулина нормално; всички имат индекси на телесна маса между 25 и 35 килограма на квадратен метър. (ИТМ от 25 е в горния край на нормалното; ИТМ от повече от 40 приблизително се равнява на болестното затлъстяване). Изследователите обединяват информация от транскриптома на всеки човек, колекция от молекули, които разкриват модели на експресия на ДНК; протеом, пълният набор от протеини, които индивид активно произвежда; микробиом; и геном.

„В крайна сметка направихме буквално милиарди измервания“, каза Снайдър, който е д-р Станфорд У. Ашерман, професор по генетика.

В началото на проучването Снайдър и неговият екип откриха забележителни базови разлики между инсулинорезистентните и инсулиночувствителните групи. Сред различията в производството на протеини и микробните популации, Snyder забеляза едно голямо несъответствие: молекулярни маркери за възпаление бяха открити само в кръвоносните потоци на инсулиноустойчиви участници. Възпалението е известен проблем при хората с диабет и ранното омическо профилиране като това, каза Снайдер, може да помогне да се отбележат молекулите, свързани с възпалението, при хора, които не са диабетици, но са изложени на риск от заболяването.

"При тези анализи разглеждаме отделни молекули, които се променят, и след това ги разширяваме до нивото на пътя", каза Снайдер. "Нивото на пътя" е еквивалентно на система, като имунната или сърдечно-съдовата система. "И така, когато открием молекула, която изглежда несъстоятелна, ние питаме дали тя попада в някакви по-големи пътища в тялото."

След като потърсиха разликите на изходно ниво, изследователите промениха параметрите. Участниците са получили висококалорична диета и след 30 дни са получили средно 6 килограма. И с увеличаване на теглото - макар и умерено - профилите на omics също се изместиха. Маркерите за възпаление се повишават както при инсулинорезистентните, така и при здравите групи. При чувствителни към инсулин участници изстреля микробна популация, наречена Akkermansia muciniphila, за която е известно, че предпазва от инсулинова резистентност. Но може би най-поразителната промяна е промяна в генната експресия, свързана с повишен риск от тип сърдечна недостатъчност, наречена разширена кардиомиопатия, при която сърцето не може да изпомпва ефективно кръвта към останалата част от тялото, каза Снайдер.

"Това беше доста изненадващо. Не очаквах 30-дневно преяждане да промени целия път на сърцето", каза той. "Но всичко това се вписва в начина, по който мислим за човешкото тяло - това е цяла система, а не само няколко изолирани компонента, така че има промени в цялата система, когато хората наддават на тегло."

Но Снайдър каза, че все още не трябва да се изпотява от празничните дни; има и добри новини: След като участниците са свалили наднорменото тегло, техните микроби, молекули и нива на генна експресия се връщат към нормалните си нива, в по-голямата си част.

Омик в бъдещето на медицината

Въпреки това, малка част от свързаните с увеличаване на теглото промени в производството на протеини и молекули продължават, дори след като участниците са свалили излишните килограми, установи проучването. Няма достатъчно доказателства, за да се направят конкретни клинични заключения, "но това е индикация, че някои от тези ефекти могат да бъдат по-дълготрайни", каза Снайдер. Едно нещо, което трябва да се отбележи, продължи той, е, че въпреки че имаше тенденции в смените на omics, всеки участник демонстрира конкретни промени в собствения си специфичен профил на omics - кимване за важността на дълбокото, интегрирано последователност и събиране на данни при диагностициране и лечение на пациенти с инструменти за прецизно здраве.

„Големите данни ще бъдат от решаващо значение за бъдещето на медицината и неща като тези интегративни профили на omics ще предложат разбиране за това как човешкото тяло реагира по много личен начин на различни предизвикателства“, каза Снайдер. "Мисля, че това ще бъде критична част от управлението на човешкото здраве в бъдеще."

Работата е пример за фокуса на Станфордската медицина върху прецизното здраве, чиято цел е да предвиди и предотврати заболяване при здравите и прецизно да диагностицира и лекува заболяването при болните.