Секвенирование человеческого генома произвело революцию в медицине, но ученые быстро поняли, что одни лишь генетические схемы не могут раскрыть деятельность организма. Это требует понимания протеома — всех белков, экспрессируемых нашими генами, которые составляют клеточный механизм, выполняющий большинство функций организма. Теперь другая группа молекул, называемая липосомами (все липиды в нашем организме), раскрывает более подробную информацию о физиологии человека.
Человеческие липосомы, которые включают все липиды в организме человека, вызывают растущий интерес из-за их роли в физиологии человека, особенно прямого влияния со стороны диеты и кишечных микробов, а также их потенциала в лечении заболеваний, особенно таких заболеваний, как диабет 2 типа. Недавнее исследование подробно изучило липосомы и выявило их связь с маркерами здоровья, такими как резистентность к инсулину, старение и реакция на инфекцию, а также их потенциал для прогнозирования биологического старения и направления медицинских вмешательств.
Липиды представляют собой большой класс жирных или маслянистых небольших молекул, включающий триглицериды, холестерин, гормоны и некоторые витамины. В нашем организме они образуют клеточные мембраны, служат клеточными посланниками и хранят энергию; они играют ключевую роль в реагировании на инфекции и регулировании обмена веществ.
Наш геном в основном стабилен. Наш протеом, хотя и находится под влиянием здоровья и окружающей среды, во многом определяется кодированием генов. Напротив, наши липосомы могут быть изменены напрямую, отчасти в зависимости от того, что мы едим и какие микробы живут в нашем кишечнике, что делает липосомы более пластичными и, возможно, более восприимчивыми к вмешательствам. Однако количество и разнообразие липидных молекул (по крайней мере, тысячи) затрудняют их изучение.
«Липиды очень недостаточно изучены», — сказал Майкл Снайдер, доктор философии, В. Ашерман, доктор медицинских наук, профессор генетики FACS в Стэнфордском университете. «Они участвуют почти во всех процессах в организме, но поскольку они настолько разнородны и многочисленны, мы можем не знать истинную роль большинства липидов».
Новое исследование лаборатории Снайдера, опубликованное 11 сентября в журнале Nature Metabolism, является одним из первых, в котором подробно изучаются липосомы человека и отслеживается, как они изменяются в зависимости от здоровья и болезней, особенно во время развития диабета 2 типа.
За более чем 100 участниками, многие из которых имели высокий риск развития диабета, наблюдали в течение девяти лет, сдавая образцы крови каждые три месяца, когда они здоровы, и каждые несколько дней, когда они больны.
Используя масс-спектрометрию, метод, который разделяет соединения по молекулярной массе и заряду, исследователи каталогизировали около 800 липидов и их связь с резистентностью к инсулину, вирусными инфекциями, старением и многим другим.
Исследователи обнаружили, что, хотя липосомы каждого человека имеют уникальный профиль и остаются стабильными с течением времени, определенные типы липидов предсказуемо изменяются по мере улучшения здоровья человека.
Например, более половины каталогизированных липидов связаны с резистентностью к инсулину, что приводит к диабету 2 типа, когда клетки организма не могут использовать инсулин для забора глюкозы из крови. Хотя резистентность к инсулину можно диагностировать путем измерения уровня сахара в крови, понимание изменений в липосомах может помочь раскрыть происходящие биологические процессы.
«Каждая молекула, связанная с заболеванием, имеет возможность рассказать нам больше о механизме и потенциально стать мишенью, влияющей на прогрессирование заболевания», — сказал Дэниел Хорнберг, доктор философии, бывший постдок в лаборатории Снайдера и соавтор исследования.
Исследователи также идентифицировали более 200 липидов, уровень которых колеблется при респираторных вирусных инфекциях. Повышение и падение уровня этих липидов соответствует более высокому энергетическому обмену организма и воспалительной реакции на ранних стадиях инфекции и может указывать на траекторию развития заболевания. У людей с инсулинорезистентностью наблюдаются некоторые отклонения в реакции на инфекцию и более слабая реакция на вакцинацию.
Возраст участников варьировался от 20 до 79 лет, а период исследования был продолжительным, что позволило исследователям наблюдать, как липосомы изменяются с возрастом. Они обнаружили, что уровень большинства липидов, таких как холестерин, увеличивается с возрастом, но некоторые, в том числе жирные кислоты омега-3, с возрастом уменьшаются. Более того, эти признаки старения при использовании липосом не проявляются у всех с одинаковой скоростью. Например, резистентность к инсулину ускоряет появление этих признаков.
«Это поднимает интересный вопрос: могут ли липидные профили предсказать, будет ли биологическое старение человека быстрее или медленнее», — сказал СиВу, доктор философии, соавтор исследования и еще один бывший постдок в лаборатории Снайдера.
Еще одним неожиданным открытием, по словам Ву, стало то, что некоторые липиды, такие как эфир-связанный фосфатидилэтаноламин, который считается антиоксидантом и участвует в передаче сигналов в клетках, тесно связаны с улучшением здоровья. Они могут стать кандидатами на новые способы мониторинга здоровья или даже в качестве пищевых добавок.
Далее лаборатория Снайдера надеется использовать данные этого обширного исследования для изучения корреляции между конкретными липидами и изменениями образа жизни.