Одной из ключевых тенденций развития современной медицины является персонификация не только диагностики и лечения заболеваний, но и профилактики их возникновения. О том, какую роль в этом играет метаболомика и каковы перспективы ее использования в клинической практике, рассказал заместитель главного врача по персонифицированной медицине Клиники высоких технологий «Белоостров», к.м.н. Сергей Владимирович Кадин.
Что такое метаболомика?
Современное человеческое общество сталкивается с пандемией хронических заболеваний и патологических состояний, включая ожирение, диабет и сердечно-сосудистые расстройства, при которых нарушение метаболизма играет ключевую роль в патогенезе и прогрессировании. Нарушение обмена веществ все чаще признается в качестве значимой причины даже тех заболеваний, которые традиционно не считались «метаболическими» по своему происхождению: злокачественных новообразований, когнитивных расстройств и болезней дыхательной системы.
Успешное секвенирование генома человека, казалось, уже предвещало наступление новой эры персонализированной медицины, в которой вариации генетических последовательностей будут использоваться для прогнозирования развития болезней и эффективности терапевтических вмешательств, что приведет к оптимальному лечению у конкретного человека.
Однако многие из наиболее распространенных хронических заболеваний являются полигенными, и такие подходы как расшифровка генома, смогли объяснить лишь малую часть этой патологии и внесли достаточно скромный вклад в стратегии лечения и профилактики. Кроме того, необходимы более совершенные методы для изучения взаимодействия генетики с факторами окружающей среды, такими как диета, микрофлора кишечника и физическая активность.
Именно поэтому появилась эпигенетика — разветвленное направление развития биомедицинских наук, включающее исследование путей реализации генома. Среди них выделяют последовательно:
- транскриптом — варианты считывания исходного кода различными вариантами РНК
-
протеом — совокупность белков, синтезируемых под управлением генома и тракскриптома
-
метаболом — конечную картину химических продуктов жизнедеятельности
Комплексное профилирование метаболитов или «метаболомика» определяет химический фенотип человека и животных моделей и обладает уникальным потенциалом для поиска биомаркеров, которые предсказывают частоту, тяжесть и прогрессирование заболевания, а также проливают свет на лежащие в его основе патофизиологические нарушения.
Метаболомика — это анализ и интерпретация глобальных метаболических данных, выражающих многопараметрическую метаболическую реакцию живых систем на генетическую модификацию, патофизиологические стимулы и воздействия окружающей среды. Она использует неизбирательный подход и позволяет получить «метаболический отпечаток» клетки, ткани и, вероятно, организма в целом.
Это одна из новейших из научных дисциплин. Считается, что она ближе всего подходит к определению фенотипа, давая возможность оценить взаимосвязь «генотип-фенотип», а также взаимосвязь «генотип-окружающая среда». На самом деле, хотя метаболический профиль можно рассматривать как конечное выражение информации, содержащейся в генетическом коде, на него также влияют и другие факторы, таких как взаимодействие с сапрофитными микроорганизмами, питание, воздействие окружающей среды, лекарств и токсичных веществ.
Метаболомный анализ имеет два основных потенциальных клинических применения:
- Ранняя диагностика и определение фенотипов заболеваний (метаболомный анализ мог бы выявить структуру метаболитов, которые могут оказаться важными в ранней диагностике
-
Идентификация индивидуальных метаболических характеристик, способных предсказать эффективность или токсичность лекарств (фармакометаболика — многообещающее направление, которое подразумевает возможность действительно индивидуального подхода к лечению)
Метаболиты — как результат воздействия и биологических факторов, и факторов окружающей среды — обладают огромным потенциалом для обобщения знаний о генотипе и фенотипе. Глобальной целью метаболомики является всестороннее изучение низкомолекулярных соединений в организме.
Методические преимущества метаболомики перед другими эпигенетическими концепциями:
-
Применимость и доступность: в организме предположительно содержится несколько тысяч отдельных низкомолекулярных метаболитов, что значительно меньше, чем предполагаемые десятки тысяч генов, порядка сотни тысяч транскриптов и более миллиона белков, обнаруженных у человека
-
Метаболомика определяет химические фенотипы, которые зависят от геномной, транскриптомной и протеомной изменчивости, обеспечивая тем самым высокоинтегрированный профиль биологического статуса
-
Метаболомика может служить точным и неинвазивным инструментом для определения механизмов действия и возможных токсикологических эффектов медикаментозной терапии, а также для разделения вклада генетики, активности микробиоты и нутритивных факторов на общие метаболические фенотипы
Сегодня для метаболического профилирования используются такие методы анализа: газовая хроматография-масс-спектрометрия, жидкостная хроматография-масс-спектрометрия, ядерно-магнитно-резонансная спектроскопия и спектрофотометрия.
Перспектива клинического применения метаболического профилирования предстает следующей:
-
Сердечно-сосудистые заболевания — оценка риска развития атеросклероза, ишемической болезни сердца, инсульта, а также отслеживание эффективности лечения
-
Диабет — выявление стадии предболезни, контроль уровень глюкозы крови, предотвращение острых осложнений и оптимизация терапии
-
Ожирение — оценка метаболического риска, связанного с ожирением, и разработка индивидуальной стратегии снижения массы тела
-
Онкозаболевания — ранняя диагностика некоторых видов рака, прогнозирование ответа на химио-, таргетную, иммунную и радиотерапию
В каждой из современных медицинских дисциплин на исследовательском уровне наблюдается тенденция к углублению метаболомных исследований: проводится изучение метаболических профилей при отдельных нозологиях, в отдельных нормальных или патологически измененных тканях, в культурах клеток опухолей.
Закономерно появляется вопрос: не призвана ли метаболомика однажды полностью заменить современные подходы к лабораторной диагностике заболеваний?
В каждой из современных медицинских дисциплин на исследовательском уровне наблюдается тенденция к углублению метаболомных исследований: проводится изучение метаболических профилей при отдельных нозологиях, в отдельных нормальных или патологически измененных тканях, в культурах клеток опухолей.
Предиктивная направленность метаболомики определяет ее потенциально перспективную роль в достижении основной цели развития медицины на современном этапе — персонализации, одним из основных инструментов которой является прецизионная профилактика — термин, приобретающий все большее значение по мере приближения к персонализированной медицине.
Заменит ли в будущем метаболомика лабораторную диагностику заболеваний?
Современные многопрофильные лечебные учреждения, такие как клиники ГК «ММЦ», сегодня применяют в основном традиционные методы лабораторной диагностики. Так, в арсенале врачей лабораторной службы «ММЦ» есть методики исследования любых клинико-лабораторных показателей: биохимических, гормональных, иммунологических, генетических и других (по сути, все, что предусмотрено современными стандартами диагностики, и даже больше). Методы исследования доступны пациентам как по отдельности, так и в рамках целевых программ обследования для диагностики различных патологий.
При этом, благодаря сотрудничеству ГК «ММЦ» с ведущими исследовательскими центрами, пациентам наших клиник уже доступны и некоторые методы метаболомных исследований. В частности, метаболическое профилирование органических кислот в моче, которое позволяет на основании оценки экскреторных паттернов продуктов деградации компонентов цикла Кребса (универсального энергетического биохимического процесса в клетках организма) выявлять скрытый дефицит макро- и микроэлементов, предрасположенность к наследственным нарушениям обмена веществ и даже идентифицировать косвенным путем некоторые инфекции.
Перспективные клинические преимущества метаболического профилирования:
- Раннее выявление: метаболические изменения часто предшествуют появлению симптомов, что позволяет выявить патологию на первой стадии, когда лечение наиболее эффективно
-
Персонализация: получение индивидуальной картины метаболизма помогает разработать персонализированные стратегии профилактики и лечения
-
Профилактика: понимание метаболических отклонений позволяет принимать превентивные меры (корректировать образ жизни пациента, повышая его осведомленность о факторах риска и снижая угрозу развития хронических заболеваний)
-
Мониторинг: отслеживание эффективности лечения и его своевременная коррекция
-
Мотивация: у пациента появляется дополнительный стимул к улучшению образа жизни, повышается степень личной ответственности и приверженности к лечению
Важно отметить, что метаболическое профилирование пока является лишь одним из инструментов диагностики и требует дальнейших исследований. Отсутствие достаточной доказательной базы и клинических рекомендаций создает методические и юридические ограничения к широкому применению метаболомики. Кроме того, стоимость используемых методов анализа высока, а интерпретации их результатов и подготовка пациента к исследованию сложны. Залог дальнейшего развития направления — выработка единых стандартов для получения сопоставимых результатов.
Однако в качестве направления развития собственной методологической базы, системы поиска новых персонализированных подходов к прогнозированию заболеваний, разработке методов антивозрастной терапии, контролю за эффективностью реабилитации и т.д., исследование метаболических паттернов уже имеет перспективу использования. Дополнительным преимуществом является потенциальный мотивирующий эффект в отношении модификации образа жизни, повышение приверженности пациента к соблюдению врачебных рекомендаций.
Таким образом, являются ли метаболомные исследования альтернативой современным методам лабораторной диагностики? В настоящее время нет. Но есть ли перспектива широкого использования метаболомики в персонализированной медицине будущего? При условии накопления доказательной базы и совершенствования методологии — определенно да.
Статья опубликована в выпуске №24 корпоративного издания «Мой медицинский журнал».
Читать журнал
