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.
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, 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 скромный вклад в стратегии лечения и профилактики, как и в изучение патогенеза. Кроме того, необходимы более совершенные методы для изучения взаимодействия генетики с факторами окружающей среды, такими как диета, микрофлора кишечника и физическая активность.
Именно поэтому появилось чрезвычайно разветвленное направление развития биомедицинских наук — «эпигенетика», включающее в себя исследование путей реализации генома. Среди таковых сегодня выделяют последовательно транскриптом (варианты считывания исходного кода различными вариантами РНК), протеом (совокупность белков, синтезируемых под управлением генома и тракскриптома) и, наконец, 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 определяется как 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 благодаря многостороннему анализу метаболитов позволяет получить «метаболический отпечаток» клетки, ткани и, вероятно, организма в целом.
Метаболомика — 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 несколько факторов, не связанных с геномом, таких как взаимодействие с сапрофитными микроорганизмами, факторы питания, воздействие окружающей среды и лекарств или токсичных веществ.
С клинической точки зрения, метаболомный анализ имеет два основных потенциальных применения. Первое касается ранней диагностики и определения фенотипов заболеваний. Метаболомный анализ мог бы выявить структуру метаболитов, которые позволят определить метаболическую характеристику заболевания или фенотип заболевания. Неожиданные или даже неизвестные прежде метаболиты могут оказаться важными в ранней диагностике, прокладывая путь к формулировке новых патофизиологических гипотез. Второе потенциальное клиническое применение касается идентификации индивидуальных метаболических характеристик, способных предсказать эффективность или токсичность лекарственных средств. Подход под названием фармакометаболика, который является многообещающим направлением метаболомики, подразумевает конкретную возможность действительно индивидуального подхода к лечению.
Конечной целью метаболомики является всестороннее изучение низкомолекулярных соединений в организме. Метаболиты являются результатом воздействия как биологических факторов, так и факторов окружающей среды и, как таковые, обладают огромным потенциалом для обобщения знаний о генотипе и фенотипе.
Метаболомные подходы можно также разделить на две категории в зависимости от того, предусматривает ли план обследования в отношении подготовки образцов и выбора аналитического и вычислительного оборудования анализ конкретных метаболитов или их ограниченных групп (целевая метаболомика), либо как можно большего числа метаболитов (нецелевая метаболомика).
Таким образом, методические преимущества метаболомики по сравнению с другими эпигенетическими концепциями состоят в следующем:
-
Применимость и доступность. В организме, как полагают, 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, таким образом, 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.
Именно предиктивная направленность метаболомики определяет ее потенциально перспективную роль на пути к достижению основной цели развития медицины на современном этапе — персонализации, одним из основных инструментов которой является прецизионная профилактика — термин, который приобретает все большее значение по мере приближения к персонализированной медицине.
В настоящее время для метаболического профилирования используются следующие методы анализа: газовая хроматография-масс-спектрометрия, жидкостная хроматография-масс-спектрометрия, ядерно-магнитно-резонансная спектроскопия и спектрофотометрия.
Перспектива клинического применения метаболического профилирования предстает примерно следующей:
-
Сердечно-сосудистые заболевания: метаболическое профилирование позволяет оценить риск развития атеросклероза, ишемической болезни сердца, инсульта, а также помогает отслеживать эффективность лечения.
-
Диабет: метаболическое профилирование помогает выявить стадию предболезни, контролировать уровень глюкозы крови у пациентов с диабетом, предотвратить острые осложнения и оптимизировать терапию.
-
Ожирение: метаболическое профилирование позволяет оценить метаболический риск, связанный с ожирением, и разработать индивидуальную стратегию снижения массы тела.
-
Онкология: метаболическое профилирование может помочь в ранней диагностике некоторых видов рака, а также в прогнозировании 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 практической деятельности современных многопрофильных лечебных учреждений, таких как ГК «ММЦ», в настоящее время применяются главным образом традиционные методы лабораторной диагностики, основанные на доказанной значимости каждого изученного компонента внутренней среды организма в отдельности. В арсенале лабораторной службы клиник ГК «ММЦ» имеется возможность исследования любых клинико-лабораторных показателей: биохимических, гормональных, иммунологических, генетических, микро- и макроэлементов, витаминов, токсинов, аллергенов, онкомаркеров, морфологических особенностей клеток и тканей. Все, что предусмотрено современными стандартами диагностики, и даже сверх этого. Методы исследования представлены как по отдельности, так и сгруппированы в целевые программы обследования в зависимости от профиля патологии.
Однако пациентам «ММЦ» благодаря сотрудничеству клиник с партнерскими исследовательскими центрами 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 клинических симптомов, что позволяет выявить заболевания на ранней стадии, когда лечение наиболее эффективно.
-
Персонализация: профилирование позволяет получить индивидуальную картину метаболизма, что помогает разработать персонализированные стратегии профилактики и лечения.
-
Профилактика: понимание метаболических отклонений позволяет принимать превентивные меры, такие как коррекция диеты, физическая активность и изменение образа жизни, повышая осведомленность о факторах риска для здоровья и снижая угрозу развития хронических заболеваний.
-
Мониторинг: регулярное метаболическое профилирование позволяет отслеживать эффективность лечения и своевременно корректировать терапию.
-
Мотивация: у пациента появляется дополнительный стимул к улучшению образа жизни и общему благополучию, повышается степень ответственности за выполнение программы и приверженности к лечению.
Однако важно отметить, что метаболическое профилирование является лишь одним из инструментов в медицинской диагностике и требует дальнейших исследований и валидации для широкого клинического применения. Для получения более подробной информации о применении метаболического профилирования в конкретных случаях следует обратиться к квалифицированным медицинским специалистам различных профильных направлений клиник ГК «ММЦ».
Отсутствие к настоящему моменту достаточной доказательной базы в отношении диагностической значимости метаболического профилирования, отсутствие одобренных клинических рекомендаций, использование метаболического профилирования в рамках оказания медицинской помощи при обращении по поводу острых заболеваний и обострения хронических заболеваний, в целях планирования объема диспансерного наблюдения встречает методические и юридические ограничения к широкому применению метаболомики. Дополнительными трудностями являются высокая стоимость используемых методов анализа, сложность их интерпретации, а также подготовки пациента к исследованию. Все это требует выработки единых стандартов для получения сопоставимых результатов, что является залогом дальнейшего развития.
Однако в качестве направления развития собственной методологической базы, как система поиска новых персонализированных подходов к прогнозированию заболеваний, к разработке методов антивозрастной терапии, к контролю за эффективностью медицинской реабилитации исследование метаболических паттернов уже имеет перспективу использования. Дополнительным преимуществом можно также считать потенциальный мотивирующий эффект в отношении модификации образа жизни, повышение приверженности к соблюдению лечебных и профилактических рекомендаций.
Таким образом, ответы на вопросы:
- Являются ли метаболомные исследования альтернативой современным методам лабораторной диагностики? В настоящее время нет.
- Имеется ли перспектива широкого использования метаболомики в клинической практике персонализированной медицины будущего? Определенно да, но при условии накопления доказательной базы и совершенствования методологии.
