Aplicaciones | Función inmunitaria y enfermedad
Función inmunitaria y enfermedad
Descodificación de las vías metabólicas en la función inmunitaria y las enfermedades.
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Metabolómica en inmunología
La investigación inmunológica se enfrenta continuamente a la necesidad de descifrar respuestas inmunitarias complejas y sus variaciones en distintas condiciones patológicas. Los investigadores se enfrentan a la heterogeneidad de las respuestas inmunitarias y, en particular, a su manifestación en diversas enfermedades relacionadas con el sistema inmunitario, como los trastornos autoinmunitarios, las alergias y las inmunodeficiencias. Identificar biomarcadores específicos y comprender las matizadas interacciones dentro del sistema inmunitario requiere métodos que vayan más allá de los enfoques tradicionales para ofrecer una visión más granular y dinámica de la función inmunitaria.
La metabolómica tiene el potencial de beneficiar enormemente a la investigación inmunológica al ofrecer información sobre los cambios metabólicos que se producen durante las respuestas inmunitarias. Ayuda a identificar los metabolitos que intervienen en la activación y diferenciación de las células inmunitarias, arrojando luz sobre los mecanismos que subyacen a las respuestas inmunitarias. Además, la metabolómica facilita el descubrimiento de biomarcadores asociados a diversas afecciones relacionadas con el sistema inmunitario, lo que permite la detección precoz de enfermedades y la personalización de los tratamientos. Desempeña un papel crucial en el desarrollo de fármacos, ayudando a evaluar los efectos metabólicos de los medicamentos inmunomoduladores y contribuyendo a las estrategias de inmunoterapia personalizada. La metabolómica también desentraña la intrincada interrelación entre el sistema inmunitario y el metabolismo, influye en el desarrollo de vacunas y mejora nuestra comprensión de las interacciones huésped-patógeno durante las enfermedades infecciosas. Al integrar la metabolómica con otras tecnologías ómicas, los investigadores pueden adoptar un enfoque holístico de biología de sistemas para avanzar en la investigación inmunológica y desarrollar terapias específicas para trastornos relacionados con el sistema inmunitario.
Descubra información funcional y práctica con la metabolómica
Se necesita más investigación para comprender los complejos mecanismos del sistema inmunitario humano y cómo influye y es influido por diversos factores en las enfermedades. Metabolon puede ayudar a los investigadores a obtener la resolución fenotípica necesaria para comprender y aprovechar las respuestas inmunitarias. Los paneles de metabolitos globales y no dirigidos pueden proporcionar información procesable sobre nuevos biomarcadores para ayudar en el desarrollo de terapias eficaces para los trastornos inmunológicos.
Estratificación de pacientes
La metabolómica proporciona información que ayuda a caracterizar los fenotipos.Comprender las diferencias fenotípicas ayuda a estratificar a los pacientes y revela los factores que contribuyen al fenotipo para dilucidar los mecanismos de la enfermedad.Por ejemplo, en un estudio publicado en iScience, se utilizó la metabolómica para trazar el perfil de los controladores de élite seropositivos al VIH-1, que son individuos infectados por el VIH-1 que pueden suprimir la replicación vírica en ausencia de terapia antirretrovírica.
Los resultados del análisis metabolómico destacaron el papel de la inflamación de bajo nivel y el estrés oxidativo a niveles fisiológicos como factores importantes que contribuyen al fenotipo de control de élite.
Sperk M, Mikaeloff F, Svensson-Akusjärvi S, et al. Distinct lipid profile, low-level inflammation, and increased antioxidant defense signature in HIV-1 elite control status. iScience. 2021;24(2):102111. doi:10.1016/j.isci.2021.102111
Caracterización de la respuesta al tratamiento
La metabolómica puede identificar cambios metabólicos en respuesta a la terapia farmacológica para mejorar los regímenes de tratamiento y apoyar enfoques de medicina personalizada.Por ejemplo, se realizó metabolómica en muestras de plasma de pacientes con esclerosis múltiple remitente recidivante que recibieron dimetilfumarato.Los resultados mostraron que el tratamiento con dimetilfumarato alteraba el metabolismo lipídico aumentando los niveles de múltiples fosfolípidos y reduciendo los de varios ácidos grasos, cambios que se asociaban a parámetros inmunológicos como el recuento absoluto de linfocitos.
Bhargava P, Fitzgerald KC, Venkata SLV, et al. El tratamiento con dimetilfumarato induce alteraciones del metabolismo lipídico que están relacionadas con cambios inmunológicos. Ann Clin Transl Neurol. 2019;6(1):33-45. doi: 10.1002/acn3.676
Descubrimiento de biomarcadores de diagnóstico
La metabolómica puede revelar nuevas vías metabólicas desreguladas en diversas enfermedades inmunitarias.Por ejemplo, la adenomiosis es una afección ginecológica en la que el endometrio crece dentro de la pared uterina.En un estudio publicado en iScience se utilizaron muestras no invasivas de lavado cervicovaginal combinadas con metabolómica para identificar biomarcadores metabólicos que podrían utilizarse para detectar la adenomiosis y ayudar a comprender cómo desregula el sistema inmunitario.De hecho, el análisis de enriquecimiento mostró que el metabolismo de la pirimidina, la síntesis de carnitina y el metabolismo de la histidina/histamina eran vías significativamente reguladas al alza en la adenomiosis.
Lorentzen GM, Łaniewski P, Cui H, et al. Immunometabolic profiling of cervicovaginal lavages identifies key signatures associated with adenomyosis. iScience. 2022;25(12):105508. doi:10.1016/j.isci.2022.105508
Aplicaciones de la metabolómica a la investigación de la función inmunitaria y las enfermedades
- EDescubrimiento de biomarcadores
- EInvestigación en medicina personalizada
- EInvestigación en medicina de precisión
- ESeguimiento de la respuesta al tratamiento
- EDetección precoz de vías alteradas
- EDescubrimiento y desarrollo de fármacos
- EComprender los mecanismos moleculares de las enfermedades
- EEstratificación de pacientes
- EIdentificación de asociaciones entre metabolismo e inmunidad
"Aunque está claro que los microbios del intestino pueden inducir por sí mismos cambios en la inmunidad del huésped, los metabolitos microbianos están empezando a desempeñar un papel fundamental".
Simpkins DA, Downton P, Gray KJ, et al.
Consecuencias de la artritis inflamatoria inducida por colágeno en la regulación circadiana del microbioma intestinal. FASEB J. 2023;37(1):e22704. doi:10.1096/fj.202201728R
Metabolómica para comprender la función inmunitaria
Los controladores de élite del VIH son un grupo raro pero heterogéneo de individuos infectados por el VIH que pueden suprimir la replicación viral a pesar de no estar en tratamiento antirretroviral (TAR). Se trata de una población poco frecuente que mantiene niveles bajos de VIH en la sangre durante un periodo prolongado sin mostrar ningún síntoma clínico de infección por VIH ni de progresión hacia el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Los investigadores creen que esta población podría ser la clave para desarrollar nuevas terapias contra el VIH; sin embargo, siguen sin estar claros los mecanismos por los que los controladores de élite del VIH consiguen la supresión vírica. Se cree que una parte importante del mantenimiento de cargas virales indetectables puede atribuirse a factores del huésped más que a factores virales. La metabolómica ofrece una oportunidad única para descubrir cómo los controladores de élite del VIH permanecen libres de síntomas sin TAR.
Los investigadores utilizaron el Global Discovery Panel para identificar 950 metabolitos en las muestras de plasma de controladores de élite del VIH, progresores virémicos (VP) y sujetos de control sanos (HC). La mayoría de estos metabolitos pertenecían a la clase de los lípidos (49%), seguidos de los aminoácidos (21%). Los VP presentaban niveles más bajos de varios lípidos en comparación con los controladores de élite del VIH y los HC, incluidos los metabolitos pertenecientes a los ácidos grasos poliinsaturados, los lisofosfolípidos, el metabolismo de los fosfolípidos o el lisoplasmalógeno. Por el contrario, los niveles de diacilglicerol fueron más elevados en los VP y se mantuvieron sin cambios en los controladores de élite del VIH en comparación con los HC. Los niveles de acilcolinas y colina aumentaron en los controladores de élite del VIH en relación con los HC y VP, lo que hace que estos biomarcadores sean exclusivos de los controladores de élite del VIH.
La metabolómica no dirigida también demostró que los controladores de élite del VIH presentan un estrés oxidativo reducido. El glutatión es un antioxidante que ayuda a resistir el estrés oxidativo. En comparación con los PV, los controladores de élite del VIH mostraron un aumento significativo de S-adenosilhomocisteína (SAH), los precursores del glutatión cisteína y glicina; los antioxidantes derivados de la cisteína hipotaurina y taurina, así como los intermediarios del ciclo del glutatión cisteinilglicina, 5-oxoprolina, glutamato, metionina y varios aminoácidos gamma-glutamilos. Estos datos sugieren que los controladores de élite del VIH presentan una mayor actividad de defensa antioxidante que los VP. Los datos también muestran que los HC y los controladores de élite del VIH tienen niveles similares de estrés oxidativo y defensa antioxidante. Esta firma sugiere que los controladores de élite del VIH, pero no los VP, pueden mantener la homeostasis redox a niveles observados en individuos no infectados por el VIH (HC).
Sperk M, Mikaeloff F, Svensson-Akusjärvi S, et al. Distinct lipid profile, low-level inflammation, and increased antioxidant defense signature in HIV-1 elite control status. iScience. Feb 19 2021;24(2):102111. doi:10.1016/j.isci.2021.102111. Disponible bajo CC BY 4.0
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