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Descubrir vías metabólicas alteradas en enfermedades reumáticas con metabolómica.

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Metabolómica en reumatología

La reumatología se define en términos generales como una rama de la medicina centrada en un conjunto de trastornos con una característica común: la inflamación de los huesos, los músculos, las articulaciones y los órganos internos. Estas enfermedades incluyen varios tipos de artritis (reumatoide, reactiva, psoriásica y enteropática), varios tipos de poliangeítis (granulomatosa, microscópica, granulomatosis eosinofílica), arteritis, fibromialgia, osteoporosis, lupus y muchas otras.

El diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades reumáticas son complicados debido a la complejidad de cada afección. Aunque se han logrado avances significativos, sobre todo en el caso de la artritis reumatoide (AR) y la espondiloartritis, las enfermedades del tejido conjuntivo como el síndrome de Sjögren y el lupus eritematoso sistémico siguen siendo poco conocidas y difíciles de tratar. En general, el tratamiento de las enfermedades reumáticas (incluida la AR) se basa en el método de ensayo y error, debido a la falta de marcadores clínicos y biológicos fiables y reproducibles que informen sobre los mejores enfoques terapéuticos para pacientes concretos. Además, muchos de los tratamientos disponibles presentan efectos adversos graves, como toxicidad hepática y medular. Está claro que hacen falta tratamientos más fiables y seguros, y que son necesarios para una gama más amplia de enfermedades reumáticas.

La metabolómica puede ayudar a colmar estas lagunas complementando los datos genéticos, transcriptómicos y proteómicos para ofrecer una imagen más holística de la salud humana y de lo que falla durante la enfermedad. Varios estudios han implicado alteraciones del metabolismo -incluido el metabolismo lipídico- en enfermedades reumáticas, lo que subraya la importancia de los perfiles metabólicos para comprender plenamente estas complejas afecciones. Además, la metabolómica es un potente método de identificación de biomarcadores en las enfermedades reumáticas, que sienta las bases de los "sólidos modelos de tratamiento basados en biomarcadores" que muchos reumatólogos consideran el futuro de una atención mejorada e individualizada para los pacientes que padecen afecciones reumáticas.

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Descubra información funcional y práctica con la metabolómica

Se necesita más investigación para comprender las enfermedades inflamatorias, los diferentes impactos fisiológicos que tienen y la mejor manera de tratarlas terapéuticamente. Metabolon puede ayudar a los investigadores a identificar biomarcadores para desarrollar mejores diagnósticos y terapias de las enfermedades. La metabolómica global puede utilizarse para identificar una amplia gama de biomarcadores asociados con la gravedad y la progresión de las enfermedades o para seguir las respuestas a los tratamientos y las intervenciones dietéticas. A continuación, estos conocimientos pueden traducirse en biomarcadores procesables mediante el uso de paneles específicos de seguimiento.

Identificación de biomarcadores predictivos
Identificación de dianas terapéuticas
Identificación de posibles intervenciones dietéticas

Identificación de biomarcadores predictivos

La metabolómica facilita el descubrimiento de biomarcadores asociados a la gravedad de la enfermedad reumática y la inflamación sistémica. Mediante la identificación de metabolitos específicos correlacionados con una mayor o menor actividad de la enfermedad y la inflamación sistémica asociada a la enfermedad reumática, los investigadores pueden desarrollar herramientas de diagnóstico y biomarcadores para la estratificación de los pacientes en función de la actividad de la enfermedad y los marcadores inflamatorios circulantes. Estos biomarcadores tienen el potencial de revolucionar la asistencia sanitaria y la medicina personalizada. Un estudio metabolómico global a gran escala de pacientes con AR6 identificó varios metabolitos sanguíneos asociados tanto con la actividad de la enfermedad (alta o baja) como con la inflamación sistémica, independientemente del tratamiento. Este estudio sienta las bases para futuros estudios sobre el papel de los metabolitos sanguíneos circulantes en la predicción y el seguimiento de la patogénesis de esta compleja enfermedad.

Hur B, Gupta VK, Huang H. et al. Plasma metabolomic profiling in patients with rheumatoid arthritis identifies biochemical features predictive of quantitative disease activity. Arthritis Res Ther. 2021;23(1):164. doi: 10.1186/s13075-021-02537-4.

Identificación de dianas terapéuticas

La metabolómica ayuda a identificar metabolitos sanguíneos asociados al riesgo de osteoporosis. El aprovechamiento de los datos metabolómicos de cohortes a gran escala puede facilitar la identificación sólida y precisa de los metabolitos que aumentan el riesgo de osteoporosis de un individuo y convertirlos en posibles dianas terapéuticas. Mediante el cálculo de puntuaciones de riesgo genético para metabolitos séricos, seguido de un análisis multivariante y un análisis de vías metabólicas en conjuntos de datos del Biobanco del Reino Unido7, los investigadores identificaron metabolitos enriquecidos en el metabolismo de la cafeína; la biosíntesis de valina, leucina e isoleucina; la biosíntesis de aminoacil-ARNt; el ácido alfa linolénico; y el metabolismo del ácido linoleico, que desempeñan un papel en la progresión de la osteoporosis y el desarrollo de fracturas óseas. Estos datos sugieren que las intervenciones dietéticas y farmacológicas tempranas podrían prevenir o atenuar la progresión de la osteoporosis, incluida la prevención de la fractura ósea.

Yu X, Cao R, Yang Y, et al. Systematic evaluation for the causal effects of blood metabolites on osteoporosis: Puntuación de riesgo genético y aleatorización mendeliana. Front Public Health. 2022;10:905178. doi: 10.3389/fpubh.2022.905178.

Identificación de posibles intervenciones dietéticas

La metabolómica puede ayudar a identificar intervenciones dietéticas que pueden desempeñar un papel protector contra las enfermedades reumáticas. Y lo que es más importante, los datos metabolómicos también pueden ayudar a resolver los datos contradictorios de los estudios existentes, lo que permite a los investigadores comprender mejor el impacto de la dieta en el metabolismo y la enfermedad para poder desarrollar intervenciones dietéticas beneficiosas. Un estudio8 que aprovechó dos cohortes independientes del Estudio de Osteoporosis de Hong Kong (HKOS) evaluó la relación entre la densidad mineral ósea (DMO) en la osteoporosis y los componentes bioactivos del café, una bebida asociada con un menor riesgo de varias enfermedades pero con asociaciones inconsistentes con la DMO. Identificaron tres metabolitos -el acetilamino-6-formilamino-3-metiluracilo (AFMU), el 3-hidroxhipurato y la trigonelina- asociados con el consumo de café y también con una mayor DMO en determinadas zonas de la columna vertebral. Estos metabolitos deberían ser objeto de futuras investigaciones sobre la relación entre el metabolismo y la osteoporosis, y sobre el modo de aprovechar nuestros conocimientos al respecto para tratar esta enfermedad debilitante.

Chau, Y., Au, P.C.M., Li, G.H.Y.. et al. Metaboloma sérico del consumo de café y su asociación con la densidad mineral ósea: The Hong Kong Osteoporosis Study. J Clin Endocrinol Metab. 2020;105(3):dgz210. doi: 10.1210/clinem/dgz210

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Aplicaciones de la metabolómica a la investigación reumatológica

  • EDescubrimiento de biomarcadores
  • EInvestigación en medicina personalizada
  • EEstratificación de la gravedad de la enfermedad
  • EEstratificación de pacientes
  • EPredicción de la progresión de la enfermedad
  • EDescubrimiento y desarrollo de fármacos
  • EPredicción del riesgo de enfermedad
  • EComprender los mecanismos moleculares de las enfermedades
  • EComprender las asociaciones entre dieta y enfermedad
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"Los perfiles lipídicos alterados son frecuentes en las enfermedades reumáticas.... Se sabe poco sobre las interacciones entre el metabolismo lipídico, la función de las células inmunitarias y las enfermedades reumáticas. El inmunometabolismo puede ser vital en el desarrollo de las enfermedades reumáticas. Dada la importancia de los perfiles lipídicos y el metabolismo, se necesitan urgentemente más investigaciones sobre el mecanismo y las estrategias terapéuticas."

Cheng, W., Wang, Q., Zhou, B. et al.
Lipid Metabolism Profiles in Rheumatic Diseases (Perfiles del metabolismo lipídico en las enfermedades reumáticas). Front Pharmacol 12 (2021). https://doi.org/10.3389/fphar.2021.643520

Identificación de metabolitos plasmáticos que predicen la actividad cuantitativa de la enfermedad en la artritis reumatoide

La artritis reumatoide (AR) es una enfermedad autoinmune inflamatoria crónica que puede causar erosión ósea y cartilaginosa, deformidad articular, pérdida de movilidad y daños orgánicos. Sin embargo, tanto los síntomas como las respuestas al tratamiento pueden variar mucho de un paciente a otro. Independientemente de los síntomas o de la respuesta al tratamiento, la inflamación desempeña un papel clave en la AR, y las medidas clínicas para estratificar la actividad de la enfermedad suelen incluir medidas de inflamación, como la proteína C reactiva (PCR). Dado que el metabolismo celular y tisular suele estar alterado en los trastornos autoinmunitarios, varios estudios han explorado la posibilidad de aprovechar las firmas metabólicas de la AR para estratificar a los pacientes según la gravedad de la enfermedad. Sin embargo, hasta hace poco no se habían realizado perfiles metabolómicos globales a gran escala en la AR. Para colmar esta laguna, los investigadores analizaron los metabolomas plasmáticos de pacientes con AR y los correlacionaron con varias medidas clínicas de la actividad de la enfermedad. Los resultados de este estudio respaldan el uso de la metabolómica para estratificar a los pacientes con AR en función de la actividad de la enfermedad y los marcadores de inflamación.

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Figura 1. Diagrama de Venn Diagrama de Venn de todos los metabolitos plasmáticos identificados mediante la estrategia de descubrimiento multienfoque. Se identificó un total de 67 metabolitos únicos, de los cuales 40 no presentaban ninguna asociación con el uso del tratamiento. En particular, ocho metabolitos (6-bromotriptófano, bilirrubina (E,E), biliverdina, glucuronato, N-acetiltriptófano, N-acetiltirosina, serina y trigonelina) en negrita no sólo se detectaron de forma consistente en ambos enfoques analíticos, sino que tampoco se asociaron con el uso de ningún tratamiento. Los círculos coloreados indican metabolitos cuya abundancia se asocia con el uso del tratamiento. Se observó que los metabolitos con triángulos rojos tenían abundancias crecientes con el empeoramiento de la actividad de la enfermedad, mientras que los metabolitos con triángulos azules tenían abundancias decrecientes con el empeoramiento de la actividad de la enfermedad.

El grupo de investigación utilizó la plataforma Global Discovery de Metabolonpara perfilar 128 metabolomas plasmáticos de 64 pacientes con AR, además de una cohorte de validación de 12 pacientes adicionales con AR. A partir de los datos resultantes, los investigadores fueron capaces de identificar metabolitos clave asociados con la actividad de la enfermedad y los niveles circulantes de PCR, lo que sugiere que la metabolómica sanguínea puede servir como un método válido para controlar tanto la progresión de la enfermedad como la inflamación sistémica en la AR. Este estudio fue el primer estudio de metabolómica plasmática realizado en AR que demostró el valor predictivo de los metabolitos sanguíneos para la actividad de la enfermedad de AR y la inflamación sistémica asociada. Metabolon ayudó a los investigadores a identificar metabolitos clave, incluidos varios que ya se habían implicado anteriormente en la AR. Otros estudios pueden consolidar el papel de los metabolitos sanguíneos circulantes en la predicción y el seguimiento de la patogénesis de esta compleja enfermedad.

Hur B, Gupta VK, Huang H. et al. Plasma metabolomic profiling in patients with rheumatoid arthritis identifies biochemical features predictive of quantitative disease activity. Arthritis Res Ther. 2021;23(1):164. doi: 10.1186/s13075-021-02537-4.

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