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Fonction immunitaire et maladie
Décoder les voies métaboliques dans la fonction immunitaire et les maladies.
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Métabolomique en immunologie
La recherche en immunologie est constamment confrontée à la nécessité de décrypter les réponses immunitaires complexes et leurs variations selon les pathologies. Les chercheurs s'interrogent sur l'hétérogénéité des réponses immunitaires, notamment sur leur manifestation dans diverses maladies d'origine immunitaire telles que les maladies auto-immunes, les allergies et les déficits immunitaires. L'identification de biomarqueurs spécifiques et la compréhension des interactions subtiles au sein du système immunitaire nécessitent des méthodes qui dépassent les approches traditionnelles pour offrir une vision plus fine et dynamique de la fonction immunitaire.
La métabolomique a le potentiel d'apporter un bénéfice considérable à la recherche en immunologie en offrant un aperçu des changements métaboliques qui se produisent lors des réponses immunitaires. Elle contribue à l'identification des métabolites impliqués dans l'activation et la différenciation des cellules immunitaires, éclairant ainsi les mécanismes à l'origine des réponses immunitaires. De plus, la métabolomique facilite la découverte de biomarqueurs associés à diverses affections immunitaires, permettant une détection précoce des maladies et des approches thérapeutiques personnalisées. Elle joue un rôle crucial dans le développement de médicaments, en aidant à évaluer les effets métaboliques des médicaments immunomodulateurs et en contribuant à des stratégies d'immunothérapie personnalisées. La métabolomique éclaircit également les interactions complexes entre le système immunitaire et le métabolisme, influence le développement de vaccins et améliore notre compréhension des interactions hôte-pathogène lors de maladies infectieuses. En intégrant la métabolomique à d'autres technologies omiques, les chercheurs peuvent adopter une approche holistique de la biologie des systèmes pour faire progresser la recherche en immunologie et développer des thérapies ciblées pour les troubles immunitaires.
Découvrir des informations fonctionnelles et exploitables grâce à la métabolomique
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les mécanismes complexes du système immunitaire humain et la manière dont il affecte et est affecté par divers facteurs de maladie. Metabolon peuvent aider les chercheurs à obtenir la résolution phénotypique nécessaire pour comprendre et exploiter les réponses immunitaires. Des panels de métabolites globaux et non ciblés peuvent fournir des informations exploitables sur de nouveaux biomarqueurs afin de contribuer au développement de thérapies efficaces contre les troubles immunitaires.
Stratification des patients
La métabolomique fournit des informations permettant de caractériser les phénotypes. Comprendre les différences phénotypiques facilite la stratification des patients et révèle les facteurs contribuant au phénotype, permettant ainsi d'élucider les mécanismes de la maladie. Par exemple, dans une étude publiée dans iScience, la métabolomique a été utilisée pour établir le profil des contrôleurs d'élite VIH-1 positifs, c'est-à-dire des personnes infectées par le VIH-1 capables de supprimer la réplication virale en l'absence de traitement antirétroviral.
Les résultats de l’analyse métabolomique ont mis en évidence le rôle de l’inflammation de faible intensité et du stress oxydatif aux niveaux physiologiques comme facteurs importants contribuant au phénotype de contrôle d’élite.
Sperk M, Mikaeloff F, Svensson-Akusjärvi S, et al. Profil lipidique distinct, inflammation de faible intensité et signature de défense antioxydante accrue chez les patients présentant un statut de contrôle élite du VIH-1. iScience. 2021 ; 24(2) : 102111. doi : 10.1016/j.isci.2021.102111
Caractérisation de la réponse au traitement
La métabolomique permet d'identifier les modifications métaboliques en réponse aux traitements médicamenteux afin d'optimiser les schémas thérapeutiques et de soutenir les approches de médecine personnalisée. Par exemple, des analyses métabolomiques ont été réalisées sur des échantillons de plasma de patients atteints de sclérose en plaques rémittente-récurrente ayant reçu du fumarate de diméthyle. Les résultats ont montré que le traitement par DMF modifiait le métabolisme lipidique en augmentant les taux de plusieurs phospholipides et en réduisant ceux de plusieurs acides gras, modifications associées à des paramètres immunologiques tels que le nombre absolu de lymphocytes.
Bhargava P, Fitzgerald KC, Venkata SLV, et al. Le traitement au fumarate de diméthyle induit des altérations du métabolisme lipidique liées à des modifications immunologiques. Ann Clin Transl Neurol. 2019 ; 6(1) : 33-45. doi : 10.1002/acn3.676
Découverte de biomarqueurs diagnostiques
La métabolomique peut révéler de nouvelles voies métaboliques dérégulées dans diverses maladies immunitaires. Par exemple, l'adénomyose est une affection gynécologique caractérisée par la croissance de l'endomètre dans la paroi utérine. Une étude publiée dans iScience a utilisé un prélèvement non invasif par lavage cervico-vaginal associé à la métabolomique pour identifier des biomarqueurs métaboliques permettant de détecter l'adénomyose et de comprendre son dysfonctionnement du système immunitaire. En effet, une analyse d'enrichissement a montré que le métabolisme des pyrimidines, la synthèse de la carnitine et le métabolisme de l'histidine/histamine étaient des voies significativement régulées à la hausse dans l'adénomyose.
Lorentzen GM, Łaniewski P, Cui H, et al. Le profilage immunométabolique des lavages cervico-vaginaux identifie les signatures clés associées à l'adénomyose. iScience. 2022 ; 25(12) : 105508. doi : 10.1016/j.isci.2022.105508
Applications de la métabolomique pour la recherche sur la fonction immunitaire et les maladies
- EDécouverte de biomarqueurs
- ERecherche en médecine personnalisée
- ERecherche en médecine de précision
- ESuivi de la réponse au traitement
- EDétection précoce des voies altérées
- EDécouverte et développement de médicaments
- EComprendre les mécanismes moléculaires des maladies
- EStratification des patients
- E Identification des associations métabolisme-immunité
« S’il est clair que les microbes présents dans l’intestin peuvent eux-mêmes induire des changements dans l’immunité de l’hôte, les métabolites microbiens semblent jouer un rôle essentiel. »
Simpkins DA, Downton P, Gray KJ, et al.
Conséquences de l'arthrite inflammatoire induite par le collagène sur la régulation circadienne du microbiote intestinal. FASEB J. 2023;37(1):e22704. doi: 10.1096/fj.202201728R
Aperçu de la métabolomique sur la fonction immunitaire
Les contrôleurs d'élite du VIH constituent un groupe rare mais hétérogène de personnes infectées par le VIH, capables de supprimer la réplication virale sans être sous traitement antirétroviral (TAR). Il s'agit d'une population rare qui maintient un faible taux de VIH dans le sang pendant une période prolongée sans présenter de symptômes cliniques d'infection par le VIH ni de progression vers le syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA). Les chercheurs pensent que cette population pourrait détenir la clé du développement de nouveaux traitements contre le VIH ; cependant, les mécanismes par lesquels les contrôleurs d'élite du VIH parviennent à supprimer la charge virale restent flous. On pense qu'une part importante du maintien d'une charge virale indétectable peut être attribuée à des facteurs liés à l'hôte plutôt qu'à des facteurs viraux. La métabolomique offre une opportunité unique de comprendre comment les contrôleurs d'élite du VIH restent asymptomatiques sans TAR.
Les chercheurs ont utilisé le Global Discovery Panel pour identifier 950 métabolites dans les échantillons plasmatiques de sujets VIH élites contrôleurs, de sujets virémiques progresseurs (VP) et de sujets témoins sains (TC). La plupart de ces métabolites appartenaient à la classe des lipides (49 %), suivis des acides aminés (21 %). Les VP présentaient des taux inférieurs de plusieurs lipides par rapport aux sujets VIH élites contrôleurs et aux TC, notamment des métabolites appartenant aux acides gras polyinsaturés, aux lysophospholipides, au métabolisme des phospholipides ou au lysoplasmalogène. En revanche, les taux de diacylglycérol étaient plus élevés chez les VP et inchangés chez les sujets VIH élites contrôleurs que chez les TC. Les taux d'acylcholines et de choline étaient plus élevés chez les sujets VIH élites contrôleurs que chez les TC et les VP, ce qui rend ces biomarqueurs spécifiques aux sujets VIH élites contrôleurs.
La métabolomique non ciblée a également démontré que les contrôleurs d'élite du VIH présentent un stress oxydatif réduit. Le glutathion est un antioxydant qui aide à résister au stress oxydatif. Par rapport à VP, les contrôleurs d'élite du VIH ont montré une augmentation significative de la S-adénosylhomocystéine (SAH), des précurseurs du glutathion (cystéine et glycine), des antioxydants dérivés de la cystéine (hypotaurine et taurine), ainsi que des intermédiaires du cycle du glutathion (cystéinylglycine, 5-oxoproline, glutamate, méthionine et plusieurs acides aminés gamma-glutamyl). Ces données suggèrent que les contrôleurs d'élite du VIH présentent une activité de défense antioxydante supérieure à celle de VP. Les données montrent également que les contrôleurs d'élite HC et VIH présentent des niveaux de stress oxydatif et de défense antioxydante similaires. Cette signature suggère que les contrôleurs d'élite du VIH, mais pas VP, peuvent maintenir l'homéostasie redox aux niveaux observés chez les personnes non infectées par le VIH (HC).
Sperk M, Mikaeloff F, Svensson-Akusjärvi S, et al. Profil lipidique distinct, inflammation de faible intensité et signature de défense antioxydante accrue chez les patients témoins d'élite du VIH-1. iScience. 19 février 2021 ; 24(2) : 102111. doi : 10.1016/j.isci.2021.102111 . Disponible sous licence CC BY 4.0.
Publications et citations sur la fonction immunitaire et les maladies
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