Изменения липидома крови связаны с болезнями и старением

Команда из Стэнфордского университета и других научных центров США отслеживала состав и уровни липидов в крови сотен людей, выявляя взаимосвязи липидных профилей со здоровьем, болезнями, старением и метаболическими особенностями. Человеческий липидом изучен значительно меньше, чем геном человека, отметил первый автор статьи Дэниел Хорнбург, на момент публикации сотрудник лаборатории Майкла Снайдера в Стэнфорде. Снайдер знаменит не только своим вкладом в развитие РНК-секвенирования и транскриптомики: он один из пионеров медицинского мультиомного профилирования.

Между тем липиды не просто депо энергии: они поддерживают структуру клеточных мембран, играют важную роль в передаче сигналов и регуляции метаболизма. Аномальные липидные профили связаны с метаболическим синдромом, диабетом второго типа, раком, нефропатией, сердечно-сосудистыми, нейродегенеративными, инфекционными заболеваниями. Исследователи предположили, что отслеживая динамику липидных профилей в крови человека, можно выявить потенциальные биомаркеры старения, воспаления, начала или прогрессирования болезни, а также лучше понять биологические механизмы, лежащие в основе всех этих процессов.

Липидные профили крови и других тканей в некотором смысле более персонализированны, чем транскриптом, протеом или общий метаболом; они отражают индивидуальные генетические особенности людей, их образа жизни, состава микробиома, возраста. Липиды «участвуют практически во всем, — говорит Майкл Снайдер, — но поскольку они настолько гетерогенны и их так много, мы, вероятно, не знаем, что именно делает большинство липидов».

Используя тройную квадрупольную масс-спектрометрию (TQMS) и разделение по дифференциальной подвижности, исследователи профилировали 846 видов липидов, включая триацилглицерины, фосфатидилэтаноламины, лизофосфатидилхолины, лизофосфатидилэтаноламины, эфиры холестерина и церамиды. Более 1500 образцов крови для исследования собрали у 112 участников, охватывая промежутки от двух до девяти лет. Во время исследования участники старели, заболевали и выздоравливали, у некоторых развилась резистентность к инсулину. Пока человек был здоров, образцы брали раз в три месяца, а во время болезней — каждые несколько дней.

Команда проанализировала липидомные данные участников, дополнив ими собранные ранее геномные, транскриптомные, протеомные, метаболомные данные, а также данные по составу микробиома на основе генов 16S-рибосомной РНК. Это позволило отследить сложные изменения состава липидов, которые совпадали по времени с нормальным старением, а также те, которые сопровождали острые или хронические заболевания, от вирусных инфекций до рака и нарушений метаболизма.

С возрастом уменьшается содержание полиненасыщенных жирных кислот, жирных кислот омега-3, 18:3 и 18:2, увеличивается содержание провоспалительных эфиров холестерина, церамидов, сфингомиелинов, арахидоновой кислоты и ненасыщенных жирных кислот. Динамика липидных профилей, включая возрастное снижение содержания жирных кислот омега-3 и повышение уровня холестерина, варьировала у разных людей. Тем не менее некоторые устойчивые характеристики были четко связаны с конкретными состояниями здоровья или заболеваниями. В частности, присутствие эфирсвязанных фосфатидилэтаноламинов, клеточных сигнальных липидов с предполагаемой антиоксидантной ролью, коррелирует с чувствительностью к инсулину и другими положительными показателями здоровья.

С другой стороны, у людей с резистентностью к инсулину зафиксированы изменения липидных профилей, ассоциированные с иммунитетом, и более быстрые, чем обычно, изменения концентраций некоторых возрастных липидов. Исследование «поднимает интересный вопрос о том, могут ли липидные профили предсказать, будет ли человек биологически стареть быстрее или медленнее», — говорит соавтор исследования Си Ву, постдокторант из лаборатории Снайдера.

Во время вирусной инфекции изменялись концентрации сотен липидов, при этом паттерны изменения у людей с инсулинорезистентностью или без нее опять-таки различались. Отсюда следует, что ответ на инфекцию связан с тем, насколько здоровый метаболизм у больного. Интересно, что лизофосфатидилхолины, повышенное содержание которых авторы наблюдали во время воспаления, оказывали терапевтические эффекты при внутрибрюшинном введения мышам с тяжелыми инфекциями за счет рекрутирования и модуляции иммунных клеток. Авторы также обнаружили специфические ассоциации некоторых липидов с цитокинами и хемокинами, что проливает свет на возможную регуляторную роль этих липидов.

По мнению авторов, изменения уровней липидов человека с помощью диетических или других вмешательств — например, воздействия на ферменты липидного метаболизма — могут влиять на исход инфекции и на другие клинические фенотипы, такие как резистентность к инсулину, острое и хроническое воспаление и старение.

Липидный профиль плазмы крови изменяется при психическом заболевании