آناليز داده‌هاي متابونوميكس به‌دست آمده از طيف‌سنجي تشديد مغناطيس هسته 1H NMR جهت ارايه مسيرهاي متابوليكي بيماري آرتريت روماتوييد

H Nuclear magnetic resonance based metabonomics data analysis in rheumatoid arthritis

زمينه: آرتريت روماتوييد از بيماري‌هاي اكتسابي بافت هم‌بند مي‌باشد و داراي زير گروه‌هاي گوناگوني است كه دربيشتر اوقات علت اصلي آن را نمي‌توان مشخص نمود. هدف از اين مطالعه، كاربرد اسپكتروسكوپي 1HNMR جهت بررسي نماي متابوليكي و كسب اطلاعات بيوشيميايي خون انسان سالم و مقايسه متابولوم آن‌ها‌ با سرم خون بيمار آرتريت روماتوييدي فعال مي‌باشد. متابونوميكس بر پايه NMR، براي آناليز سريع نمونه‌هاي بيولوژيكي مناسب بوده و روش اسپكتروسكوپي 1HNMR، نسبت به‌روش‌هاي ديگر آناليز، ارجحيت دارد. آناليز بيماري به‌كمك تشديد مغناطيس هسته به تشخيص زود هنگام بيماري نيز منجر مي‌گردد. بديهي است، اين تشخيص زود هنگام مي‌تواند، تاثير زيادي در كيفيت زندگي و روند بهبود اين دسته از بيماران بنمايد. در اين مطالعه هدف ما بررسي پروفايل متابوليكي سرمي بيماران آرتريت روماتوييد به‌منظور شناسايي بيوماركر جديد و الگوي متابوليكي در اين بيماران مي‌باشد. مواد و روش‌ها: به منظور بررسي متابولوميكس بيماران آرتريت روماتوييد از سرم خون 16 بيمار كه در فاز فعال بيماري آرتريت روماتوييد بودند و 16 فرد سالم كه از نظر جنس و سن مشابه گروه بيمار بودند استفاده شد. در تمام نمونه‌ها، حضور فاكتور روماتوييدي آرتريت از طريق افزايش در مقدار T1 مايع سينوويال مفصلي نشان داده شده است. در اين مطالعه به كمك روش‌هاي PCA و PLSDA و همچنين نرم‌افزارهاي كنومكس و كد محاسباتي پرومتب در محيط متلب تمامي متابوليت‌هاي موجود در اين بيماري را طبقه‌‌بندي شد و يافته‌ها با بانك داده‌هاي متابوليتي HNMR (www.metabolomics.ca) مقايسه شد. همچنين آزمون‌هاي، ANA (Anti Nucleair Antibody) و Anti ccp (Anti cyclic citrullinated peptide) و اوره نيز به‌كمك روش الايزا و رنگ‌سنجي مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته‌ها: در اين بررسي، مسيرهاي متابوليكي كه بيشترين تغييرات را داشته‌اند عبارتند از مسير بيوسنتز هورمون‌هاي استروييدي، متابوليسم بيوتين، بيوسنتز اسيدهاي چرب، مسير بيوسنتز اسيدهاي آمينه والين، لوسين و ايزولوسين و همچنين متابوليسم اسيدهاي چرب لينولييك شناسايي شدند. نتيجه‌گيري: در بيماري روماتيسم و بيماري‌هاي مزمن التهابي، فعال شدن دستگاه دفاعي باعث مصرف بيش ازحد انرژي مي‌گردد، ATP بهترين منبع انرژي درون سلولي است و از مسيرهاي گليكوليزوفسفوريلاسيون اكسيداتيو به‌دست مي‌آيند. تغييرات مشاهده شده در مسير سنتز و ورود به سيكل كربس اسيدهاي آمينه والين و لوسين و همچنين سنتز اسيدهاي چرب آزاد نيز تاييد كننده نياز بالاي انرژي مي‌باشد. در اين افراد، افزايش سنتز و كاتابوليسم اسيدهاي چرب منجر به توليد استيل‌كوا و سنتز اجسام كتوني مي‌گردد. با توجه به اينكه بيماري روماتيسم زير گروه‌هاي مختلفي داشته، و نياز به روش‌هاي دقيق‌تري جهت تشخيص مي‌باشد، بنابراين پيشنهاد مي‌گردد با استفاده از الگوي به‌دست آمده از اين مطالعه مي‌توان به پيدايش بيوماركرهاي جديد در تشخيص زود هنگام بيماري روماتيسم كمك نمود.

Background: Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic, systematic inflammatory disorder that may affect many tissues and organs, but principally attacks synovial joints and it is a common rheumatic disease with many subtypes. Nuclear Magnetic resonance (1H NMR) spectrometers with high sensitivity, resolution and dynamic range has permitted the rapid, simultaneous investigation of complex mixtures of endogenous or exogenous components present in biological materials. Metabonomics is the systematic study of chemical finger print resulted from cell reactions and could be used as a new biomarker for early disease diagnosis. In the present investigation, we studied serum metabolic profile in rheumatoid arthritis (RA) in order to find out the metabolic finger print pattern of the disease. Materials and methods: In our metabonomics study serum samples were collected from 16 patients with active RA, and from equal number of healthy subjects. They were evaluated during a one-year follow-up with the assessment of disease activity and 1H NMR spectroscopy of sera samples. In all the cases, the presence of active rheumatoid arthritis was shown by an increase in the T1 values of the synovium of the joints. We specified and classified all metabolites using PCA, PLSDA chemometrics methods. Chenomx (Trail Version) and ProMetab codes in Matlab software environments were used for our data analysis. Results were compared with the NMR metabolite data bank (www.metabolomics.ca). Anti-CCP, ANA and urea were also analyzed by ElISA and colorimetric methods respectively. Results: The most changes identified in this study were in the biosynthesis pathways of steroid hormones, biotin, fatty acids, amino acids (Leucine, Valin and isoleucine) and also linoleic acid. Conclusion: In rheumatoid arthritis disease, the activation of the immune system consumes larg amounts of energy. The main donor of free energy in cells is ATP, which is generated by both glycolysis and oxidative phosphorylation. Changes in amino acids and free fatty acids biosynthesis pathways confirm the high energy utilization. In this disease, the increase in free fatty acid metabolism leads to production of Acetyl CoA and ketone bodies. Since there are many diseases subtype in rheumatoid arthritis, more sensitive diagnostic method is required. The result of our investigation suggests that metabolome profiling method could be used as a new biomarker for early diagnosis of rheumatoid arthritis disease.