Het sequencen van het menselijk genoom zorgde voor een revolutie in de geneeskunde, maar wetenschappers beseften al snel dat genetische blauwdrukken alleen de activiteiten van het lichaam niet konden onthullen. Dit vereist inzicht in het proteoom – alle eiwitten die tot expressie worden gebracht door onze genen en die deel uitmaken van de cellulaire machinerie die de meeste lichaamsfuncties uitvoert. Nu vult een andere groep moleculen, liposomen genaamd – alle lipiden in ons lichaam – meer details van de menselijke fysiologie in.
Menselijke liposomen, die alle lipiden in het menselijk lichaam omvatten, worden van toenemend belang vanwege hun rol in de menselijke fysiologie, vooral de directe invloed van voeding en darmmicroben, en hun potentieel bij ziekteinterventie, vooral bij ziekten zoals diabetes type 2. In een recente studie werd diepgaand gekeken naar liposomen, waarbij hun relatie met gezondheidskenmerken zoals insulineresistentie, veroudering en reactie op infecties werd onthuld, evenals hun potentieel om biologische veroudering te voorspellen en gezondheidsinterventies te begeleiden.
Lipiden zijn een grote klasse van vette of olieachtige kleine moleculen, waaronder triglyceriden, cholesterol, hormonen en sommige vitamines. In ons lichaam vormen ze celmembranen, dienen ze als cellulaire boodschappers en slaan ze energie op; ze spelen een sleutelrol bij het reageren op infecties en het reguleren van de stofwisseling.
Ons genoom is in principe stabiel. Ons proteoom wordt, hoewel beïnvloed door gezondheid en omgeving, grotendeels bepaald door de codering van genen. Daarentegen kunnen onze liposomen direct worden veranderd, deels door wat we eten en welke microben in onze darmen leven, waardoor liposomen plastischer worden en misschien beter reageren op interventies. Het aantal en de verscheidenheid aan lipidemoleculen (minstens duizenden) maken ze echter moeilijk te bestuderen.
"Lipiden zijn nog maar zeer weinig bestudeerd", aldus Michael Snyder, Ph.D., W. Ascherman, MD, FACS hoogleraar genetica aan Stanford University. "Ze zijn betrokken bij bijna elk proces in het lichaam, maar omdat ze zo heterogeen en talrijk zijn, kennen we de ware rol van de meeste lipiden misschien niet."
Een nieuwe studie van het laboratorium van Snyder, gepubliceerd op 11 september in het tijdschrift Nature Metabolism, is een van de eersten die een diepgaande blik werpt op menselijke liposomen en nagaat hoe deze veranderen in gezondheid en ziekte, vooral tijdens de ontwikkeling van diabetes type 2.
Meer dan 100 deelnemers, waaronder velen met een hoog risico op diabetes, werden negen jaar lang gevolgd, waarbij elke drie maanden bloedmonsters werden verstrekt als ze gezond waren en om de paar dagen als ze ziek waren.
Met behulp van massaspectrometrie, een techniek die verbindingen scheidt op basis van moleculaire massa en lading, catalogiseerden de onderzoekers ongeveer 800 lipiden en hun relatie tot insulineresistentie, virale infecties, veroudering en meer.
De onderzoekers ontdekten dat hoewel de liposomen van elke persoon een uniek profiel hadden en in de loop van de tijd stabiel bleven, bepaalde soorten lipiden voorspelbaar veranderden naarmate de gezondheid van een persoon vorderde.
Meer dan de helft van de gecatalogiseerde lipiden houdt bijvoorbeeld verband met insulineresistentie, wat resulteert in diabetes type 2 wanneer de lichaamscellen geen insuline kunnen gebruiken om glucose uit het bloed te halen. Hoewel insulineresistentie kan worden gediagnosticeerd door de bloedsuikerspiegel te meten, kan het begrijpen van veranderingen in liposomen helpen de biologische processen die daarbij spelen bloot te leggen.
"Elk molecuul dat geassocieerd is met een ziekte heeft de mogelijkheid om ons meer over het mechanisme te vertellen en mogelijk een doelwit te worden dat de ziekteprogressie beïnvloedt", zegt Daniel Hornberg, Ph.D., een voormalig postdoc in het laboratorium van Snyder en co-eerste auteur van de studie.
De onderzoekers identificeerden ook meer dan 200 lipiden die fluctueren tijdens virale infecties van de luchtwegen. De stijging en daling van deze lipidenniveaus komen overeen met het hogere energiemetabolisme en de ontstekingsreactie van het lichaam in de vroege stadia van de infectie en kunnen het traject van de ziekte aangeven. Mensen met insulineresistentie vertonen enkele afwijkingen in deze reacties op infecties en een zwakkere reactie op vaccinatie.
De deelnemers varieerden in leeftijd, van 20 tot 79 jaar, en de onderzoeksperiode was lang, waardoor de onderzoekers konden observeren hoe liposomen veranderen naarmate ze ouder worden. Ze ontdekten dat de meeste lipiden, zoals cholesterol, toenemen met de leeftijd, maar dat een paar, waaronder omega-3-vetzuren, afnemen met de leeftijd. Bovendien treden deze tekenen van veroudering bij liposomen niet bij iedereen in dezelfde mate op. Insulineresistentie lijkt bijvoorbeeld het optreden van deze symptomen te versnellen.
"Dit roept een interessante vraag op: of lipidenprofielen kunnen voorspellen of de biologische veroudering van een persoon sneller of langzamer verloopt", zegt SiWu, Ph.D., co-eerste auteur van de studie en een andere voormalige postdoc in het laboratorium van Snyder.
Een andere verrassende bevinding, zei Wu, was dat bepaalde lipiden, zoals ethergebonden fosfatidylethanolamine, dat als een antioxidant wordt beschouwd en betrokken is bij celsignalering, nauw verband hielden met een betere gezondheid. Ze zouden kandidaten kunnen zijn voor nieuwe manieren om de gezondheid te monitoren, of zelfs als voedingssupplementen.
Vervolgens hoopt het laboratorium van Snyder voort te bouwen op aanwijzingen uit dit brede onderzoek om de correlaties tussen specifieke lipiden en veranderingen in levensstijl te bestuderen.