Jeśli mózg przestaje prawidłowo reagować na insulinę (insulinooporność), może to prowadzić do nadwagi, cukrzycy oraz choroby Alzheimera. Naukowcy z Niemieckiego Centrum Badań nad Cukrzycą (DZD) w Poczdamie i Tybindze odkryli niewielkie chemiczne modyfikacje materiału genetycznego (tzw. zmiany epigenetyczne*) we krwi, które wskazują, jak dobrze mózg reaguje na insulinę. Markery te mogą pomóc w wykrywaniu insulinooporności mózgu za pomocą prostego badania krwi. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Science Translational Medicine.
– Insulina nie tylko uczestniczy w metabolizmie, ale odgrywa także kluczową rolę w mózgu w zakresie funkcji poznawczych, regulacji apetytu oraz homeostazy energetycznej – wyjaśnia prof. dr Stephanie Kullmann, badaczka w Instytucie Badań nad Cukrzycą i Chorobami Metabolicznymi (IDM) Helmholtz Munich przy Uniwersytecie w Tybindze, pierwsza autorka publikacji. Dotychczas wykrywanie insulinooporności mózgu było kosztowne i czasochłonne, a biomarkery nie były dostępne. – Nasze nowe badanie pokazuje, że możemy uzyskać sygnatury epigenetyczne z krwi, które bardzo precyzyjnie wskazują, czy mózg wciąż reaguje na insulinę, czy też przestał to robić – mówi prof. dr Annette Schürmann z Niemieckiego Instytutu Żywienia Człowieka w Poczdam-Rehbruecke (DIfE).
Precyzyjna klasyfikacja dzięki uczeniu maszynowemu
Aby zidentyfikować markery epigenetyczne, zespół badawczy zastosował metodę uczenia maszynowego do analizy wzorców metylacji DNA (drobnych modyfikacji chemicznych w DNA) we krwi. Badano osoby bez cukrzycy typu 2, które różniły się reakcją mózgu na insulinę, ale miały podobną obwodową wrażliwość na insulinę. Dane obrazowe, metaboliczne i epigenetyczne zintegrowano w jednym procesie analitycznym.
W pierwszej kohorcie, obejmującej 167 uczestników, zidentyfikowano 540 tzw. miejsc CpG, których wzorce metylacji pozwalały wiarygodnie odróżnić osoby z insulinoopornością mózgu od osób bez tego zaburzenia.
– Warto zauważyć, że wiele z tych miejsc metylacji było powiązanych ze zwiększonym ryzykiem rozwoju cukrzycy typu 2 – podkreśla Meriem Ouni z DIfE, ostatnia autorka badania. – Sugeruje to wzajemny wpływ insulinooporności mózgu i chorób metabolicznych.
Wyniki potwierdzono w dwóch niezależnych grupach badawczych liczących odpowiednio 33 i 24 osoby, uzyskując wysoką dokładność (83–94%). – Udało nam się wykazać, że te sygnatury są wiarygodne niezależnie od wieku i BMI – zaznacza Schürmann.
Krew jako odzwierciedlenie mózgu
Wszystkie 540 badanych miejsc CpG wykazywało zmienione wzorce metylacji. Dla 98 z nich stwierdzono korelację między metylacją we krwi a metylacją w mózgu w publicznie dostępnych bazach danych. Wiele powiązanych genów odgrywa rolę w rozwoju neuronów, tworzeniu synaps i przekazywaniu sygnałów. – Nasze odkrycia sugerują, że profil epigenetyczny we krwi może odzwierciedlać kluczowe procesy zachodzące w mózgu – wyjaśnia Ouni.
Znaczenie dla profilaktyki i terapii
Wcześniejsze badania wykazały, że osoby z insulinoopornością mózgu słabiej reagują na interwencje stylu życia, magazynują więcej tłuszczu trzewnego i częściej odczuwają napady łaknienia – wszystkie te czynniki zwiększają ryzyko rozwoju cukrzycy typu 2.
– W przyszłości nowo zidentyfikowane markery epigenetyczne mogą posłużyć jako narzędzie przesiewowe do wczesnego wykrywania pacjentów z grupy ryzyka i zapewnienia im ukierunkowanego leczenia, np. poprzez intensyfikację zmian stylu życia lub wprowadzenie nowych substancji czynnych – stwierdza Ouni. – Jeśli będziemy wiedzieć, kto ma insulinooporność mózgu, możemy przeprowadzać interwencje znacznie skuteczniej.
Zespół badawczy dąży teraz do opracowania standaryzowanego panelu testowego opartego na 540 zidentyfikowanych miejscach CpG, który mógłby znaleźć zastosowanie w praktyce klinicznej.
Czy sygnatury epigenetyczne we krwi będą mogły być także wykorzystane do wczesnego wykrywania chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera – pozostaje pytaniem do przyszłych badań.
Współpraca interdyscyplinarna
Obecne wyniki badań były możliwe dzięki ścisłej współpracy interdyscyplinarnej pomiędzy wieloma ośrodkami. Połączenie dwóch głównych obszarów badawczych DZD – „Kontrola metaboliczna przez mózg” (Brain Academy) oraz „Wpływ genetyki i epigenetyki na rozwój cukrzycy” (Epigenetic Academy) – odegrało kluczową rolę. Udział wzięli również naukowcy z Centrum Badań nad Mózgiem, Zachowaniem i Metabolizmem (CBBM) Uniwersytetu w Lubece oraz Uniwersyteckiego Szpitala w Ulm. Interdyscyplinarna wymiana wiedzy była niezbędna do uzyskania nowych wglądów w złożone zależności między metabolizmem, epigenetyką i mózgiem.
Źródło: Science Translational Medicine, Circulating epigenetic signatures classifying brain insulin resistance in humans
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.adv7834
