Resumen de Identification of transcriptomic biomarkers in human blood cells for the prevention and management of obesity-related metabolic alterations
- español
Introducción El sobrepeso y la obesidad se han convertido en una epidemia y en un problema de salud mundial. Además, en los últimos años ha aumentado el caso de personas con anomalías metabólicas típicamente relacionadas con la obesidad y una acumulación excesiva de grasa a pesar de tener un índice de masa corporal (IMC) normal. Este fenotipo se denomina “normopeso metabólicamente obeso” (MONW) y, al igual que en el sobrepeso y la obesidad, se asocia a un mayor riesgo de desarrollar otras patologías, como la enfermedad cardiovascular, primera causa de muerte en todo el mundo. Por lo tanto, la identificación de biomarcadores para detectar alteraciones metabólicas tempranas relacionadas con el aumento de la adiposidad es crucial para establecer estrategias preventivas adecuadas. Una subpoblación de células sanguíneas fácilmente obtenible llamada células mononucleares de sangre periférica (PBMC, por sus siglas en inglés) se está utilizando ampliamente para buscar biomarcadores de enfermedades, como la obesidad, ya que actúan como “centinelas” capaces de reflejar los perfiles de expresión génica de tejidos internos de más difícil acceso. En este contexto, el principal objetivo de esta tesis fue el de identificar biomarcadores tempranos de riesgo metabólico asociados con el aumento de la adiposidad, independientemente del peso corporal, principalmente mediante el uso de análisis transcriptómicos en PBMC. Para ello, se diseñó un ensayo en humanos con voluntarios jóvenes y aparentemente sanos, incluidos hombres y mujeres, con fenotipos normopeso (NW), sobrepeso-obesidad (OW-OB) o MONW. Los voluntarios del grupo OW-OB siguieron una intervención de pérdida de peso de 6 meses. Se midieron parámetros antropométricos y se recogieron muestras de sangre en cada grupo para analizar los parámetros circulantes de interés clínico y la expresión génica en las células sanguíneas, tanto en la fracción de PBMC como en células de sangre periférica completa (PBC).
Contenido de la investigación En primer lugar, nuestros datos muestran que una ecuación para estimar la adiposidad, la fórmula CUN-BAE, también se puede utilizar como una herramienta de detección fácil y efectiva para identificar a personas delgadas con exceso de masa grasa y un mayor riesgo metabólico antes de que aparezcan alteraciones en los parámetros analíticos clásicos. A continuación, nos centramos directamente en la identificación de biomarcadores transcriptómicos en las células sanguíneas. Los análisis transcriptómicos (incluido el análisis masivo de genes; microarray) en PBMC de los grupos NW, OW-OB y MONW muestran que los biomarcadores obtenidos en estas células pueden reflejar: a) el impacto del sobrepeso-obesidad en genes clave del metabolismo lipídico; b) el deterioro metabólico relacionado con el aumento de la adiposidad, independientemente del IMC, y c) el estado de salud metabólica de un individuo en función de su respuesta al ayuno, así como la recuperación metabólica asociada con la pérdida de peso. Así, de acuerdo con resultados previos de nuestro grupo obtenidos en roedores, hemos demostrado que los sujetos con sobrepesoobesidad presentan un patrón de expresión diferente en PBMC de genes clave del metabolismo lipídico al de sujetos normopeso, y este comportamiento coincide con el previamente identificado por otros autores en biopsias de hígado y tejido adiposo de personas con obesidad. Además, hemos descrito un grupo de genes, destacando el gen CXCL8 (que codifica para la interleucina 8), cuya expresión cambia en los fenotipos OW-OB y MONW en comparación con el NW, y que podrían usarse como posibles marcadores robustos para la evaluación temprana del riesgo metabólico. Además, presentamos un conjunto de genes cuya expresión en respuesta al ayuno cambia en PBMC de sujetos NW, pero no en aquellos con OW-OB, mientras que una intervención de pérdida de peso recupera su sensibilidad al ayuno. Proponemos incluir estos genes en un METAHALTH-TEST para evaluar la flexibilidad/salud metabólica, así como la recuperación metabólica tras la pérdida de peso. El análisis de la sensibilidad al ayuno del gen CPT1A en PBMC y PBC es de especial interés para evaluar el estado metabólico, destacando la importancia de un menor contenido de grasa visceral y de niveles elevados de HDL-C circulante como determinantes para una adecuada flexibilidad metabólica y salud más allá del IMC.
Conclusión Nuestra investigación confirma la idoneidad de las PBMC humanas como fuente de biomarcadores transcriptómicos tempranos para identificar un mayor riesgo metabólico en personas aparentemente sanas con diferentes fenotipos de obesidad, lo que permitiría la prevención de complicaciones relacionadas con la obesidad en el futuro. Las pruebas moleculares basadas en el análisis de biomarcadores de PBMC para evaluar el estado de salud metabólica podrían transferirse a la práctica clínica, proporcionando un nuevo enfoque a la era de la atención personalizada en salud.
- català
Introducció El sobrepès i l'obesitat s'han convertit en una epidèmia mundial i en un problema de salut global. A més, en els darrers anys, ha augmentat el cas de persones amb alteracions metabòliques relacionades amb l'obesitat i amb una acumulació excessiva de greix, tot i presentar un índex de massa corporal (IMC) normal. Aquest fenotip rep el nom de “normopès, metabòlicament obès” (MONW) i, de la mateixa manera que el sobrepès/obesitat, s'associa amb un major risc de desenvolupar altres patologies, com la malaltia cardiovascular, la principal causa de mort al món. Per tant, identificar biomarcadors per detectar alteracions metabòliques primerenques relacionades amb l'augment de l'adipositat és crucial per establir estratègies preventives adequades. Una subpoblació de cèl·lules sanguínies de fàcil obtenció anomenada cèl·lules mononuclears de sang perifèrica (PBMC) s'està utilitzant àmpliament en la recerca de biomarcadors de malalties, com l’obesitat, ja que actuen com a "sentinelles" capaces de reflectir perfils d'expressió gènica dels teixits interns de més difícil accés. En aquest context, l'objectiu principal d'aquesta tesi és identificar biomarcadors de risc metabòlic associat a l'augment de l'adipositat, independentment del pes corporal, principalment mitjançant l'ús d’anàlisis transcriptòmics en PBMC. Per aconseguir aquest propòsit, es va dissenyar un estudi amb voluntaris joves i aparentment sans, inclosos homes i dones, amb fenotips de pes normal (NW), sobrepès-obesitat (OW-OB) o MONW. Els voluntaris del grup OW-OB van seguir una intervenció de pèrdua de pes de 6 mesos.
Es van registrar paràmetres antropomètrics i es van recollir mostres de sang a cada grup per analitzar els paràmetres clínics circulants i l'expressió gènica a les cèl·lules sanguínies, tant a la fracció PBMC com a les cèl·lules sanguínies totals (PBC).
Contingut de la investigació En primer lloc, les nostres dades mostren que una equació per estimar l'adipositat anomenada CUN-BAE també es pot utilitzar com a eina de cribratge fàcil i eficaç per identificar persones normopès amb excessiva massa de greix i un augment del risc metabòlic, abans que s’alterin els paràmetres analítics clàssics. A continuació, ens vam centrar directament a identificar biomarcadors transcriptòmics a les cèl·lules sanguínies. Les anàlisis transcriptòmiques (incloent l'anàlisi massiva de gens; microarray) en PBMC dels grups NW, OW-OB i MONW mostren que els biomarcadors obtinguts en aquestes cèl·lules poden reflectir: a) l'impacte del sobrepèsobesitat en gens clau del metabolisme lipídic; b) el deteriorament metabòlic relacionat amb l'augment de l'adipositat, independentment de l'IMC, i c) l'estat de salut metabòlica d'un individu en funció de la seva resposta al dejú, així com la recuperació metabòlica associada a la pèrdua de pes. Així, d'acord amb els resultats anteriors del nostre grup obtinguts en rosegadors, hem demostrat que els individus amb sobrepèsobesitat presenten un patró d'expressió en PBMC diferent de gens clau del metabolisme lipídic en comparació amb els voluntaris normopès, i aquest comportament coincideix amb el identificat per altres autors en biòpsies de fetge i teixit adipós de persones amb obesitat. A més, hem descrit un conjunt de gens, destacant el gen CXCL8 (codificant per a la interleucina 8), l'expressió del qual canvia per igual en els fenotips OW-OB i MONW en comparació amb els NW, que es podrien utilitzar com a possibles marcadors robusts per a l'avaluació precoç del risc metabòlic. A més, presentem un conjunt de gens l'expressió dels quals canvia en resposta al dejú en PBMC dels individus NW, però no en aquells amb OW-OB, mentre que la intervenció de pèrdua de pes recupera la seva sensibilitat al dejú. Proposem incloure aquests gens en un METAHEALTH-TEST per avaluar la flexibilitat/salut metabòlica així com la recuperació metabòlica després de la pèrdua de pes. L'anàlisi de la sensibilitat al dejuni del gen CPT1A en PBMC i PBC és de especial interès per avaluar l'estat metabòlic, assenyalant la importància d'un menor contingut de greix visceral i d’alts nivells de HDL-C circulant com a determinants per a una adequada flexibilitat metabòlica i salut més enllà de l'IMC.
Conclusió La nostra investigació confirma la idoneïtat de les PBMC humanes com a font de biomarcadors transcriptòmics primerencs per identificar un augment del risc metabòlic en persones aparentment sanes amb diferents fenotips d'obesitat, lo qual permetria la prevenció de complicacions relacionades amb l'obesitat en el futur. Les proves moleculars basades en anàlisis de biomarcadors en PBMC per avaluar l'estat de salut metabòlica es podrien transferir a la pràctica clínica, proporcionant un nou enfocament en l'era de la medicina personalitzada.
- English
Introduction Overweight and obesity have become a worldwide epidemic and a global health problem. Moreover, in recent years, the case of subjects with metabolic abnormalities typically related to adult-onset obesity and excessive accumulation of fat despite presenting normal body mass index (BMI) has increased. This phenotype is named ‘metabolically obese, normal-weight’ (MONW) and, in the same way as overweight and obesity, is associated with a higher risk of developing other pathologies, such as cardiovascular disease, the leading cause of death worldwide. Therefore, identifying biomarkers to detect early metabolic alterations related to increased adiposity is crucial for establishing proper preventive strategies. An easily obtainable blood cell subpopulation called peripheral blood mononuclear cells (PBMC) is being widely used for searching for biomarkers of disease, e.g. obesity, as they act as “sentinels” capable of reflecting gene expression profiles of internal tissues more difficult to obtain. Within this context, the main objective of this thesis was to identify early metabolic risk To achieve this purpose, a human trial was designed with young and apparently healthy volunteers, including men and women, with normal-weight (NW), overweight-obesity (OW-OB) or MONW phenotypes.
Volunteers from the OW-OB group followed a 6-month weight-loss intervention.
Anthropometric parameters were recorded, and blood samples were collected in each group to analyse clinical circulating parameters and gene expression in blood cells, both in the PBMC fraction and in whole peripheral blood cells (PBC).
biomarkers associated with increased adiposity, regardless of body weight, mainly by using transcriptomic analysis in PBMC.
Content of research First, our data show that an equation to estimate adiposity named CUN-BAE can also be used as an easy/effective screening tool to identify lean people with excessive fat mass and increased metabolic risk before alterations appear in classical analytical parameters. Next, we focused directly on identifying transcriptomic biomarkers in blood cells. Transcriptomic analyses (including massive gene analysis; microarray) in PBMC from NW, OW-OB and MONW groups show that biomarkers obtained from these cells can reflect: a) the impact of overweight-obesity on key lipid metabolism genes; b) the metabolic impairment related to increased adiposity independently of BMI, and c) the metabolic health status of an individual based on their fasting response, as well as metabolic recovery associated with weight loss. Thus, in agreement with previous results of our group obtained in rodents, we have demonstrated that subjects with overweight-obesity present a different expression pattern in PBMC of key lípid metabolism genes compared to normal-weight subjects, and this behaviour coincides with that previously reported by other authors in the liver and adipose tissue biopsies of people with obesity. In addition, we have described a pool of genes, highlighting the CXCL8 gene (coding for interleukin 8), whose expression changes equally in OW-OB and MONW phenotypes compared to NW, which may be used as potential robust markers for early metabolic risk assessment. Moreover, we present a set of genes whose expression in response to fasting changes in PBMC from NW subjects, but not in those with OW-OB, while a weight-loss intervention recovers their fasting sensitivity. We propose including these genes on a METAHEALTH-TEST to assess the metabolic flexibility/health as well as metabolic recovery after weight loss.
Analysis of fasting sensitivity of the CPT1A gene in PBMC and PBC is of special interest for assessing metabolic status, pointing out the importance of lower visceral fat content and high circulating HDL-C levels as determinants for adequate metabolic flexibility and health beyond BMI.
Conclusion Our research confirms the suitability of human PBMC as a source of early transcriptomic biomarkers to identify increased metabolic risk in apparently healthy people with different obesity phenotypes allowing for the prevention of obesity-related complications in the future. Molecular tests based on PBMC biomarkers analyses to assess metabolic health status could be transferred into clinical practice, providing a new approach to the era of personalised preventative care on health.
