Effects of Increased Fructose Consumption and Inadequate Copper Intake on the Pathogenesis of Nonalcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD): A Feces, Plasma and Liver Metabolomics Study

Význam tématu

NAFLD je komplexní metabolické onemocnění, které souvisí se zvyšující se konzumací fruktózy a nedostatkem mědi v potravě.
Tato kombinace podporuje zánět, oxidativní stres a inzulinovou rezistenci, což urychluje vznik a progresi jaterní steatózy.
Metabolomické přístupy založené na plynové chromatografii s vysokým rozlišením a časem letu hmotnostního analizátoru umožňují detailní mapování metabolických změn a identifikaci nových biomarkerů.

Cíle a přehled studie

Cílem této práce bylo prozkoumat vliv zvýšené konzumace fruktózy a nedostatečné hladiny mědi na vývoj NAFLD pomocí komplexní metabolomické analýzy vzorků stolice, plazmy a jaterního tkaniva.
Studie zahrnovala 84 vzorků rozdělených do šesti experimentálních skupin kombinujících tři úrovně mědi (adekvátní, nízké, doplňkové) a dvě dietní podmínky (s a bez fruktózy).
Data byla získána pomocí jednorozměrné GC-HRT a dvourozměrné GCxGC-HRT, což umožnilo vysokou chromatografickou a hmotnostní rozlišovací schopnost.

Použitá metodika a instrumentace

Pro extrakci metabolitů bylo použito methanol-voda, následné derivatizace zahrnovaly:

• Metoximaci (MEOX, 60°C, 1 h)
• Silylaci (MTBSTFA, 60°C, 1 h)

Chromatografie:

• GC-HRT: Agilent 7890 s modulátorem a automatem MPS2
• Kolony: Rxi-5 ms (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm) a Rxi-17 sil ms (0,6 m × 0,25 mm × 0,25 μm)
• Program teplot: 0,5 min při 60°C, 5°C/min do 270°C, držení 6 min; sekundární trouba +10°C, modulace 4 s +15°C

Hmotnostní spektrometrie:

• LECO Pegasus HRT a HRT 4D (GC-ToFMS, GCxGC-ToFMS)
• Rozlišení R=25 000, přesnost hmoty <1 ppm
• Rozsah m/z 10–1500, rychlost akvizice až 200 spekter/s
• Režimy ionizace: EI a chemická ionizace (NH₃ v CH₄)

Softwarová analýza:

• ChromaTOF-HRT pro dekonvoluci a identifikaci sloučenin
• MetPP pro zarovnání dat a kvantifikaci metabolitů

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza odhalila 38 klíčových metabolitů se signifikantními změnami mezi skupinami:

• Organické kyseliny: mléčná, 3-hydroxybutyrát, fumárová
• Aminokyseliny: aspartát, glutamát, prolin, ornithin
• Dikyseliny: jablečná, sukcinová
• Fatty acids: myristová, pentadekanoová, palmitová, stearová

Kombinace vysoké fruktózy a nízké mědi vedla k nárůstu látek spojených s oxidativním stresem a zánětem.
Dvourozměrná GCxGC-HRT výrazně zlepšila separaci a identifikaci izomerů i stopových sloučenin, což umožnilo detailnější porovnání mezi skupinami.

Přínosy a praktické využití metody

Metodika nabízí:

• Vysokou důvěryhodnost identifikace díky přesným hmotnostním datům a bohatým databázím
• Možnost odhalit nové metabolické markery NAFLD
• Uplatnění v klinické diagnostice, farmaceutickém výzkumu a kontrole kvality potravin

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávají se:

• Integrace s proteomikou a lipidomikou pro komplexnější pohled na pathobiochemii
• Nasazení umělé inteligence a strojového učení pro automatizovanou interpretaci dat
• Miniaturizace přístrojů a přenosné GC-MS systémy pro terénní analýzy

Závěr

Výsledky potvrzují, že zvýšená konzumace fruktózy a nedostatek mědi významně ovlivňují metabolický profil jater a přispívají k progresi NAFLD.
Vysoké rozlišení GC-HRT a GCxGC-HRT spolu s pokročilou dekonvolucí dat představují účinný nástroj pro objevování biomarkerů a porozumění patofyziologii tohoto onemocnění.

Reference

• Lai Y-S. et al. J. Agric. Food Chem., 2015, 63, 7873–7884.
• Shi X. et al. J. Proteome Res., 2015, 14(2), 1174–1182.
• Wei X. et al. J. Proteome Res., 2015, 14(9), 4050–4058.
• Abdelmalek M.F. et al. Hepatology, 2010, 51(6), 1961–1971.