多组学进展:治疗和反应的患者分层

Multiomics是一种集成两个或多个组学数据集的计算方法。这是一种最近的方法，在2005年的文献中首次被引用，自那以后，它的受欢迎程度呈指数级增长。Multiomics可以为复杂的生物系统和疾病提供更现实和多层次的视角。单组学分析简化了由相互作用的多层次实体组成的生物系统。例如，表观基因组影响转录组，最终，蛋白质组和代谢物，通过反馈活性代谢产物影响表观基因组。

多组学以其自身的优势和对复杂系统更为真实的表征，从基础研究到科学研究都有着广泛的应用疾病的病理生理学．此外，多组学有望有未来的临床应用，如个性化医疗并用于识别预后生物标志物。本文将介绍两个多组学小插图。一个是寻求对……的更深入的理解食物过敏以及治疗的潜在途径。另一个将描述对减肥手术随着肥胖在世界许多地区呈上升趋势，这一需求也在不断增长。

过敏症比比皆是:用多重组学来解释

食物过敏是一种常见的健康问题，影响到周围的人8%的儿童和11%的成年人在美国。它们是由各种各样的食物,但花生过敏是最有名的。患有严重的、危及生命的过敏症的人可能生活在对潜在的过敏原接触的恐惧中。食物过敏的发病率如此之高，已经影响了很多人的日常生活，预计在未来几十年里，这一比例只会上升。真正的食物过敏是一种免疫“过度活跃”的状态，通常是由免疫球蛋白E (IgE)介导的。安妮特期在卢森堡卫生研究所感染和免疫司工作。库恩调查了食物过敏的起源，并试图了解潜在的机制。“过敏的基础是免疫系统的不平衡。在癌症中，免疫活性太低。相比之下，患有过敏症的人，它过高，平衡转向过度的免疫系统激活，库恩补充说。

过敏通常开始于儿童时期，尽管起源尚不完全清楚。“有充分的证据表明，ige介导的食物过敏是由肠道上皮屏障功能障碍引起的皮肤，肠道或者肺，”Kuehn解释道。事实上，患有皮肤问题的儿童，如炎症性疾病异位性皮炎，通常会发展为食物过敏。“上皮细胞最初的破坏会引发免疫反应它使人体的免疫细胞对食物蛋白质敏感。当这种情况发生时，免疫细胞开始将食物蛋白质识别为入侵者，并在每次遇到时产生免疫反应，例如释放组胺，这在临床上表现为过敏。”

食物过敏的严重程度因人而异，这影响了适当的治疗方法。“以前，患者被建议严格避免他们过敏的食物。然而，我们已经进入了一个新的治疗时代所以现在有更多的选择，”库恩继续说道。“然而，为了为每位患者选择最佳治疗方案，我们必须对他们潜在的过敏机制有更深入的了解。例如，两名患者可能表现出相同类型的过敏，但有不同的潜在原因，即所谓的内源性;所以，病人之间有很多差异。理想情况下，治疗方法应该针对潜在的机制，以增加其有效的可能性。”

组学及其组合的多组学技术已经出现最近，为了进一步了解过敏严重程度的潜在因素，并将患者分层为内源性类型。¹

分子(过敏原)内分型allergenomics这是一个与其他组学方法相似的术语，是一种基于蛋白质的技术，通过模拟胃肠道疾病的蛋白质消化系统识别过敏原的深度、全系统分析。免疫内分型识别与过敏严重程度相关的个体的免疫特征。传统上，这是由深层免疫表型分析，但组学方法正在兴起，包括基因组学，转录组，表观遗传学和代谢组学．最后，共生内分型表征了与反应严重程度相关的过敏患者的肠道微生物组特征。的微生物组在宿主免疫和胃肠屏障完整性因此对食物过敏。

“过敏是一种非常复杂的多层次疾病，有几个不同的层面，比如免疫谱、遗传易感性、饮食、生活方式，所有这些都影响过敏的起源和机制。因此，需要先进的方法，如多组学和无偏机器学习，”库恩说。“我们认为可能有许多不同的内型，我们可以使用多组学来描述它们个性化治疗过敏。”

此外，除了内分型外，多组学或综合方法正在促进机制理解。例如，最近双转录组学和表观基因组学花生过敏分析通过RNA测序确定了“花生严重程度基因”，通过花生刺激后血液中的DNA甲基化谱确定了“花生严重程度CpGs”(DNA中甲基化的胞嘧啶碱基)。然后，该研究将花生严重程度基因与花生严重程度CpGs结合起来，专门确定“花生严重程度表达CpGs”——这意味着具有甲基化状态的CpGs专门影响与过敏相关的基因表达，这将表明因果关系。

同时进行的表观遗传转录组学分析揭示了两个与花生过敏严重程度有关的基因。这表明甲基化可能，至少在部分和特定位点，介导基因表达调节反应的严重程度。此外，该研究强调了在中性粒细胞介导的免疫过敏过程中，除了与免疫反应、趋化性和巨噬调节相关的途径外，过敏过程中的过度代表。

当被问及未来的发展方向时，库恩回答说:“人们越来越有兴趣更好地了解过敏的发病情况，以指导预防工作。自20世纪60年代以来，过敏症一直呈上升趋势;如果这种趋势持续下去，那么我们未来将面临更高的患病率。虽然诊断和治疗可以帮助控制患者的过敏反应，但我们需要预防性的解决方案来减少预期发生过敏的个体数量。”

将您的代谢组学工作流程提升到一个新的水平

这个应用程序说明提出了一个强大的工作流程，结合了自动样品制备，亲水性相互作用色谱和三重四极杆质谱，可应用于血浆和哺乳动物细胞样品。下载此应用程序说明了解更多信息。

查看App

赞助内容

代谢疾病的多组学研究

2型糖尿病和肥胖症主要是由暴饮暴食和久坐不动的生活方式引起的，在许多国家已发展成为流行病。在世界范围内，估计5.37亿人你是否患有2型糖尿病6.5亿人肥胖。虽然2型糖尿病和肥胖主要是由过量的食物摄入引起的，但其他因素也起着重要的作用，例如遗传素质、表观遗传调控和微生物组组成。因此，疾病的病理生理是复杂的、多维的。

许多方法可用于治疗2型糖尿病和/或肥胖患者，这通常是合并症。控制血糖水平的药物是治疗糖尿病的重要途径。生活方式的改变减肥，比如饮食和运动，也非常值得推荐。“不幸的是，许多患者难以坚持饮食或运动方案，例如由于运动不耐受。减肥手术是一种选择，它可以帮助患者实现减肥目标，改善全身代谢。尼古拉斯Penney食道胃外科顾问医师诺福克和诺维奇大学医院NHS基金会信托．

Penney的研究兴趣在于减肥手术和其他干预措施对代谢和微生物组利用组学和多组学来了解患者对治疗的反应。在最近的一篇论文中，通过研究临床研究员彭尼在伦敦帝国理工学院的外科和癌症系进行了表演multiomics表现型做过减肥手术的病人。“以前的大多数研究都是孤立地观察减肥手术对健康的影响肠道微生物群落通过宏基因组分析或在宿主上血浆代谢物代谢组学。之前很少有研究同时对肠道微生物组和血浆代谢组进行多组学分析，”Penney解释道。“通过整合两个数据集(即微生物组，代谢组)，我们能够更深入地了解减肥手术如何影响肠道-宿主共代谢，以及这反过来如何影响糖尿病控制和体重减轻。”

的研究研究了80名肥胖参与者，其中42名患有2型糖尿病，11名患有糖耐量受损(a前驱糖尿病的既往有显性2型糖尿病)，非糖尿病患者27例。²“在手术前，我们发现肥胖和2型糖尿病患者的肠道微生物组和代谢组特征与没有2型糖尿病的患者有明显差异。我们还发现减肥手术深刻地改变了微生物群和代谢特征，”Penney说。在代谢变化方面，减肥手术与207种代谢物有关，这些代谢物在一定程度上与改善血糖控制、体重减轻和饮食改变相关的代谢物重叠。因此，减肥手术后的代谢变化是通过体重依赖和体重独立的过程来实现的。关于微生物群的变化，手术改变了几种微生物属的丰度，并改变了与氨基酸和脂质代谢相关的功能途径。

“肥胖和2型糖尿病的多组学特征以及减肥手术的多组学特征尤其有趣。它们使我们能够在肠道微生物和宿主代谢物之间建立多种关联，这是我们无法单独通过宏基因组或代谢组学数据来完成的。”“许多微生物衍生的代谢物在血糖控制中起着重要作用。更好地了解这些肠道微生物如何影响新陈代谢，可能会导致减肥和2型糖尿病的新疗法。此外，尽管体重指数(衡量肥胖的指标)与糖化血红蛋白(衡量糖尿病的指标)密切相关，但它们都与不同的微生物代谢物网络相关，我们的研究结果表明，减肥手术可能通过不同的途径改善体重和血糖状态，”Penney总结道。

展望未来的研究，Penney说:“未来的实验需要建立微生物和我们通过多组学发现的代谢物之间的因果关系，这可能包括粪便移植实验。此外，为了充分阐明微生物群-代谢物相关性在减肥手术中的作用，我们需要标准化的饮食干预，包括一种或多种稳定同位素标记的底物。这将使我们能够确定微生物生物转化产生的代谢物，我们也能够将代谢通量纳入我们的宏基因组学和多组学分析中。”

减肥手术实现可持续减肥并成功地解决了其他合并症，如2型糖尿病。然而，并不是所有的2型糖尿病患者都有反应。“术前患者的多组学分析可以让我们确定最有可能从减肥手术中受益的个体，包括那些可能经历2型糖尿病完全解决的人，”Penney总结道。

总的来说，在很短的时间内，多组学分析已经发展到包含一套应用程序。现在，通过对个体进行分析，将他们与潜在的治疗方法相匹配，或确定最有可能从治疗中受益的人，该技术已准备好为患者取得重要进展。

参考文献

1.张建军，张建军，张建军，等。ige介导的花生过敏:使用多组学方法预测临床表型的当前和新的生物标志物。前面Immunol．2020; 11:594350。doi:10.3389 / fimmu.2020.594350

2.彭尼NC，杨dkt, Garcia-Perez I，等。多组学表型揭示了宿主-微生物对减肥手术、血糖控制和肥胖的反应。普通医疗(长)．2022; 2:127。doi:10.1038 / s43856 - 022 - 00185 - 6