En metabolisk signatur i urinen för multipel skleros och neuromyelitis optica

Diagnostisk biomarkörHippuratKetonkropparMetabolomikMultipel skleros

En metabolisk signatur i urinen för multipel skleros och neuromyelitis optica

Varför detta är viktigt för din hälsa

Multipel skleros (MS) och neuromyelitis optica-spektrumstörning (NMO-SD) kan se likartade ut, särskilt i ett tidigt skede. Att förväxla dem kan leda till felaktig behandling och ökad sjukdomsaktivitet. Urin är enkelt och icke-invasivt att samla in, men det undersöks sällan för biomarkörer för MS jämfört med ryggmärgsvätska eller blod. Denna studie tyder på att ett urintest baserat på NMR-metabolitprofilering skulle kunna hjälpa till att diagnostisera MS, skilja det från NMO-SD och belysa sjukdomsmekanismerna. Författarna betonar att det endast är ett tidigt principbevis.

Summary

Forskarna samlade in 38 urinprover: 14 från 7 friska frivilliga, 15 från 8 patienter med relapserande-remitterande MS och 9 från 9 patienter med aquaporin-4-positiv NMO-SD. Proverna analyserades med hjälp av ¹H NMR-spektroskopi, multivariat statistik (OPLS-DA), ANOVA och t-test samt analys av metaboliska vägar. Urinen från MS-patienterna uppvisade en metabolisk signatur som skilde sig från den hos friska kontrollpersoner och från NMO-SD-patienter. Totalt uppvisade 27 metaboliter förändringar hos patienter med MS och NMO-SD. Dessa var kopplade till ketonkroppsmetabolismen, aminosyror, propionat- och pyruvatmetabolismen, TCA-cykeln samt glykolysen. Författarna kopplar dessa till energi- och fettsyrametabolismen, mitokondriell aktivitet samt tarmmikrobiotan. De betecknar sina resultat som en ”arbetshypotes” på grund av det lilla urvalet.

Key findings

MS jämfört med friska kontroller: modellen skilde grupperna väl åt (R²Y = 0,77, Q² = 0,39, CV-ANOVA p = 7,8 × 10⁻⁴), och 26 metaboliter skilde sig åt.
De starkaste bidragen i jämförelsen MS mot friska kom från kreatinin, hippurat, 3-hydroxibutyrat, malonat, oxaloacetat och trimetylamin-N-oxid (TMAO).
Med ANOVA, t-test med korrigering för falsk upptäcktstakt och den multivariata modellen tillsammans kan en uppsättning om åtta metaboliter skilja MS från friska kontroller: acetat, kreatinin, hippurat, 3-hydroxibutyrat, 3-hydroxiisovalerat, malonat, oxaloacetat och TMAO.
NMO-SD jämfört med friska kontroller: en starkare modell (R²Y = 0,93, Q² = 0,68, CV-ANOVA p = 7,3 × 10⁻³), där 20 metaboliter skilde sig åt. Acetat, kreatinin, 3-hydroxibutyrat, metylmalonat, oxaloacetat och succinat hade de högsta bidragen.
MS jämfört med NMO-SD: kreatinin (p = 0,015), 3-hydroxibutyrat (p = 0,008), 3-hydroxiisovalerat (p = 8,4 × 10⁻⁵) och metylmalonat (p = 1,1 × 10⁻⁴) skilde sig åt.
Metaboliter specifika för MS (SUS-plot-analys) var 2-hydroxiisovalerat, alanin, hippurat, isovalerat och TMAO. Metaboliter specifika för NMO-SD var acetat, kreatin, laktat, metylmalonat och citrat.
De mest påverkade vägarna var syntes och nedbrytning av ketonkroppar, propionatmetabolism, pyruvatmetabolism, citronsyracykeln (TCA-cykeln), alanin-/aspartat-/glutamatmetabolism och glykolys.
I urin från MS-patienter ökade kreatin och kreatinin minskade. Hippurat är en mikrobiell kometabolit och propionat bildas också av tarmmikrobiotan. Författarna menar att detta antyder en roll för tarmmikrobiotan vid MS, men det är spekulativt.
Begränsningar: mycket små grupper (7 friska, 8 MS, 9 NMO-SD), så fynden måste valideras i större kohorter. De friska kontrollerna var betydligt yngre (medelålder 26,7 år) än MS-patienterna (44,6) och NMO-SD-patienterna (39,3), och patienterna stod på olika behandlingar (azatioprin, interferon, glatirameracetat, natalizumab eller ingen). Båda faktorerna kan påverka metaboliterna i urinen. De flesta deltagare lämnade två prover, och ingen oberoende testgrupp användes.
Vissa uppgifter i PDF:en är inkonsekventa. Slutsatserna anger åtta metaboliter för NMO-SD men listar sju. P-värdet för oxaloacetat i MS mot friska anges som 5,0 × 10⁻², vilket är gränsfall. Vissa metabolitnamn innehåller stavfel (“3-hydroxyisovalerae”). Kontrollera mot originalet innan du citerar exakta siffror.
Författarna uppger inga konkurrerande ekonomiska intressen. Finansieringen kom från NIH-anslag, University of Nebraska Research Council och danska källor (Scleroseforeningen, Lundbeckfonden, Odense universitetssjukhus).

Read the full paper

VIEW PDF

Citation

Gebregiworgis T, Nielsen HH, Massilamany C, Gangaplara A, Reddy J, Illes Z, Powers R. A Urinary Metabolic Signature for Multiple Sclerosis and Neuromyelitis Optica. J Proteome Res. 2016;15(2):659–666. doi:10.1021/acs.jproteome.5b01111