Назад
Исследование показывает, что один забор крови может оценить время циркадного ритма.
На какое время настроены часы вашего организма? Ответ, как показывают исследования, может влиять на все - от предрасположенности человека к диабету, сердечным заболеваниям и депрессии до оптимального времени приема лекарств. Но в отличие от обычного анализа крови на уровень холестерина и гормонов, не существует простого способа точно измерить индивидуальный циркадный ритм человека.
Новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Biological Rhythms, предполагает, что этот день может наступить в недалеком будущем. Исследование показало, что можно определить время внутренних циркадных или биологических часов человека, анализируя комбинацию молекул в одном заборе крови.
"Если мы сможем понять циркадные ритмы каждого человека, мы сможем назначить оптимальное время суток для приема пищи, физических упражнений или приема лекарств", - сказал в интервью Science Daily старший автор Кристофер Депнер.
"С точки зрения персонализированной медицины это может стать революционным".
Центральные "главные часы" в области мозга, называемой гипоталамусом, помогают регулировать 24-часовой цикл организма, в том числе, когда люди, естественно, чувствуют сонливость ночью и желание проснуться утром. Недавние исследования показали, что почти каждая ткань или орган в организме также имеет внутренний хронометр, синхронизированный с этими главными часами, который диктует нам, когда выделяются определенные гормоны, как функционируют наши сердце и легкие в течение дня, каденцию метаболизма жиров и сахаров и многое другое.
До 82% генов, кодирующих белки, которые являются мишенями для лекарственных препаратов, имеют 24-часовую зависимость от времени суток, что позволяет предположить, что многие препараты могут работать лучше и давать меньше побочных эффектов, если их прием будет осуществляться в соответствующее время.
Когда наш внутренний ритм расходится с циклом сон-бодрствование, это может повысить риск развития целого ряда заболеваний, говорит соавтор исследования Кен Райт. "Если мы хотим иметь возможность фиксировать время циркадного ритма человека, нам нужно знать, что это за время", - сказал он. "Сейчас у нас нет простого способа сделать это".
Даже у здоровых людей циклы сон-бодрствование могут отличаться на четыре-шесть часов. Простой вопрос: "Вы жаворонок, сова или что-то среднее между ними?" может дать подсказку о циркадном цикле человека. Но единственный способ точно определить время циркадных часов человека - это провести оценку мелатонина при тусклом свете. Для этого необходимо держать человека при тусклом свете и брать кровь или слюну ежечасно в течение 24 часов, чтобы измерить уровень мелатонина - гормона, который естественным образом увеличивается в организме, сигнализируя о том, что пора спать, и уменьшается, чтобы помочь нам проснуться.
В поисках более точного и практичного теста Райт и Депнер пригласили 16 добровольцев пожить в лаборатории сна в течение 14 дней в строго контролируемых условиях. Помимо ежечасного анализа крови на содержание мелатонина, они также использовали метод, называемый "метаболомика" - оценка уровня около 4 000 различных метаболитов (таких как аминокислоты, витамины и жирные кислоты, которые являются побочными продуктами метаболизма) в крови. Они использовали алгоритм машинного обучения, чтобы определить, какой набор метаболитов связан с циркадными ритмами, создавая своего рода молекулярные отпечатки пальцев для отдельных циркадных фаз.
Когда они попытались предсказать циркадную фазу на основе этого отпечатка пальца по одному забору крови, их результаты оказались примерно в пределах одного часа по сравнению с более сложным тестом на мелатонин, сказал Депнер. "Мы находимся на самой начальной стадии разработки этих биомаркеров циркадного ритма, но это многообещающее исследование показывает, что это можно сделать".
Другие исследования, в том числе и из лаборатории Райта, изучают протеомику или транскриптомику для оценки циркадной фазы. В конечном счете, исследователи представляют себе день, когда люди смогут во время обычного медосмотра сдать анализ крови, чтобы точно определить свою циркадную фазу - так что врачи смогут назначить не только, что делать, но и когда.
D. Cogswell et al. Выявление предварительного биомаркера циркадной фазы у людей на основе метаболома плазмы крови (аннотация).
Измерение индивидуальной циркадной фазы важно для диагностики и лечения нарушений циркадного ритма сон-бодрствование и циркадного рассогласования, для информирования хронотерапии и развития науки о циркадном ритме. Первые результаты использования транскриптомики крови для прогнозирования маркера циркадной фазы - начала действия мелатонина при слабом освещении (DLMO) - многообещающие. В то же время, попытки использования метаболомики для прогнозирования DLMO ограничены, и нет известных биомаркеров на основе омики для прогнозирования смещения мелатонина при тусклом свете (DLMOff). Мы проанализировали метаболом плазмы крови человека во время адекватного и недостаточного сна для прогнозирования DLMO и DLMOff по одному образцу крови.
Шестнадцать (8 мужчин и 8 женщин) здоровых участников в возрасте 22,4 ± 4,8 лет (среднее ± SD) прошли лабораторное исследование с тремя базовыми днями (9 часов сна/ночь), затем рандомизированный перекрестный протокол с условиями 9-часового достаточного сна и 5-часового недостаточного сна, каждый из которых длился 5 дней. Кровь собирали ежечасно в течение последних 24 часов каждого состояния для независимого определения DLMO и DLMOff. Образцы крови, собранные каждые 4 часа, анализировались методом нецелевой метаболомики и были случайным образом разделены на тренировочный (68%) и тестовый (32%) наборы для анализа биомаркеров. Модели биомаркеров DLMO и DLMOff были разработаны с использованием частичной регрессии по методу наименьших квадратов в обучающем наборе с последующей оценкой эффективности в тестовом наборе.
В исходном состоянии модель DLMOff показала самую высокую эффективность (0,91 R2 и 1,1 ± 1,1 ч медианной абсолютной ошибки ± интерквартильный диапазон [MdAE ± IQR]), со значительно (p < 0,01) меньшей ошибкой предсказания по сравнению с моделью DLMO. Когда все условия (исходный уровень, 9 ч и 5 ч) были включены в анализ эффективности, модели DLMO (0,60 R2; 2,2 ± 2,8 ч MdAE; 44% образцов с ошибкой менее 2 ч) и DLMOff (0,62 R2; 1,8 ± 2,6 ч MdAE; 51% образцов с ошибкой менее 2 ч) статистически не отличались.
Эти результаты показывают перспективность биомаркеров циркадной фазы на основе метаболомики и подчеркивают необходимость тестирования биомаркеров, предсказывающих несколько маркеров циркадной фазы в различных физиологических условиях.
