利用NMR光譜學推動個性化醫學

代謝綜合癥（Metabolic Syndrome，簡稱MetS）是一種全球性流行病，影響了三分之一的成年人。個體患有MetS更容易患上其他疾病，包括哮喘、多囊卵巢綜合癥、脂肪肝以及前列腺、胰腺和乳腺癌等多種疾病。MetS還可能導致中風和腎臟疾病。

作者：óscar Millet

研究表明，截至2020年，估計有250萬名兒童和3550萬名青少年患有MetS。除了影響患者的生活質量外，這還對醫療保健系統構成了重大負擔，具有嚴重的社會經濟影響，被描述為“整個研究界的醫學挑戰”。

MetS的診斷通常基于以下至少三項癥狀的表現：腹部肥胖（男性腰圍超過40英寸，女性腰圍超過35英寸）、高血糖（空腹血糖100毫克/分升或更高）、高血清甘油三酯（TG濃度150毫克/分升或更高）和低高密度脂蛋白膽固醇（男性低于40毫克/分升，女性低于50毫克/分升）。然而，歷史上，關于該病癥的定義在醫學界一直存在爭議。國際糖尿病聯合會和美國心臟協會等多個機構發布的聯合聲明承認，盡管腰圍是MetS的重要指標，但這并未考慮性別和不同族群之間的差異。

Hernandez-Baixauli等人強調，傳統的分子標志物不足以在疾病早期檢測到疾病，這在了解病因以及進行預防或緩解方面至關重要：“我們需要獲得新的疾病前期分子標志物。目前，對MetS和肥胖主要簇的健康狀況缺乏堅實的生物標志物是限制代謝組學中個性化營養研究的瓶頸。”

各種風險因素的暴露可以通過傳統的分子標志物檢測到，但當前的生物標志物并不足夠精確地檢測到疾病的早期階段。因此，需要獲得新的疾病前期分子標志物。

西班牙畢爾巴鄂CIC bioGUNE的首席研究員óscar Millet博士多年來一直在研究MetS，并試圖確定該疾病的生物標志物，可以更早地進行特征化，這在臨床角度具有重大影響。“通過對各種干預措施對MetS風險的獨立測量，例如更多鍛煉或改變飲食，臨床醫生可以提供更清晰的預后，甚至可能逆轉MetS，”他說。

CIC bioGUNE是óscar Millet博士所在的研究機構，專注于疾病的分子基礎和機制，旨在創建更好的診斷方法并促進更有效的治療。Millet博士的團隊在代謝組學領域進行了廣泛的研究，特別是在個性化醫學的發展方面。他的重點是應用代謝作用來幫助理解疾病和罕見疾病的機制。

“個性化醫學引入了一種新的范式，試圖在微觀水平上了解人們，”Millet博士說。“MetS對西方社會來說是一個嚴重的負擔，我的目標是獲得代謝信息，以預測該疾病的每個階段的結果。本質上，我們試圖檢測該疾病的生物標志物，這些標志物不僅有助于治愈疾病，還有助于預防它。”

Millet博士的代謝組學研究涉及對不同疾病階段的大量人群的血清和尿液樣本進行測量，然后將這些樣本與可用的醫療數據進行比較。“我們的目標是使用這些樣本創建一個核磁共振（NMR）代謝模型，它將允許我們僅基于代謝信息預測患糖尿病等疾病的實際風險，”他補充道。

研究團隊已建立了一個包括15,000人的隊列，并在當地的生物庫中收集了超過90,000個樣本。Millet博士解釋說：“隊列的規模既顯示了問題的規模，也顯示了我們項目的重要性。”他認為，準確表征早期生物標志物，而不是依賴后期診斷，可能會使我們更接近個性化醫學。

“我們需要在分子水平上建立聯系，”他說。“目前，如果一個人已經肥胖，可能會有醫療干預措施來幫助他們控制體重，例如。但是，我們如何知道我們是否也在控制他們患糖尿病、高血壓或高脂血癥的傾向呢？我們需要能夠確定在病理生理過程中哪些分子是重要的。”

Millet博士使用核磁共振（NMR）分析樣本。“我一直對NMR光譜學感興趣，”他說。“它可以在疾病的生物標志物特征化的不同水平上應用，并且可以通過分析疾病進展過程中的不同樣本來評估疾病的預后。”

核磁共振（NMR）光譜學已被證明在代謝組學領域是一種重要的分析技術。它的可重復性、定量能力以及在復雜混合物中識別代謝物的能力使其成為代謝組學和其他科學領域進步的關鍵推動力。

“NMR是一種出色而極具多功能性的分析技術，因為它穩健、可靠且非破壞性，其定量能力提供了高覆蓋率和低檢測限，”Millet博士說。“在生物流體分析中，靈敏度較低，但由于所測量的代謝具有統計學顯著性，數據質量非常高。”

使用NMR光譜學的一個主要優勢是其可重復性

“NMR既可以在內部重復性中實現，也可以在不同實驗室之間進行跨實驗室重復性，而液質譜質譜法（LC-MS）或氣質譜質譜法（GC-MS）沒有內部互操作性，”Millet博士說。“我們使用的Bruker IVDr平臺允許我們自動定量獲得代謝物的數據，而這些測量數據在德國的實驗室和澳大利亞的實驗室完全相同。”

在驗證復雜生物樣本時，能夠分析大型樣本隊列非常重要。Millet博士解釋說：“你正在把所有可能的復雜性都包括在各個隊列中，因此你看到的任何內容都將具有重要性 - 大量的樣本為代謝測量數據增加了意義。”

Millet博士的方法促進的大規模研究也重要，因為它們允許檢測與人群亞組相關的生物標志物。Madhusoodanan指出，傳統生物標志物不能準確預測女性和全球各族群中的MetS，這是需要克服的障礙，如果臨床治療要真正個性化的話。

Hernandez-Baixauli等人將NMR光譜學描述為一種“有前途的”分析代謝綜合癥相關代謝物的方法，而且具有可重復性和經濟可行性。Millet博士的觀點支持這一點：“NMR光譜學是一種出色的技術，幾乎可以應用于任何領域。我嘗試使用NMR來回答我所提出的任何問題。在我們的情況下，它已經允許我們創建一個MetS的預測模型，以幫助有效分析通過我們的研究產生的大量數據。”

邁向精準醫學范式

 Bruzzone等人將精準醫學的目標描述為為健康問題提供個性化解決方案，并表示“組學”技術可以幫助構建“適合描述個體特征的適當描述，以找到治療特定疾病的個性化治療。”他們還認為代謝組學，對表型改變敏感，特別適合個性化醫學。

Millet博士表示贊同，他補充說，NMR光譜分析使我們更接近實現早期生物標志物特征化的目標。“NMR的美麗之處在于其多功能性以及處理大數據集的能力 - 對我們代謝組學工作至關重要。其高度可重復性和高質量的數據允許我們確定疾病的生物標志物，長期目標是為這些疾病制定預防療法，”他說。“簡而言之，使用NMR光譜學使我們更接近個性化精準醫學范式 - 它使我們能夠評估今天的患者，以保護未來的患者。”

Millet博士對代謝年齡的概念很感興趣，未來希望將不同疾病的標志物映射到代謝年齡模型上。“衰老是許多疾病的最重要風險因素，在代謝領域，分析提供了關于偏離原因的大量信息，”他說。他的目標是創建一個大規模的代謝領域特征化模型，可以預測一個人是否“衰老”進入某種疾病。

“迄今為止，我們的研究已經表明，對于MetS等疾病，存在更小、更早的信號 - 因此，將我們的方法完全驗證并翻譯成臨床實踐，將使我們更接近個性化醫學方法，并提高患者的生活質量，”他說。“基本上，使用NMR光譜學使我們更接近個性化精準醫學范式 - 它使我們能夠評估今天的患者，以保護未來的患者。”

關于óscar Millet

Millet博士擁有化學（Ramon Llull大學，1994年）和化學工程（IQS，1995年）學位。在獲得有機化學博士學位（巴塞羅那大學，1999年）后，他加入了多倫多大學Lewis Kay小組進行博士后研究（多倫多大學，2000-2004年）。然后他獲得了巴塞羅那科學公園的Ramon y Cajal再就業合同（2004-2006年），目前是CIC bioGUNE的團隊負責人。他的研究方向是使用核磁共振（NMR）研究具有生物學意義的蛋白質和酶，特別關注蛋白質穩定性和動態之間的微妙平衡。這種知識被應用于開發具有治療活性的新化合物，特別是在罕見疾病領域。他發表了55多篇論文，總引用次數（1998-2015年）為2050，h指數為17。他曾擔任COST計劃跨領域的西班牙代表（2009-2014年）。他曾獲得西班牙化學學會獎（2004年）和西班牙NMR小組獎（2005年）。他目前是西班牙NMR小組的主席。

關于CIC bioGUNE

 CIC bioGUNE是巴斯克研究和技術聯盟（BRTA）的成員，是國家和國際科學領域內的重要研究中心，并已成為健康科學領域的知識源。CIC bioGUNE研究人員的前沿科學活動探索了化學、結構、分子和細胞生物學之間的界面，旨在為未來開發更精確的醫學提供支持。

關于Bruker Corporation

Bruker致力于幫助科學家取得突破性的發現，開發新的應用程序，提高人類生活質量。Bruker的高性能科學儀器和高價值的分析和診斷解決方案使科學家能夠在分子、細胞和微觀水平探索生命和材料。與客戶密切合作，Bruker在生命科學分子研究、應用和制藥應用、顯微鏡和納米分析以及工業應用，以及細胞生物學、臨床前成像、臨床表型學和蛋白質組學研究和臨床微生物學等領域推動創新、提高生產效率并幫助客戶取得成功。Bruker NMR儀器僅供研究用途，不適用于臨床診斷程序。

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