O echipă de cercetători din Germania a identificat modificări epigenetice în sânge care pot indica cu precizie dacă creierul răspunde sau nu la insulină. Aceşti biomarkeri deschid calea către dezvoltarea unui test simplu şi rapid, capabil să depisteze rezistenţa la insulină a creierului - care a fost legată de obezitate, diabet şi boala Alzheimer - cu mult înainte de apariţia simptomelor clinice.
Creierul răspunde la insulină prin intermediul unor receptori prezenţi în regiuni-cheie, cum sunt hipotalamusul, unde insulina reglează apetitul şi echilibrul energetic, hipocampul şi cortexul cerebral, implicate în memorie, învăţare şi procese cognitive.
Insulina ajunge în creier prin bariera hemato-encefalică şi influenţează metabolismul lipidelor şi proteinelor, precum şi comunicarea dintre neuroni.
Atunci când creierul nu mai răspunde corect la insulină (dezvoltă rezistenţă la insulină), semnalele de saţietate şi control energetic se dereglează şi acest lucru poate duce la creştere în greutate (obezitate) şi diabet zaharat de tip 2, crescând totodată şi riscul de boli neurodegenerative, inclusiv Alzheimer.
În prezent, răspunsul creierului la insulină se testează în principal prin tehnici de imagistică funcţională (precum fRMN), combinate cu administrarea de insulină, pentru a observa modificările fluxului sanguin şi activităţii neuronale în zonele sensibile la insulină.
Aceste metode sunt costisitoare şi complexe, motiv pentru care cercetătorii caută markeri epigenetici sau metabolici în sânge care să reflecte cu acurateţe starea de sensibilitate la insulină a creierului.
Astfel, ar putea fi dezvoltat un test simplu de laborator, accesibil şi neinvaziv, capabil să detecteze din timp riscul de rezistenţă la insulină a creierului şi să permită intervenţii timpurii.
Cercetătorii de la Centrul German pentru Cercetarea Diabetului (DZD) au identificat acum în sânge mici modificări chimice ale materialului genetic (modificări epigenetice), care indică cât de bine răspunde creierul la insulină. Aceşti markeri ar putea ajuta la detectarea rezistenţei la insulină în creier printr-un simplu test de sânge.
„Insulina nu este implicată doar în metabolism, ci joacă şi un rol esenţial în creier în ceea ce priveşte funcţiile cognitive, reglarea apetitului şi homeostazia energetică”, explică prof. dr. Stephanie Kullmann, de la Institutul pentru Cercetarea Diabetului şi Bolilor Metabolice) al Helmholtz Munich şi de la Universitatea din Tübingen, prim-autor al studiului.
Pentru identificarea markerilor epigenetici, echipa de cercetare a folosit o metodă de tip învăţare automată pentru a analiza tiparele de metilare a ADN-ului din sânge (mici modificări chimice în ADN).
„Studiul nostru arată că putem extrage semnături epigenetice din sânge care indică foarte precis dacă creierul mai răspunde la insulină sau nu”, completează prof. dr. Annette Schürmann de la Institutul German de Nutriţie Umană Potsdam-Rehbruecke (DIfE).
Cercetătorii au analizat persoane care nu aveau diabet zaharat de tip 2, dar la care creierul reacţiona diferit la insulină: unii prezentau sensibilitate cerebrală la insulină, alţii prezentau o rezistenţă a creierului la insulină.
În schimb, sensibilitatea la insulină din restul corpului (muşchi, ficat, ţesut adipos) era similară la toţi participanţii.
Pentru a înţelege mai bine aceste diferenţe, echipa a folosit metode avansate: a combinat imagistica cerebrală (pentru a vedea cum răspunde creierul la insulină), analizele metabolice (care arată cum procesează organismul zahărul şi grăsimile) şi datele epigenetice din sânge (mici modificări chimice ale ADN-ului.
Cercetătorii au introdus apoi toate aceste informaţii într-un sistem de învăţare automată (machine learning) pentru a identifica tipare comune şi diferenţe clare între persoanele cu şi fără rezistenţă la insulină în creier.
Într-un prim grup de studiu, format din 167 de persoane, cercetătorii au analizat ADN-ul din sânge şi au găsit 540 de zone specifice numite regiuni CpG. Acestea sunt regiuni din ADN unde o anumită combinaţie de baze (citozină urmată de guanină) poate fi „marcată” chimic printr-un proces numit metilare.
Tiparul de metilare din aceste zone influenţează modul în care genele sunt activate sau dezactivate. Echipa a descoperit că aceste tipare diferă clar între persoanele al căror creier răspunde bine la insulină şi cele care au rezistenţă cerebrală la insulină.
Astfel, doar analizând aceste 540 de regiuni CpG din sânge, se poate distinge cu mare precizie dacă cineva are sau nu creierul rezistent la insulină. Multe dintre aceste regiuni de metilare au fost asociate anterior cu un risc crescut de diabet zaharat de tip 2.
După ce au identificat aceste tipare de metilare, cercetătorii au vrut să fie siguri că rezultatele nu au fost o întâmplare. Ei au repetat analiza pe alte două grupuri complet separate de participanţi (numite cohorte de replicare): unul cu 33 de persoane şi altul cu 24 de persoane.
Şi în aceste grupuri, tiparele din ADN au putut să identifice corect cine are rezistenţă la insulină în creier în 83% până la 94% din cazuri, ceea ce reprezintă o rată foarte bună pentru un test biologic, spun autorii studiului.
În plus, s-a demonstrat că aceste semnături apar indiferent de vârsta participanţilor sau de indicele de masă corporală (IMC) al acestora, ceea ce le face utile pentru un spectru variat de persoane.
Analiza a arătat că toate cele 540 de regiuni CpG studiate aveau modificări ale tiparelor de metilare faţă de normal. Pentru 98 dintre aceste regiuni, cercetătorii au descoperit, într-o bază de date publică, că nivelul şi tiparul de metilare observate în sânge erau similare cu nivelul şi tiparul de metilare găsite în aceleaşi regiuni ale ADN-ului din celulele creierului.
Astfel, schimbările observate în sânge reflectau şi schimbări similare din ţesutul cerebral. Genele aflate în aceste regiuni sunt implicate în procese esenţiale precum dezvoltarea neuronilor, formarea conexiunilor dintre neuroni (sinapse) şi transmiterea semnalelor nervoase.
Cercetătorii spun că rezultatele sugerează o influenţă reciprocă între rezistenţa la insulină a creierului şi bolile metabolice. Cele două condiţii se pot întreţine şi amplifica una pe cealaltă.
Ei explică faptul că aceste rezultate indică posibilitatea unui cerc vicios: rezistenţa la insulină din creier poate favoriza apariţia bolilor metabolice (cum ar fi diabetul zaharat de tip 2), iar aceste boli, la rândul lor, pot agrava rezistenţa la insulină a creierului.
„Rezultatele noastre sugerează că profilul epigenetic din sânge poate reflecta procese-cheie din creier. Pe viitor, noii markeri epigenetici identificaţi ar putea servi drept instrument de screening pentru a detecta din timp pacienţii cu risc şi pentru a le oferi tratamente ţintite, cum ar fi schimbări mai intense ale stilului de viaţă sau substanţe active noi. Dacă ştim cine are rezistenţă la insulină în creier, putem face intervenţiile mult mai ţintite şi mai eficiente”, a explicat Meriem Ouni de la DifE, autor al studiului.
Cercetări anterioare au arătat că persoanele al căror creier nu mai răspunde bine la insulină au rezultate mai slabe atunci când încearcă să-şi îmbunătăţească sănătatea prin schimbări în stilul de viaţă, cum ar fi dietă sau exerciţii fizice, depozitează mai multă grăsime viscerală (grăsimea depusă în jurul organelor interne) şi experimentează mai des pofte alimentare intense, ceea ce le creşte semnificativ riscul de a dezvolta diabet zaharat de tip 2.
Echipa îşi propune acum să creeze un set standardizat de teste bazat pe cele 540 de regiuni CpG identificate, astfel încât acesta să poată fi aplicat în practica medicală de rutină.
De asemenea, cercetătorii vor să clarifice, prin studii viitoare, dacă aceste semnături epigenetice din sânge ar putea fi folosite şi pentru depistarea precoce a bolilor neurodegenerative, precum boala Alzheimer.
Studiul a fost publicat în revista Science Translational Medicine.
