Integración de Metabolómica y Transcriptómica Revela Principales Vías Metabólicas y Biomarcadores Potenciales en Ratones Envejecidos con Diabetes Mellitus Tipo 2
El envejecimiento es un proceso biológico natural que conduce a cambios significativos en la capacidad metabólica humana. Entre los diversos trastornos metabólicos asociados con el envejecimiento, el síndrome metabólico es un factor crítico que contribuye al desarrollo de la diabetes mellitus tipo 2 (DMT2). En los últimos años, la DMT2 se ha posicionado como una de las diez principales causas de muerte a nivel global. Cabe destacar que más del 25% de las personas mayores de 65 años están afectadas por esta enfermedad. El hígado, como principal órgano metabólico, desempeña un papel crucial en el mantenimiento de la homeostasis. Sin embargo, los trastornos metabólicos hepáticos están estrechamente vinculados a la patogénesis de la DMT2. A pesar de esto, existen pocos estudios centrados en las alteraciones metabólicas hepáticas en adultos mayores con DMT2. Por lo tanto, es imperativo investigar el metabolismo hepático en individuos envejecidos con DMT2 mediante tecnologías ómicas avanzadas. Este estudio emplea un enfoque integrado que combina metabolómica y transcriptómica para identificar metabolitos y genes alterados en el hígado de ratones envejecidos con DMT2, proporcionando así una base teórica para el tratamiento de adultos mayores con esta condición.
Para llevar a cabo este estudio, se obtuvieron diez ratones Kunming (KM) machos de 8 semanas y veinte de 20 semanas del laboratorio libre de patógenos específicos (SPF) de la Universidad de Medicina China de Gansu. Los ratones de 8 semanas se asignaron al grupo joven, mientras que los de 20 semanas se dividieron aleatoriamente en un grupo de envejecimiento no diabético y un grupo de envejecimiento con DMT2, cada uno con diez individuos. Los grupos joven y no diabético recibieron una dieta normal, mientras que el grupo con DMT2 fue alimentado con una dieta alta en carbohidratos y grasas durante 28 días consecutivos. A partir del día 29, el grupo con DMT2 recibió inyecciones diarias de 70 mg/kg de estreptozotocina (STZ) durante tres días para inducir diabetes, mientras que los otros grupos recibieron solución salina. Se recolectaron muestras de sangre siete días después de la última inyección de STZ, y los ratones fueron sacrificados mediante dislocación cervical. Todos los procedimientos siguieron las pautas del Comité de Ética Animal institucional.
Se midieron el peso corporal, la ingesta diaria de alimento y el consumo de agua cada dos días. Una semana después de la última inyección de STZ, se midieron los niveles de glucosa en sangre en ayunas mediante tiras reactivas. Los resultados mostraron que los ratones envejecidos con DMT2 presentaron polidipsia, polifagia y ganancia de peso lenta o incluso pérdida de peso. Los niveles de glucosa en sangre en ayunas superaron los 20 mmol/L, excediendo el umbral diagnóstico clínico para diabetes, confirmando así el éxito del modelo de DMT2.
Tras la eutanasia, los tejidos hepáticos se fijaron en paraformaldehído al 4%, se deshidrataron, incluyeron en parafina y se seccionaron en rodajas de 3 mm. Se realizaron tinciones de hematoxilina y eosina (H&E) y ácido periódico-Schiff (PAS). La tinción H&E reveló hepatocitos intactos en el grupo joven, leve hinchazón en el grupo no diabético y hepatocitos significativamente hinchados y desorganizados en el grupo con DMT2, con colapso de la vena central. La tinción PAS mostró acumulación de glucógeno en los hepatocitos de ratones con DMT2, mientras que los otros grupos presentaron morfología normal.
Para analizar los perfiles metabólicos hepáticos, se empleó cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas de tiempo de vuelo (MS). Los datos se procesaron con el software Mass Profiler y se sometieron a análisis multivariado (PLS-DA y OPLS) mediante SIMCA-P 14.1. Estos análisis identificaron diferencias significativas en metabolitos entre grupos. El análisis de conglomerados y la evaluación de significancia detectaron 64 metabolitos alterados. Mediante Metabolomics Pathway Analysis (MetPA), se identificaron 39 vías metabólicas alteradas.
Para explorar los cambios en la expresión génica, se analizaron perfiles de ARN mensajero (ARNm) con el software GeneSpring V13.0. Se observaron 2486 ARNm reprimidos y 3131 sobreexpresados en el grupo con DMT2. El análisis de enriquecimiento de rutas KEGG mediante KOBAS identificó 57 vías de señalización enriquecidas, destacando mecanismos moleculares subyacentes a la DMT2.
La integración de datos metabolómicos y transcriptómicos mediante la herramienta IMPaLA reveló 31 rutas afectadas, incluyendo 13 relacionadas con metabolismo y seis con enfermedades humanas. Se destacaron alteraciones en rutas de carbohidratos, lípidos, aminoácidos y resistencia a la insulina.
En conclusión, este estudio proporciona un análisis integral de los cambios metabólicos y moleculares en hígados de ratones envejecidos con DMT2. La integración ómica sugiere que la patogénesis involucra alteraciones en el metabolismo de glucosa, lípidos y aminoácidos, junto con resistencia a la insulina. Estos hallazgos ofrecen perspectivas valiosas para el desarrollo de terapias dirigidas en adultos mayores con DMT2, aunque se requiere validación clínica adicional.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001554