メタボロミクスにより、一般集団における肺機能とCOPDの新規血中バイオマーカーを同定

Metabolomics Identifies Novel Blood Biomarkers of Pulmonary Function and COPD in the General Population.

抄録

一般集団における肺機能と慢性閉塞性肺疾患（COPD）のメタボロームシグネチャーを決定することは、初期疾患プロセスの特定と理解に役立つ可能性がある。4742人（Atherosclerosis Risk in Communities研究のアフリカ系アメリカ人2354人とヨーロッパ系アメリカ人1529人、Cooperative Health Research in the Region of Augsburg研究のヨーロッパ人859人）の血清についてメタボローム測定を実施した。368種類の代謝物を、断面的に測定した強制呼気1秒量（FEV1）、強制生命維持能力（FVC）、それらの比（FEV1/FVC）およびCOPDとの関係について、多変量回帰とメタ解析を用いて検討した。偽発見率0.05において、95代謝物がFEV1と、100代謝物がFVCと関連し（重複73）、分岐鎖アミノ酸との逆相関、グルタミンとの正相関が認められた。10種類の代謝物がFEV1/FVCと，17種類の代謝物がCOPD（393例）と関連していた．アミノ酸代謝の濃縮経路が同定された。FEV1およびFVCとの関連は、COPDを有する個人によってもたらされるものではなかった。アフリカとヨーロッパの祖先集団における肺機能とCOPDの新規代謝シグネチャーを同定した。これらは、肺機能がCOPDと診断されるレベルまで低下する前の、一般集団における疾患発症初期のバイオマーカーを開発することを可能にするかもしれない。

Determination of metabolomic signatures of pulmonary function and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in the general population could aid in identification and understanding of early disease processes. Metabolome measurements were performed on serum from 4742 individuals (2354 African-Americans and 1529 European-Americans from the Atherosclerosis Risk in Communities study and 859 Europeans from the Cooperative Health Research in the Region of Augsburg study). We examined 368 metabolites in relation to cross-sectional measures of forced expiratory volume in 1 s (FEV1), forced vital capacity (FVC), their ratio (FEV1/FVC) and COPD using multivariable regression followed by meta-analysis. At a false discovery rate of 0.05, 95 metabolites were associated with FEV1 and 100 with FVC (73 overlapping), including inverse associations with branched-chain amino acids and positive associations with glutamine. Ten metabolites were associated with FEV1/FVC and seventeen with COPD (393 cases). Enriched pathways of amino acid metabolism were identified. Associations with FEV1 and FVC were not driven by individuals with COPD. We identified novel metabolic signatures of pulmonary function and COPD in African and European ancestry populations. These may allow development of biomarkers in the general population of early disease pathogenesis, before pulmonary function has decreased to levels diagnostic for COPD.