Βιοπληροφορική ανάλυση γενετικών και διατροφικών δεδομένων για την διάγνωση και πρόγνωση της μη αλκοολικής λιπώδους διήθησης του ήπατος/στεατοηπατίτιδας (NAFLD/NASH)

Abstract

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a complex disease, where various genetic and environmental factors play an essential role in its initiation and progression. Despite the efforts made by the scientific community to treat the disease, there has been an increase in its incidence over the years. The purpose of this PhD thesis was to propose new candidate diagnostic biomarkers and to investigate the role of nutrition in the disease. Genes/proteins associated with NAFLD were collected from human studies. Then, an interaction network was constructed, based on their protein interactions, and further analyzed and studied. The analysis methods applied to the network allowed us to propose 77 candidate proteins/genes for NAFLD, which may have an important role in its pathogenesis and/or progression. We believe that these results will be helpful in future experimental studies on the study of the disease. Anthropometric, biochemical, clinical, nutritional and metabolomic data of 98 subjects with NAFLD from the MAST4HEALTH study were also used in this thesis. Possible associations of dietary patterns, extracted from our analysis, as well as amino acids concentrations in patients' plasma, with novel MRI parameters - indicative of liver inflammation and fibrosis - were investigated. According to the results, the "Western dietary pattern", consisting mainly of the intake of refined grains, red meat and fast food, was associated, for the first time, with increased values of MRI-cT1 – which is indicative of NAFLD activity and fibrosis. Also, the "Low-fat dairy and poultry pattern" was associated with lower values of MRI parameters. As highlighted from our findings, the role of diet is very important in NAFLD. Furthermore, it was shown that patients who had higher MRI-PDFF values had also significantly higher concentrations of the amino acids BCAAs, AAAs, L-valine, L-tyrosine and L-isoleucine in their plasma, compared to those who had lower MRI-PDFF values. Finally, several amino acids were associated with increased values of MRI-cT1 and MRI-PDFF, which could be used as potential diagnostic markers of NAFLD.

Η μη αλκοολική λιπώδης νόσος του ήπατος (NAFLD) είναι μια σύνθετη νόσος, όπου διάφοροι γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες παίζουν ρόλο τόσο στην έναρξη όσο και στην εξέλιξη της. Παρά τις προσπάθειες που έχουν γίνει από την επιστημονική κοινότητα για να αντιμετωπιστεί η νόσος, παρατηρείται αύξηση στην συχνότητα εμφάνισης της με το πέρασμα των χρόνων. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να προτείνει νέους υποψήφιους διαγνωστικούς βιοδείκτες και να διερευνήσει τον ρόλο της διατροφής στη νόσο. Πραγματοποιήθηκε συλλογή γονιδίων/πρωτεϊνών που συσχετίζονται με την NAFLD και αφορούν μελέτες στον άνθρωπο. Έπειτα, μέσω των πρωτεϊνικών τους αλληλεπιδράσεων, κατασκευάστηκε ένα δίκτυο αλληλεπιδράσεων που αναλύθηκε και μελετήθηκε περαιτέρω. Οι μέθοδοι ανάλυσης που εφαρμόστηκαν στο δίκτυο, μας έδωσαν τη δυνατότητα να προτείνουμε 77 υποψήφιες πρωτεϊνες/γονίδια για την NAFLD, που ενδεχομένως να έχουν σημαντικό ρόλο στην παθογένεια ή/και την εξέλιξη της. Τα αποτελέσματα αυτά πιστεύουμε ότι θα είναι βοηθητικά σε μελλοντικές πειραματικές μελέτες αναφορικά με τη μελέτη της ασθένειας. Στην παρούσα διατριβή επίσης χρησιμοποιήθηκαν ανθρωπομετρικά, βιοχημικά, κλινικά, διατροφικά και μεταβολομικά δεδομένα 98 ατόμων με NAFLD από την MAST4HEALTH μελέτη. Πραγματοποιήθηκε διερεύνηση πιθανής συσχέτισης των διατροφικών προτύπων, που εξήχθησαν από την ανάλυση μας, καθώς και των συγκεντρώσεων των αμινοξέων στο πλάσμα των ασθενών, με καινοτόμους MRI παραμέτρους – που είναι ενδεικτικοί δείκτες ηπατικής φλεγμονής και ίνωσης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, το «Δυτικό διατροφικό πρότυπο», που αποτελείται κυρίως από την πρόσληψη επεξεργασμένων δημητριακών, κόκκινου κρέατος και γρήγορου φαγητού (fast food) – συσχετίστηκε, για πρώτη φορά, με αυξημένες τιμές του MRI-cT1, που συνδέεται με την δραστηριότητα της NAFLD και τα στάδια της ίνωσης. Επίσης, τo «πρότυπο γαλακτοκομικών χαμηλών σε λιπαρά και πουλερικών» συσχετίστηκε με χαμηλότερες τιμές των MRI παραμέτρων. Από ότι αναδεικνύεται και από τα δικά μας ευρήματα, ο ρόλος της διατροφής είναι πολύ σημαντικός στην NAFLD. Ακόμη, δείχθηκε ότι οι ασθενείς που είχαν υψηλότερες τιμές MRI-PDFF, είχαν σημαντικά υψηλότερες συγκεντρώσεις των αμινοξέων BCAAs, AAAs, L-valine, L-tyrosine και L-isoleucin στο πλάσμα τους, συγκριτικά με τους ασθενείς που είχαν χαμηλότερες τιμές MRI-PDFF. Τέλος, διάφορα αμινοξέα συσχετίστηκαν με αυξημένες τιμές των MRI-cT1 και MRI-PDFF, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως πιθανοί διαγνωστικοί δείκτες της NAFLD.