Uso da metabolômica no diagnóstico de doenças inflamatórias intestinais / Use of metabolomics to the diagnosis of inflammatory bowel disease

ABSTRACT

ABSTRACT BACKGROUND: Crohn's disease and ulcerative colitis are the primary inflammatory bowel diseases (IBD), and its pathogenesis is related to genetic and environmental factors. Currently, the diagnosis of IBD results in a multidisciplinary approach with significant disadvantages, such as its invasive nature, time spent, and the fact that 10% of patients remain without diagnostic classification. However, new methodologies of analysis have emerged that allowed the expansion of knowledge about IBD, as the metabolomics, the study of metabolites. The presence and prevalence of such metabolites may prove to be useful as biomarkers in the diagnosis of IBD. OBJECTIVE: Analyze fecal samples for metabolic analysis in the diagnosis of inflammatory bowel diseases (IBD), providing differentiation between Crohn's disease and ulcerative colitis. METHODS: This is an observational study with 21 patients diagnosed with IBD (ulcerative colitis 11 and Crohn's disease 10) and 15 healthy controls, all with the consent and clarification. The fecal extracts of all patients are submitted to a high-resolution Nuclear Magnetic Resonance Hydrogen (1H-NMR) spectroscopy combined with multivariate and univariate pattern recognition techniques. Through the metabolomics of fecal extracts, gives us a characterization of employing a noninvasive approach. RESULTS: We identify some metabolites, such as lactate, succinate, alanine, and tyrosine, in the Crohn's disease fecal samples, and leucine, alanine, and tyrosine in the ulcerative colitis fecal samples. All the amino acids presented positive covariance for disease correlation. CONCLUSION: The results showed different metabolic profiles between IBD patients and healthy volunteers based on 1H-NMR analysis of fecal extracts. Moreover, the approach discriminated patients with Crohn's disease and ulcerative colitis. The metabolomics analysis is promising as a novel diagnostic technique for further IBD recognition and surveillance. New studies are necessary to validate these findings.

RESUMO

RESUMO CONTEXTO: A doença de Crohn e retocolite ulcerativa são as principais doenças inflamatórias intestinais (DII), e sua patogênese está relacionada a fatores genéticos e ambientais. Atualmente, o diagnóstico de DII resulta em uma abordagem multidisciplinar e apresenta desvantagens significativas, como sua natureza invasiva, tempo gasto e o fato de 10% dos pacientes permanecerem sem classificação diagnóstica. No entanto, surgiram novas metodologias de análise que permitiram ampliar o conhecimento sobre a DII, como a metabolômica, o estudo dos metabólitos. A presença e a prevalência desses metabólitos podem ser úteis como biomarcadores no diagnóstico da DII. OBJETIVO: Avaliar as amostras fecais por análise metabolômica no diagnóstico de DII, diferenciando os perfis metabólicos entre doença de Crohn e retocolite ulcerativa. MÉTODOS: Estudo observacional com 36 indivíduos (doença de Crohn 11, retocolite ulcerativa 10 e 15 controles saudáveis), todos com consentimento esclarecido. Os extratos fecais de todos os pacientes são submetidos a uma espectroscopia de alta resolução por ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H-RMN) combinada com técnicas de reconhecimento de padrões multivariados e univariados. Por meio da metabolômica utilizando extratos fecais, foi possível obter uma caracterização adequada das doenças inflamatórias intestinais através de uma abordagem não invasiva. RESULTADOS: Foi possível identificar os seguintes metabólitos nos pacientes com doen­ça de Crohn lactato, succinato, alanina e tirosina e, no grupo retocolite ulcerativa encontrou-se leucina, alanina e tirosina. Todos os aminoácidos apresentaram covariância positiva para a doença. CONCLUSÃO: Os resultados demonstraram diferentes perfis metabólicos entre pacientes com DII e voluntários saudáveis, com base na análise por 1H-RMN dos extratos fecais. Além disso, pacientes com doença de Crohn e retocolite ulcerativa também podem ser discriminados usando essa abordagem. A análise metabolômica é promissora como uma nova técnica não invasiva de diagnóstico para melhor reconhecimento das DII. Novos estudos são necessários para validar esses achados.