Sângele poate dezvălui semne ale bolilor intestinale care nu sunt detectate în probele de scaun
Ar putea fluxul sanguin să dezvăluie semne ale unor boli intestinale care sunt omise de analizele de scaun? O echipă de cercetători a comparat metaboliții microbiali din sânge și fecale pentru a investiga care măsurători oferă indicii mai clare despre cancerul colorectal, boala celiacă și obezitate.
Un studiu recent publicat în QJM: An International Journal of Medicine a analizat performanța diagnostică a profilurilor de acizi grași cu lanț scurt (SCFA) din ser și fecale pentru a distinge între cancerul colorectal, boala celiacă, obezitate și controale sănătoase.
Microbiota intestinală joacă un rol esențial în menținerea sănătății gazdei. Producția de metaboliți microbiali reprezintă unul dintre mecanismele centrale prin care microbiota intestinală influențează fiziologia gazdei. SCFA, precum acetatul, butiratul și propionatul, împreună cu acizii grași cu lanț ramificat izovalerian, 2-metilbutiric și izobutiric, sunt cei mai studiați metaboliți microbiali.
SCFA din fecale au fost extins studiate ca biomarkeri non-invazivi; profilurile alterate ale SCFA din fecale au fost raportate în boli metabolice și gastrointestinale, inclusiv cancer colorectal, boala celiacă, boala inflamatorie intestinală și obezitate. Dimensiunea sistemică a SCFA rămâne relativ neexplorată, ceea ce este semnificativ deoarece o fracțiune considerabilă de SCFA intră în circulația sistemică după absorbția în colon.
În cadrul studiului, cercetătorii au comparat performanța diagnostică a profilurilor de SCFA din ser și fecale. Analiza a folosit date clinice și probe colectate anterior de la pacienți cu CRC, OB și CD, precum și de la controale sănătoase în Florența, Italia. Subiecții au fost excluși dacă erau însărcinați sau recent postpartum, dacă urmaseră intervenții nutriționale sau medicamente care afectează aportul alimentar, greutatea corporală sau cheltuielile energetice, sau dacă utilizaseră antibiotice, sinbiotice, probiotice sau prebiotice în cele două luni anterioare înscrierii.
Un chestionar a fost administrat pentru a captura obiceiurile alimentare. Probe de sânge și fecale au fost colectate la diagnostic, înainte de tratament, iar SCFA din ser și fecale au fost cuantificate prin cromatografie de gaze – spectrometrie de masă. Testul Kruskal-Wallis a fost efectuat pentru a evalua diferențele între grupuri în ceea ce privește SCFA din ser și fecale, iar testul Dunn a fost utilizat pentru comparații pairwise. O analiză a componentelor principale (PCA) a fost realizată pentru a explora structura multivariată a seturilor de date SCFA.
Cercetătorii au folosit un model de învățare automată multiclass pentru a evalua capacitatea setului de date SCFA din ser, setului de date SCFA din fecale sau setului combinat de a discrimina între grupurile OB, CRC, CD și HC. Modelele au fost antrenate pe 80% din date și evaluate folosind restul de 20%, împreună cu proceduri interne de validare. Analizele SHAP și LIME au fost utilizate pentru a identifica care acizi grași au avut cea mai mare influență asupra predicțiilor modelului. În final, au fost utilizate modele de regresie pentru a evalua relațiile dintre SCFA din ser și fecale.
Studiul a inclus 35 de pacienți cu CD, 30 cu CRC și 33 cu OB, precum și 95 de controale sănătoase. Toți pacienții cu CRC aveau cancer colorectal non-metastatic, toți pacienții cu OB aveau un indice de masă corporală ≥ 30 kg/m², iar toți pacienții cu CD aveau atrofie vilozitară. Șapte SCFA au fost cuantificați în probele de ser și fecale: acizi acetic, butiric, izovaleric, izobutiric, propionic, valeric și 2-metilbutiric. PCA a arătat o separare a grupurilor pentru SCFA din ser și fecale, fiind mai pronunțată în ser; testarea multivariată a confirmat diferențe semnificative în ambele seturi de date.
Modelul SCFA din fecale a avut o acuratețe globală de clasificare de 59% în setul de testare reținut; a identificat corect aproximativ 63% dintre HC, 57% dintre pacienții cu OB sau CD și 50% dintre pacienții cu CRC. Modelul SCFA din ser a obținut o acuratețe foarte mare (95%), cu unele probe de testare CD clasificate greșit ca CRC. Modelul combinat ser-fecale a îmbunătățit marginal acuratețea la 97%. Cercetătorii au examinat apoi care acizi grași circulanți au contribuit cel mai puternic la predicțiile modelului pentru fiecare grup de diagnostic. Analiza SHAP a setului de date SCFA din ser a identificat acizii valeric, propionic, 2-metilbutiric și izovaleric ca fiind cei mai influenți pentru predicția CD.
Pentru predicția CRC, acizii 2-metilbutiric, izovaleric, izobutiric și valeric au fost cele mai influente caracteristici. Principalele contribuții la clasificarea OB au fost acizii 2-metilbutiric, propionic, valeric și acetic. Pentru HC, cei mai puternici contribuitori au fost acizii valeric și propionic. Analiza LIME a setului de date din ser a oferit informații complementare despre contribuțiile direcționale ale SCFA individuali.
Acidul izobutiric a avut o contribuție pozitivă la predicția CRC, în timp ce acizii valeric, izovaleric și 2-metilbutiric au avut contribuții negative. În clasificarea CD, contribuțiile acizilor izobutiric, valeric, propionic și butiric au fost toate negative. Pentru OB, acidul propionic a avut o contribuție negativă, în timp ce acizii izobutiric, izovaleric și 2-metilbutiric au contribuit pozitiv. În clasificarea HC, acidul valeric a avut o contribuție negativă, în timp ce acizii propionic, 2-metilbutiric și izobutiric au avut contribuții pozitive. Aceste contribuții descriu modul în care modelul a clasificat probele; ele nu stabilesc efecte cauzale ale acestor acizi. Analizele SHAP și LIME au fost de asemenea realizate pe seturi de date fecale și combinate, care au generat valori de importanță a caracteristicilor mai mici. Aceste diferențe în atribuirea caracteristicilor nu au schimbat acuratețea ușor mai mare a modelului combinat.
În final, s-au observat relații predictive slabe între SCFA din ser și cele din fecale, profilurile fecale neputând prezice concentrațiile din ser la pragul de performanță predefinit al studiului, sugerând că cele două compartimente biologice oferă informații complementare, non-redundante.
Profilurile SCFA din ser au depășit SCFA din fecale în discriminarea pacienților cu CD, OB și CRC față de cei sănătoși. Adăugarea SCFA din fecale la modelele bazate pe ser a generat un câștig marginal în acuratețe, indicând că SCFA din ser captează majoritatea informațiilor de clasificare în acest cohort. Acizii valeric, propionic, izovaleric și 2-metilbutiric au fost cei mai informativi contribuabili la clasificarea bazată pe SCFA din ser. Aceste rezultate sugerează că SCFA din ser ar putea reflecta mai bine schimbările legate de boală decât SCFA din fecale. Măsurătorile fecale rămân utile pentru investigarea activ
