Identification of biomarkers in food allergy using metabolomics

Abstract

식품알레르기는 점점 더 많은 어린이들에게 영향을 미치게 되면서 중요한 건강 문제로 대두되면서, 소아 식품알레르기는 때때로 증상들이 자연적으로 호전되기도 한다. 그러나 식품알레르기 호전의 원리는 아직 심도 있게 연구되지 않았다. 본 연구는 대사체학을 통해 식품알레르기와 그의 호전을 예측할 수 있는 바이오마커를 개발하는 것을 목적으로 하였다. 식품알레르기 환자 20명과 대조군 20명의 대사체 정보를 액체 크로마토그래피 질량분석법을 사용하여 연구하였다. 식품알레르기 환자의 혈청 검체를 사용하였으며, 식품알레르기 진단 시점과 호전 시점에 검체를 채취하여 대사물 수치의 변화를 파악하였다. 또한, 유전자형 분석을 실시하여 대사과정과 연관된 경로를 분석하였다. 식품알레르기 환자들은 대조군과는 확연히 다른 대사체를 보였다. Sphingolipid의 증가와 acylcarnitine의 감소가 식품알레르기와 연관되어 있었다. 또한, 식품알레르기가 호전되는 환자들에게서는 오메가-3 대사물이 많이 관찰되었다. 오메가-3 대사물의 수준은 식품알레르기가 호전되면서 같이 감소했는데, 같은 기간 동안 식품알레르기가 호전되지 않은 환자에서는 증가하는 양상을 보였다. 또한, 혈소판 활성화 인자와 lysophosphatidylcholine은 식품알레르기 호전과 밀접한 관련이 있었다. 여러 지질 대사물이 소아 식품알레르기의 발병과 호전에 밀접한 관련이 있으며 이것은 식품알레르기를 예측할 수 있는 바이오마커로서 활용될 수 있음을 시사한다.

Food allergy (FA) is affecting an increasing proportion of children, with its emergence to an important health concern. The natural history of childhood FA occasionally involves a spontaneous resolution of symptoms after years of adversity. However, the mechanism behind the resolution of FA is not studied in-depth. This study aims at identifying biomarkers for the development and prognosis of FA through a metabolomics approach. The metabolomic profile of 20 children with FA and 20 healthy control subjects were studied using liquid-chromatography coupled with mass spectrometry. Serum samples for FA are collected from both the time of diagnosis and resolution to identify the change in metabolite levels. We conducted a comparative analysis to discover metabolites associated with FA and FA resolution. With the integration of genotype data, we conducted a metabolite QTL analysis to analyze associated pathways. Patients with FA exhibited a unique metabolomic profile compared to control subjects. A marked increase of sphingolipid metabolites and a decrease in acylcarnitine metabolites were associated to FA. In resolving FA subjects, a significantly high level of omega-3 metabolites were observed. The level of omega-3 metabolites decreased with FA resolution as compared to an increase over the same period in persistent FA. Also, platelet-activating factor, and lysophosphatidylcholine levels were significantly associated to FA resolution. Several lipid metabolites are closely related to FA and FA resolution in children. These results suggest potential predictive biomarkers and provides insight in disease mechanisms of childhood FA.