Malgré les efforts continus déployés dans le monde entier pour fournir un diagnostic efficace des maladies, la thérapie ciblée n’a toujours pas atteint son véritable potentiel. Diverses approches, telles que la transcriptomique, la protéomique, etc., ont permis d’identifier plusieurs biomarqueurs, mais ceux-ci n’ont pas eu suffisamment d’utilité clinique en raison du manque de sensibilité et de spécificité 1,2. La thérapie ciblée est un grand défi dans certaines maladies multifactorielles, conduisant finalement à une mortalité plus élevée. Il est nécessaire de mieux comprendre le mécanisme sous-jacent et la physiopathologie de maladies complexes existant avec une grande hétérogénéité. Ainsi, à cet égard, l’évolution de la métabolomique a révolutionné le développement thérapeutique, ce qui pourrait éventuellement aider à adapter les schémas thérapeutiques à diverses maladies graves telles que le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), la septicémie et la pancréatite aiguë sévère (PAS).
La métabolomique est une approche globale visant à identifier et à quantifier les molécules de faible poids moléculaire (métabolites tels que les acides aminés, les lipides, les peptides, les acides organiques et les vitamines) dans divers biofluides, cellules ou extraits de tissus. Ces métabolites, qui pèsent généralement moins de 1500 Da, jouent un rôle actif dans les processus biochimiques, reflétant un contour progressif de l’état biologique de l’organisme. Ils comprennent des substrats pour des processus enzymatiques clés, des intermédiaires dans les voies biologiques et des sous-produits du métabolisme cellulaire. Par conséquent, la métabolomique capture une empreinte détaillée des influences alimentaires, des interactions médicamenteuses et des états pathologiques. Les modifications métabolitiques sont des indicateurs très sensibles du métabolisme et des voies biologiques, permettant des corrélations avec les expressions phénotypiques et les anomalies physiopathologiques qui en résultent 3,4. Les variations initiales des métabolites peuvent servir d’indicateurs précoces de la gravité de la maladie, tandis que les changements temporels peuvent aider à surveiller l’efficacité du traitement, la progression de la maladie et les résultats cliniques 5,6,7. La métabolomique améliore ainsi les essais cliniques et diverses autres approches omiques en redéfinissant les maladies par le biais de paramètres cliniques, physiologiques et biochimiques 8,9,10,11,12,13. Les capacités analytiques de la métabolomique sont utilisées pour surveiller et déterminer la sensibilité aux maladies grâce à des concentrations de métabolites modifiées14,15.
Dans ce contexte, la spectrométrie de masse (MS) et la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) sont devenues les principales plateformes analytiques pour le profilage des métabolites dans les échantillons biologiques. Ces méthodes sont utilisées pour l’identification et la quantification ciblées et non ciblées des métabolites 16,17,18. Chaque plateforme a ses avantages et ses limites, mais la nature non destructive de la RMN la rend préférable dans diverses études in vivo et pour la caractérisation de la structure de composés inconnus, en particulier dans les premières étapes de la recherche métabolomique. Le fractionnement, la dérivation et l’ionisation de l’échantillon requis avant la spectrométrie de masse peuvent introduire des biais et souvent entraîner une perte d’échantillon, affectant les caractéristiques dynamiques que la spectroscopie RMN peut capturer avec une préparation minimale ou nulle de l’échantillon. La principale limitation de la RMN est sa sensibilité plus faible par rapport à la MS, qui offre une limite de détection plus basse, ce qui rend difficile la détection de métabolites moins abondants19. Cependant, des progrès tels que les aimants supraconducteurs à haute résolution, les sondes RMN refroidies par cryogénie et les techniques qui améliorent la sensibilité ont atténué cette limitation 20,21,22. En tant qu’approche complémentaire à la génomique et à la protéomique, le profilage métabolique à l’aide de la spectroscopie RMN gagne du terrain en tant que technique privilégiée 23,24,25. La préparation minimale des échantillons, la reproductibilité et la répétabilité de la RMN en font un outil précieux pour capturer les caractéristiques dynamiques inhérentes aux métabolites malgré ses problèmes de sensibilité26.
Plusieurs groupes de recherche ont effectué avec succès la métabolomique, mettant en évidence le profil métabolique dérégulé des patients pour diverses maladies27 telles que le SDRA28, 29, 30, 31, 32, 33, la pneumonie34, la septicémie7, les calculs biliaires35 et la pancréatite36. Des études métabolomiques basées sur la RMN portant sur des patients gravement malades ont joué un rôle déterminant dans le suivi de la progression du syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS) au syndrome de dysfonctionnement multiviscéral (MODS), qui est l’une des principales causes de mortalité et de morbidité en unité de soins intensifs (USI)37. Dans une étude menée par Stringer et al., des échantillons de plasma ont été utilisés pour examiner les altérations métaboliques chez les patients atteints de lésions pulmonaires aiguës induites par la septicémie (ALI) par rapport aux patients témoins38. Les principaux métabolites trouvés élevés dans cette étude pilote reflétaient les voies métaboliques impliquées et leur association avec les scores cliniques. Cette recherche a été étendue à la métabolomique sérique afin de différencier le sepsis des premiers stades des mécanismes de lésions pulmonaires dans le SDRA32. De plus, une autre étude sur le SDRA a identifié de puissants biomarqueurs sériques qui différencient nettement les lésions pulmonaires aiguës/SDRA et les témoins sains, offrant des informations sur les changements métaboliques systémiques correspondant à l’apparition aiguë des lésions pulmonaires39,40.
La spectroscopie RMN est une technique analytique automatisée à haut débit qui fournit des informations robustes et impartiales sur l’empreinte métabolique, révélant la physiopathologie sous-jacente38. L’application clinique et l’interprétation biologique des données RMN dépendent de l’obtention de spectres de haute qualité contenant des informations riches. Par conséquent, il est crucial d’assurer une collecte, un traitement et une analyse des données précis, uniformes et bien formulés. Par conséquent, l’objectif de cette étude est de tirer parti des étapes essentielles de la métabolomique basée sur la RMN pour l’identification et la quantification des métabolites. Cette étude met en évidence les étapes clés du protocole requis pour l’étude métabolomique clinique (Figure 1), telles que la sélection des échantillons appropriés, la collecte et le stockage, le traitement et la préparation des échantillons, l’acquisition et l’analyse des données, l’identification et la quantification du métabolite d’intérêt, et éventuellement, l’interprétation des résultats dans un contexte clinique pour en tirer des informations pertinentes. Chacune de ces étapes est essentielle pour tirer parti de la spectroscopie RMN en métabolomique afin de découvrir des informations biologiques et cliniques importantes.