慢性閉塞性肺疾患における嫌気性・好気性エネルギー代謝経路のメタボロームプロファイリング

Metabolomic profiling of anaerobic and aerobic energy metabolic pathways in chronic obstructive pulmonary disease.

抄録

慢性閉塞性肺疾患（COPD）の治療法は確立されていませんが、その進行性と症状の管理という困難な課題から、その病因と関連メカニズムについてのより広範な研究が必要とされています。COPD研究で新たに重視されているのは、エネルギー代謝の変化です。本研究では初めて、COPDの嫌気性・好気性エネルギー代謝経路をメタボロームアプローチで検討しました。メタボローム解析により、140名のCOPD患者のエネルギー代謝を調査した。COPDにおけるエネルギー代謝の意義を、Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease-GOLDグレーディング、急性増悪期 vs 安定期（臨床安定期または4週間安定期）、年齢層、喫煙指数、肺機能、COPD Assessment Test（CAT）スコアで総合的に検討した。総合評価により、COPD患者は安静時の有酸素性エネルギー代謝と無酸素性エネルギー代謝のバランスが大きく崩れ、無酸素性エネルギー供給機構が高い傾向にあり、疾患進行と正の相関があることを明らかにしました。本研究は、肺損傷における嫌気性・低効率エネルギー供給経路の重要性を明らかにし、COPD患者のエネルギー炎症-肺換気機能および運動制限機構と関連付けることで、この悲惨な疾患の新しい治療の方向性を示唆するものであった。

While there is no cure for chronic obstructive pulmonary disease (COPD), its progressive nature and the formidable challenge to manage its symptoms warrant a more extensive study of the pathogenesis and related mechanisms. A new emphasis on COPD study is the change of energy metabolism. For the first time, this study investigated the anaerobic and aerobic energy metabolic pathways in COPD using the metabolomic approach. Metabolomic analysis was used to investigate energy metabolites in 140 COPD patients. The significance of energy metabolism in COPD was comprehensively explored by the Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease-GOLD grading, acute exacerbation vs. stable phase (either clinical stability or four-week stable phase), age group, smoking index, lung function, and COPD Assessment Test (CAT) score. Through comprehensive evaluation, we found that COPD patients have a significant imbalance in the aerobic and anaerobic energy metabolisms in resting state, and a high tendency of anaerobic energy supply mechanism that correlates positively with disease progression. This study highlighted the significance of anaerobic and low-efficiency energy supply pathways in lung injury and linked it to the energy-inflammation-lung ventilatory function and the motion limitation mechanism in COPD patients, which implies a novel therapeutic direction for this devastating disease.