呼気中のトリカーボン酸代謝物のリアルタイムモニタリング

トリカルボン酸（TCA）サイクルは、好気性生物における細胞呼吸のための最も重要な代謝経路の1つです。他の多くの相互接続経路に中間体を提供および収集し、炭水化物、脂肪酸、およびアミノ酸の代謝をつなぐハブとして機能します。中間体の細胞内レベルの変化は、癌から細胞壊死または肝硬変に至るまでの広範な病気と関連しています。したがって、そのような代謝物の監視には本質的な関心が存在します。この研究における私たちの目標は、少なくともTCAサイクルの最も揮発性代謝産物がin vivoで、リアルタイムで呼吸で検出できるかどうかを評価することでした。この標的分析を実施するために、高解像度質量分析（SESI-HRMS）と組み合わせた二次電子散布イオン化を使用しました。私たちは、3日間の異なる時間にSESI-HRMSシステムに完全な呼気を提供した6人の健康な個人を登録しました。初めて、TCAサイクルに適合する呼気化された化合物を観察しました：フマリック、コハク、悪性、ケトグルータル、オキサロ酢酸、およびアコニ酸酸。動物酸、オキサロ酢酸、およびアトニチン酸の自己学内の変動性と朝と午後のレベルの間に大きな全体的な差があることがわかりました。これは、ヒトのこれらの代謝物の概日変動を示唆する以前の研究を支持しています。この研究は、TCAサイクルが息を吸って都合よく監視できるという最初の証拠を提供し、この重要な代謝経路でin vivoで研究する新しい機会を開きます。

The tricarboxylic acid (TCA) cycle is one of the most important metabolic pathway for cellular respiration in aerobic organisms. It provides and collects intermediates for many other interconnecting pathways and acts as a hub connecting metabolism of carbohydrates, fatty acids, and amino acids. Alteration in intracellular levels of its intermediates has been linked with a wide range of illnesses ranging from cancer to cellular necrosis or liver cirrhosis. Therefore, there exists an intrinsic interest in monitoring such metabolites. Our goal in this study was to evaluate whether, at least the most volatile metabolites of the TCA cycle, could be detected in breath in vivo and in real time. We used secondary electrospray ionization coupled with high-resolution mass spectrometry (SESI-HRMS) to conduct this targeted analysis. We enrolled six healthy individuals who provided full exhalations into the SESI-HRMS system at different times during 3 days. For the first time, we observed exhaled compounds that appertain to the TCA cycle: fumaric, succinic, malic, keto-glutaric, oxaloacetic, and aconitic acids. We found high intraindividual variability and a significant overall difference between morning and afternoon levels for malic acid, oxaloacetic acid, and aconitic acid, supporting previous studies suggesting circadian fluctuations of these metabolites in humans. This study provides first evidence that TCA cycle could conveniently be monitored in breath, opening new opportunities to study in vivo this important metabolic pathway.