Identification of sociodemographic, biochemical and epigenetic biomarkers of hepatic steatosis in children with overweight or obesity

Abstract

La obesidad infantil se ha convertido en unos de los problemas más graves en materia de salud pública del siglo XXI. En las últimas dos décadas, y de forma paralela a la epidemia de la obesidad infantil, diferentes comorbilidades asociadas como las enfermedades cardiovasculares, la diabetes mellitus de tipo 2 y la enfermedad metabólica asociada al hígado graso (en inglés MAFLD; metabolic associated fatty liver disease) han aumentado su prevalencia en la población infantil. La MAFLD se ha convertido en la comorbilidad más frecuente de la obesidad infantil, siendo hoy en día a nivel mundial la primera causa de enfermedad hepática crónica en población pediátrica. La MAFLD puede progresar a esteatohepatitis y cirrosis, complicando su pronóstico y la reversibilidad de la patología. Sin embargo, su evolución asintomática, junto con la dificultad de su diagnóstico por tratarse de métodos costosos y/o invasivos (biopsia hepática y/o resonancia magnética), impiden su identificación y diagnóstico precoz. La evolución y progresión de la MAFLD pediátrica es compleja, multifactorial y no está del todo esclarecida. Ciertos polimorfismos genéticos y modificaciones epigenéticas, así como factores sociodemográficos y de estilo de vida se han relacionado con el desarrollo de esta enfermedad. Así, la identificación de los factores de riesgo de desarrollo de MAFLD, así como el estudio de biomarcadores de la enfermedad es crucial para su prevención y tratamiento temprano. En este sentido, asociaciones médicas y científicas subrayan la necesidad de desarrollar métodos de cribado útiles para la detección de la MAFLD pediátrica. Por ello, los objetivos de la presente Tesis Doctoral Internacional son: i) desarrollar un protocolo mínimamente invasivo y con alta capacidad predictiva, para la identificación de esteatosis hepática en niños/as con sobrepeso u obesidad, ii) analizar el papel de los miRNAs como biomarcadores de la obesidad infantil y de sus comorbilidades mediante un análisis sistematizado de los estudios publicados que identifican perfiles de miRNAs en la obesidad pediátrica y/o en sus comorbilidades asociadas, y iii) identificar miRNAs potencialmente marcadores de MAFLD y/o resistencia a la insulina en niños/as preadolescentes y estudiar su asociación con factores de riesgo metabólico. Para dar respuesta a estos objetivos se llevaron a cabo cuatro estudios en el contexto de tres proyectos de investigación: EFIGRO, PREDIKID y MICROKID. Las conclusiones de esta Tesis Doctoral son: i) los factores sociodemográficos y de estilos de vida como la pertenencia a una etnia minoritaria, la prematuridad, un elevado índice cintura-talla, el consumo de bebidas azucaradas, el tiempo de visualización de pantallas, y la baja capacidad cardiorrespiratoria están consistentemente asociados con la presencia de esteatosis hepática en niños/as con sobrepeso u obesidad, ii) los métodos de cribado de MAFLD pediátrica disponibles muestran una limitada precisión y aplicabilidad, iii) el índice HEPAKID es la primera herramienta de cribado basada en datos antropométricos, sociodemográficos y de estilos de vida capaz de identificar a niños/as con sobrepeso u obesidad con elevado riesgo de padecer esteatosis hepática, iv) los niveles elevados de triglicéridos (TG), HOMA-IR, alanina aminotransferasa (ALT), aspartato aminotransferasa (AST), gamma-glutamil transferasa (GGT) y ferritina en plasma, así como la presencia de alelos de riesgo de las variantes genéticas PPARGrs13081389, PPARGrs1801282, HFErs1800562 y PNLPLA3rs4823173 se asocian consistentemente con la presencia de esteatosis hepática en niños/as con sobrepeso u obesidad. Sin embargo, su capacidad predictiva es baja por lo que no son suficientes para el cribado de la MAFLD, v) el protocolo de predicción HEPAKID muestra una alta sensibilidad, especificidad y capacidad discriminatoria, así como con una mínima inversión de tiempo y de recursos económicos, para identificar la MAFLD en niños/as con sobrepeso u obesidad y que deben ser derivados a unidades especializadas para la confirmación del diagnóstico, vi) los miRNAs circulantes son biomarcadores prometedores de enfermedades asociadas a la obesidad como la MAFLD y la diabetes mellitus tipo 2. Sin embargo, no ha sido posible identificar un perfil de miRNAs concreto asociado con las comorbilidades mencionadas en niños/as con obesidad en la literatura científica actual, vii) el miRNA circulante miR-660-5p parece ser un biomarcador predictivo de la presencia de MAFLD en niños/as preadolescentes, independientemente de su peso corporal y viii) los miRNAs circulantes miR-320a, miR 142-3p, miR-190a-5p, miR-374a-5p y los de la familia let-7 podrían servir como potenciales biomarcadores de la resistencia a la insulina en población pediátrica.

Childhood obesity is one of the 21st century's most serious public health challenges, becoming in the most prevalent cardiometabolic disease. In the last two decades, in parallel with the childhood obesity epidemic, several associated comorbidities such as cardiovascular diseases, type 2 diabetes (T2D) and metabolic associated fatty liver disease (MAFLD) have raised in paediatric population. MAFLD has emerged as one of the most serious comorbidities of childhood obesity, and the most common cause of chronic liver disease among children and young adults worldwide. MAFLD encompasses a spectrum of diseases ranging from steatosis to steatohepatitis, fibrosis and eventually cirrhosis, worsening and complicating the stage and the reversibility of the disease. The asymptomatic evolution of MAFLD, together with its high prevalence and costly and/or invasive diagnosis methods (liver biopsy and/or magnetic resonance imaging) make difficult the early identification of children with the disease. Paediatric MAFLD development and progression mechanisms are complex and multifactorial. Specific genetic polymorphisms and epigenetic modifications, sociodemographic and lifestyle factors have been associated with the development of the disease. The identification of risk factors for paediatric MAFLD development and the study of potential biomarkers for its diagnosis is crucial for its early prevention and treatment. Thus, there is agreement among scientific/medical associations on the need to develop useful screening tools to detect paediatric MAFLD. Therefore, the overall objectives of the present International Doctoral Thesis were: i) to develop a minimally invasive screening protocol with high predictive potential for the identification of children with overweight or obesity candidates to confirmatory diagnosis of MAFLD that can be useful in clinical practice ii) to systematically analyse the biomarker role of circulating miRNAs in the early onset of obesity and obesity associated co-morbidities through the examination of available circulating miRNA profile data in children and adolescents with obesity, and in obesity-associated metabolic abnormalities, and iii) to identify potential miRNA biomarkers of early MAFLD and/or IR in preadolescent children, and to test their associations with cardiometabolic risk factors. In order to achieve these objectives, data from the EFIGRO, PREDIKID and MICROKID investigation projects were considered. The conclusions from the current Thesis are: i) sociodemographic and lifestyle factors such as ethnic minority, prematurity at birth, elevated waist to height circumference ratio, sugar sweetened consumption, screen time and low cardiorespiratory fitness are consistently associated with the presence of hepatic steatosis in children with overweight or obesity, ii) at present, available screening methods for MAFLD identification in children have limited accuracy and applicability, iii) the HEPAKID index pre-screening tool is the first sociodemographic, lifestyle and anthropometric data-based screening method for identifying children with overweight or obesity whit elevated risk to suffer hepatic steatosis, iv) biochemical parameters such as, plasma TG, insulin, HOMA-IR, AST, ALT, GGT and ferritin levels, as well as the presence of risk alleles of PPARGrs13081389, PPARGrs1801282, HFErs1800562 and PNLPLA3rs4823173 polymorphisms, are consistently associated with the presence of hepatic steatosis in children with overweight or obesity. However, their prediction capacity is not enough for the screening of MAFLD, v) the HEPAKID prediction protocol identifies with high sensitivity, specificity and accuracy, as well as low time-consuming and economic cost, children with overweight or obesity who likely suffer from MAFLD, and who should be referred for confirmatory diagnosis, vi) circulating miRNAs could be promising diagnostic biomarkers of obesity-associated diseases, such as MAFLD and T2D, already in childhood. However, it was not possible to identify a concrete miRNA profile in children with obesity in the literature, vii) circulating miR-660-5p seems to be a biomarker of the presence of MAFLD in preadolescent children, regardless of weight status, and viii) circulating miR-320a, miR-142-3p, miR-190a-5p, miR-374a-5p and let-7 family miRNAs could serve as potential biomarkers of IR in children.