代谢组学分析在重症医学领域的研究与应用进展(2)

　　在实际运用中， 研究标本可以是细胞、液体或组织， 其中尿液和血液是代谢组学研究中使用的典型标本[5], 而样本的收集、储存和准备则是研究成功的关键步骤[15].对数据进行预处理使之特征更具可比性[16]、使用多变量统计分析[17]、内部交叉验证检验[18]以及主成分分析 （principal component analysis, PCA） 、层次聚类分析 （hierarchical cluster analysi, HCA） 、偏最小二乘判别分析 （partial least squares discrimination analysi, PLS-DA） 等多种模式识别策略的应用[7]均是保障鉴定生物标志物的可靠性重要环节。

　　2 代谢组学在重症医学中的应用

　　重症医学是研究危及生命的疾病状态发生发展规律及其诊治方法的临床医学学科[19].代谢组学允许用一个样品鉴定数十至数百种代谢物， 可以实现与特定病理生理学相关的代谢指纹的鉴定[20], 从而确定生物标志物及解释病生过程。在重症医学及相关领域中， 已逐渐将代谢组学应用于生物标志物鉴定、疾病预防和药物开发与量化治疗等方面[20].

　　2.1 脓毒症

　　脓毒症是全球致死的重要疾病之一[21], 具有高发病率 （18.6/1000住院人次） 、高死亡率 （50%） 的特点[22].其患者往往需要在ICU进行治疗， 医疗成本占比较大[23].虽然引起脓毒症的病原体并没有显着变化， 但随着多项临床和基础研究结果的展现， 对脓毒症的定义有了新的理解[24].修订后的国际共识 （脓毒症-3.0） 建议将SOFA评分为2或更高作为脓毒症的标准， 虽然它更容易从临床数据中获得， 但精确度相对较低[25-26].理想化的状态， 即准确和早期识别， 一定是影响脓毒症临床决策并指导更精确治疗干预的关键结点。脓毒症患者不论病原体如何， 其代谢产物谱都是一致的[27-28], 不同的代谢物特征决定了脓毒症所造成的特定终末器官损害[28-29].目前研究表明， 在人体和动物中， 代谢产物谱能够区分脓毒症和无菌性炎症， 以及评估入住ICU的患者继发脓毒症的可能性[27-28,30-31].1H-NMR尿代谢组学检测也已被认为有助于脓毒症的早期诊断[32].同时， 脓毒症代谢产物主要是氨基酸及其衍生物， 显示出一致的方向性变化， 这是能量代谢在其病理生理中作用的体现[31,33].葡萄糖、乳酸盐、醋酸盐和柠檬酸盐可用于区分脓毒症和全身炎症反应综合征 （systemic inflammatory response syndrome, SIRS） [28,31,33].进一步分析发现， 脓毒症存活与死亡者游离脂肪酸代谢改变明显， 存活者线粒体脂肪酸β-氧化严重缺陷， 其犬尿氨酸可作为区分SIRS和败血症的参考指标[27,34].此外， 代谢组学还可以被用来作为阐明生化途径、监测不良事件、预测和追踪治疗反应 （药物代谢组学） 的一种工具[35-36], 以促进脓毒症的药物精确治疗。在促红细胞生成素减少脓毒症的器官功能损伤[37]和左旋肉碱治疗成人脓毒性休克I期临床试验[38]中均有阳性发现。还有一些代谢组学研究已尝试将线粒体脂肪酸β-氧化作为脓毒症靶向治疗的关键途径进行探索性研究[33,39-40].可见， 代谢组学具有很大的潜力来帮助确定特定的脓毒症表型， 并期望找到非常需要的预测性和预后性生物标志物， 从而引导更个性化的管理和治疗[41].

　　2.2 急性呼吸窘迫综合征

　　急性呼吸窘迫综合征 （acute respiratory distress syndrome, ARDS） 是ICU常见急危重症， 死亡率高达10.4%[42-43].自1967年首次描述ARDS描述[44]以来， 已经有一些研究期望能解决该综合征的潜在异质性和复杂病因学问题。ARDS代谢组学分析涉及各种潜在与之相关的生物流体[如呼出气、支气管肺泡灌洗液 （bronchoalceolar lavage fluid, BALF） 和血浆等].早期研究即发现外科ICU的ARDS患者呼出气中异戊二烯水平偏低[45].Evans等[46]针对ARDS患者的非靶向代谢组学分析发现其BALF中存在明显代谢组学差异， 呈现多种氨基酸和糖酵解产物水平增高以及脂质中间体水平降低。Stringer等[47]从13名脓毒症诱导的ARDS患者血浆中鉴定出40种代谢物 （其中4种存在显着性差异） .近期Viswan等[48]使用NMR对BALF进行代谢组学研究， 经PLS-DA分析发现脯氨酸、赖氨酸、精氨酸、牛磺酸、苏氨酸和谷氨酸6种代谢产物可作为判别轻、中、重度 （依据2012年柏林定义[49]） ARDS的参考生物标志物并解释了相关代谢路径。可见， 代谢组学分析在ARDS早期诊断、严重程度评估上具有一定前景。

　　2.3 急性胰腺炎

　　近年急性胰腺炎 （acute pancreatitis, AP） 发病呈上升趋势， 其中20%可致多器官功能衰竭甚至死亡[50-52].目前临床诊断AP的方法包括实验室检查与放射成像 （如超声、MRI和CT等[53-54]） , 然而这些检查的假阳性、假阴性、非特异性以及滞后性均会限制对AP的早期诊断。Ma等[55]用高分辨质子魔角旋转NMR示踪法发现大鼠模型在胰腺组织损伤前即存在亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、脂质和牛磺酸等代谢物水平改变。Villasenor等[56]利用1H-NMR波谱和多变量模型发现AP患者尿液中鸟嘌呤、马尿酸、肌酸和血浆中缬氨酸、丙氨酸、脂蛋白所组合的生物标志物对AP具有很强的诊断和预后潜力。Tang等[57]利用GC-MS, 采用PLS-DA模型确定高脂血症性急性胰腺炎 （HLP） 存在一些特异代谢物。近期， Xiao等[58]采用GC-MS发现包括3-羟基丁酸、磷酸、甘油、柠檬酸、D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、十六烷酸和5-羟色胺在内的一些重要代谢物可作为辅助AP临床诊断的潜在生物标志物。在治疗方面， Lia等用600 MHz超导NMR光谱仪检测证实中草药大承气汤治疗后的AP大鼠模型血浆甘油、谷氨酸、低密度脂蛋白、饱和脂肪酸水平降低， 而丙氨酸和谷氨酰胺水平升高， 为基于1H-NMR的代谢组学方法系统研究AP治疗提供了方法学依据[59].可见， 代谢物水平的检测将有助于AP的早期诊断与预后判断， 代谢谱与化学计量模型耦合可能是展开代谢系统研究的有效工具[57].

　　2.4 急性肾损伤

　　急性肾损伤 （acute kidney injury, AKI） 是指由多种病因和 （或） 危险因素引起的肾功能快速下降的一种复杂临床综合， 住院死亡率可高达75%.脓毒症和缺血再灌注损伤是ICU患者发生AKI的主要原因[60-62], 尽管有连续肾脏替代疗法 （continuous renal replacement therapy, CRRT） 等治疗手段， 但AKI的预后仍较差[63].血清肌酐水平和尿量仍然是目前临床诊断AKI的主要指标[64], 但敏感性、特异性和可靠性较差。Wei等在小鼠AKI模型上利用GC-MS、LC-MS技术发现AKI早期肾组织和血清中3-吲哚硫酸 （3-indoxyl sulfate, 3-IS） 的变化可能是早期诊断AKI的生物标志物[65].研究表明植物多酚、甲氯灭酸和肝磺基转移酶抑制剂能够通过抑制3-IS生成来减轻急性肾损伤[66-68].3-IS作为烟碱酸受体激动剂诱导的AKI的标识， 是最有统计学意义的血清生物标志物， 较肌酐和血尿素氮具有更高的敏感性[70].此外， 分析代谢组学研究证实早期左旋肉碱可以减少细胞膜磷脂的分解产物 （如溶血磷脂和游离脂肪酸） 以减轻肾损伤[70], 也为AKI的药物治疗动态评估提供了依据。 …… 此处隐藏：1819字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……