代谢组学在小于胎龄儿发病机制研究中的应用.pdf

【基金项目】四川省基础应用课题(编号:)通讯作者代代谢谢组组学学在在小小于于胎胎龄龄儿儿发发病病机机制制研研究究中中的的应应用用 杨 弋 朱 军李小洪 (四川大学华西第二医院.妇产科 护理单元.妇女儿童出生缺陷及相关疾病教育部重点实验室.中国国家妇幼保健监测办公室四川 成都)【摘要】精准医学是医学领域中的全新模式它将患者个体特征、生活环境等因素与各项生物技术相融合利用基因检测等先进生物检测技术手段对大样本人群及特定疾病类型进行生物标志物的筛选、定量、验证及应用最终达到寻找疾病的发病原因、机制及治疗靶点的目标 代谢组学是其中一种高通量、高灵敏度的精准检测技术广泛应用于疾病潜在病理生理机制的研究中并在疾病的早期预测早期诊断和治疗中发挥重大作用 本文对代谢组学技术在小于胎龄儿发病机制研究中的应用进行综述【关键词】小于胎龄儿代谢组学精准医学【中图分类号】【文献标志码】【文章编号】()小于胎龄儿()指出生体重和(或)身长低于同性别同胎龄第 个百分位以下的婴儿是常见的产科并发症亦称胎儿宫 内 发 育 迟 缓()是小于胎龄儿()的宫内阶段由于 在子宫内的识别困难因此很多文献中两者无明显区分二者的结果常常相互替代 年中华医学会儿科学分会对国内 个省(区、市)的 所医院调查显示:我国 发生率为 年柳叶刀杂志发布的一项全球荟萃分析显示在 个低中收入国家 发生率高达 在 出生数量前 位的国家中中国居全球第五 往往合并诸多健康问题以及不良围产结局如胎儿宫内窘迫、新生儿窒息、新生儿重症监护室治疗的发生率和死亡率均高于适于胎龄儿()还会增加神经功能受损以及心血管风险 从疾病预后看 也是生长迟缓、神经心理发育障碍及成年期代谢综合征的高危人群 可见 是一个全球关注的公共卫生问题有学者指出如能早期识别和预警 的发生早期参与高危孕母及胎儿管理可有效降低 发生风险改善其预后结局 然而 发病机制尚未阐明约 的 未找到明确的病理因素 的发生与多种因素有关包括母亲因素、胎儿因素、胎盘脐带因素、环境因素等 尽管已经有大量关于足月 的危险因素研究但仍然缺乏有关母体遗传与环境因素对 影响的研究且母体因素在 发生发展中的机制未明 因此需要更多新的研究来了解 的病因机制以便精准构建 的检测方法建立基于生物标志物的 预测模型 近年来“精准医疗”概念的提出有利于实现对疾病和患者进行个性化的精准治疗其本质是通过基因组、蛋白质组与代谢组等先进医疗技术对大样本人群和特定疾病类型进行生物标志物的分析、验证与应用 其中代谢组学作为一种高通量、高灵敏度的精准检测技术广泛应用于疾病潜在病理生理机制的研究中 现就代谢组学在小于胎龄儿发病机制中的应用现状予以综述 代谢组学研究概述.代谢组学的概念代谢组学一词来源于代谢组 代谢组是指某一生物或细胞、组织在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物的集合主要是指分子量小于 的内源性小分子 代谢产物是基因和蛋白调控的下游产物也是最终产物主要是一些参与生物体新陈代谢、维持生物体正常功能和生长发育的小分子化合物 代谢组学技术是后基因时代发展起来的系统生物学检测新技术以生物体内所有代谢产物为研究对象其主要目标是定性定量研究代谢物与机体生理病理变化之间的关系从整体水平揭示疾病的发病机制 代谢组检测的是基因组、转录组和蛋白组的可变性下游表型从而可以提供高度整合的生物学状态概况同时放大了基因和蛋白表达的微小变化从而使检测更容易 因此代谢组学的变化可以直接或间接反映外界刺激或遗传修饰对生物体代谢应答的改变将遗传、环境和生理因素与特定的病理状态联系起来已经在疾病的诊断、分型和生物标志物发现中发挥重要作用.代谢组学的研究方法目前常用的代谢组学 实用医院临床杂志 年 月第 卷第 期检测技术主要有核磁共振(、气相色谱质谱联用()或液相色谱质谱联用()几乎不需要样品预处理检测速度快不破坏样品但其灵敏度低和分辨率差可能会导致信号重叠低丰度代谢物被高丰度代谢物所掩盖 具有较高的分辨率和检测灵敏度缺点是样品前处理工作量大且难以进行新的化合物鉴定 具有更高的灵敏度和较广的检测范围可用于分析相对分子质量较高且热稳定性较差的化合物 因此其更适合用于样品中复杂代谢物的检测代谢组学研究主要有两种策略包括非靶向和靶向分析 研究人员既可采用针对特定代谢物的靶向分析也可采用非靶向分析来检测尽可能多的代谢物类别包括代谢数据库中标注的未知代谢物 非靶向代谢组学具有较好的代谢物检测覆盖率但对低丰度代谢物质的检测重现性较差且灵敏度低同时需要对样品进行分离对样品具有破坏性 而靶向代谢组学具有灵敏度高、动态检测范围广以及定量结果准确率高等特点被视为代谢物定量分析的金标准 虽然以上技术均能同时定量样本中共存的多种代谢物但仍不能覆盖整个代谢组只有多个分析平台联合应用才能提高代谢组学研究的覆盖率 代谢组学在 中的应用目前母亲的血液、尿液和头发已被用于代谢组学分析也有研究采用羊水、脐带静脉血和新生儿尿液等进行胎儿发育迟缓评估 代谢组学方法已经确定了可能导致 或者 的几种途径和代谢过程如 甲基化的破坏、细胞信号转导、神经递质前体 和能量产生.头发代谢组学 一项对母亲头发 的非靶向分析提供了可靠的预测精度表明应该在不同的情景下进行验证 分娩时多普勒异常的孕妇母亲/新生儿中链脂肪酸比例下调表明新生儿对能量和结构代谢物的需求增加 等采用气相色谱质谱联用法()对 名新加坡孕妇的头发样本进行代谢物测定发现头发代谢物在妊娠过程中发生改变并可反映氨基酸、三羧酸循环中间体、脂肪酸、辅助因子、维生素相关代谢物和外源性药物水平的变化.血清代谢组学 有研究表明胎儿的生长在很大程度上取决于母体血流中营养物质的可获得性以及胎盘中营养特异性转运蛋白的活性 在妊娠晚期在胎儿组织和大脑中有大量的脂肪沉积因此产生了对母体脂肪酸代谢的一些研究并且指出在 妊娠的母体中存在着脂质代谢紊乱研究发现 大多数长链脂肪酸()的含量在母体血和脐带血之间是不同的 与 或 之间存在相关性 在母体和胎儿血浆中检测到的最丰富的脂肪酸是 和 其次是相对不饱和的形式()等比较了足月、早产和 新生儿的母亲和脐血的脂肪酸谱发现了早产儿和 新生儿月桂酸成分的变化早产妇女的饮食结构中短链和中链脂肪酸水平较低 结果显示脐带血 水平高于 组在脐带血中 的百分比和母体中中链脂肪()的估计摄入量之间存在反比 表明胎盘在补偿过程中发挥重要作用对母亲饮食组成的变化敏感通过调节胎儿脂肪酸水平以防止胎儿缺乏 即在 母体中 从头合成增加并且很容易通过扩散转运到胎儿 因此 水平可能是妊娠期 早期诊断的一个指标 等使用孕妇和脐带血血浆样本进行基于 的代谢指纹打印和扩增发现磷脂酰胆碱和糖蛋白在生长受限胎儿中有显著变化 生长受限胎儿母亲的、甘油三酯 和高密度脂蛋白()差异有统计学意义揭示了 母亲的脂质代谢物显著减少表明母亲对妊娠的代谢适应失败 等对宫内生长受限进行了另一项代谢组学研究 脐带血的 分析显示苯丙氨酸、色氨酸和蛋氨酸水平升高 对宫内生长受限的代谢组学研究推动了产前和产后检测新诊断标准的出现 大多数鉴别代谢物与三羧酸循环有关包括柠檬酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、亮氨酸 故通过对这些有意义的代谢物进行定量分析即可列出新的评估标准 而 等报道了 胎儿脐血中五种氨基酸浓度的显著差异(脯氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸降低而苯丙氨酸和瓜氨酸增加)等研究发现亚油酸水平与体重和腹部脂肪组织体积呈正相关而二十二碳六烯酸与生长的比例(长度/高度)相关 年和他的同事们研究了来自生下健康单胎胎儿的妇女和疑似患有(出生体重低于孕龄)的妇女的脐带血 在此分析的同时对怀孕 周的妇女进行了血浆样本分析 他们采用超高效液相检测代谢组学色谱质谱()在三个独立的研究中进行验证研究结果显示 种代谢物在对照 实用医院临床杂志 年 月第 卷第 期组之间的浓度差异很大(足以满足胎龄和)其中 种代谢物被确定为模型的预测因子并应用于脐带血和母体外周血的分析 在后一种情况下预测模型的曲线下面积()为 这代表了症状前 的稳健预测模型 同时在 发病前的妊娠早期血浆中也发现了一致的特异性代谢物特征对 疾病发病机制的深入了解提供了途径 等对宫内生长受限新生儿氨基酸变化提出可能机制:第一氨基酸的利用率可能会降低 宫内生长受限改变了蛋白表达谱导致氨基酸利用率降低进而增加了体内氨基酸浓度 第二可能存在母体机制可以补偿胎儿的氨基酸代谢 既往研究表明孕有宫内生长受限胎儿的母亲体内氨基酸浓度高于孕有适于胎龄胎儿的母亲并且大多数氨基酸通过胎盘从母体转运到胎儿引起胎儿或新生儿体内氨基酸浓度的增加 第三胎盘中氨基酸转运体可能具有代偿功能 胎盘有多个氨基酸转运系统它可以同时运输一种或一族氨基酸同样的氨基酸可以通过多种转运体运输 体重低于第 百分位的宫内生长受限新生儿出现明显的氨基酸浓度下降可能与胎盘氨基酸转运体功能受损有关 随着出生体重的增加氨基酸和酰基肉碱呈代偿性增加或减少当出生体重达到第 百分位时 新生儿与 新生儿相似 等首次采用质子核磁共振()和直接注射液相色谱串联质谱联用()相结合的技术来检测宫内生长发育迟缓的生物标记物 他们采用脐血利用人工智能和多平台代谢组学分析(核磁共振和质谱)对胎儿宫内生长受限进行了预测发现了相关的代谢途径如肝功代谢和能量代谢.尿液代谢组学 等研究了 新生儿的尿液代谢特征并将其与对照组进行比较报告了宫内生长受限婴儿在三个生化途径上的代谢受损 这些途径包括精氨酸和脯氨酸代谢、尿素循环、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢 鉴别代谢产物为肌醇、肌氨酸、肌酸和肌酐 在高分解代谢状态下尿液中这些代谢物的增加被观察到就像在禁食的情况下有一个较低水平的蛋白质合成血浆和尿液中肌醇含量的增加似乎与成人葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗有关因此可能成为胎儿发育过程中的一个有效指标 另一方面 等采用 质 子 核 磁 共 振()技术通过测量妊娠早期的尿代谢物发现尿代谢谱与不良出生结局风险增加相关强调了尿代谢组学研究作为一种新型无创生物标志物在识别早产和 风险中的潜力他们发现在妊娠晚期前三个月的孕妇尿液样本中酪氨酸、醋酸盐、三甲胺和甲酸盐的含量有所下降 这些分子可以在碳水化合物和脂肪代谢中发挥作用(醋酸盐)作为神经递质的前体(酪氨酸)作为活性氧水平提高导致细胞死亡的介质(甲酸盐)或者只是蔬菜摄入的标记物(三甲胺)这些发现突出了 发病机制的复杂性并提供了一些线索 动物模型 等通过孕鼠半饥饿法造成 的动物模型实验发现 仔鼠在成年后会出现胰岛素敏感性降低糖耐受不良 通过钳夹子宫动脉引起胎盘缺血缺氧、胎儿营养不良产生小鼠 小鼠自幼年时就表现为血糖异常成年后表现出明显糖尿病症状特点是空腹血糖升高和高胰岛素血征 等研究发现通过孕期酒精造成的 鼠模型血浆和肝脏中甘油三酯水平均升高脂联素和抵抗素水平升高通过抑制 肾上腺素能受体激动剂 活化剂和肿瘤坏死因子 从而导致胰岛素抵抗 等通过正常血糖高胰岛素钳夹技术研究发现 鼠自出生 周起胰岛素敏感性开始降低且不断恶化 肝脏和肝外组织对胰岛素的敏感性降低骨骼肌对外周血糖的摄取率明显降低 三种经典的 动物模型都可以证实 鼠的胰岛素敏感性受损成年后可发展为糖尿病 代谢组学在 相关研究中存在问题及展望通过以上研究发现大部分 的代谢组学研究结果其生物标志物都集中在脂质代谢、氨基酸代谢、肝脏代谢及能量代谢途径 但目前有关小于胎龄儿与孕期代谢的研究仍然存在以下问题:研究设计缺陷:多为单个孕期的横断面研究缺乏整个孕期多时段的动态分析 而胎儿生长发育是个动态的过程要研究 的发病机制需要从动态的角度综合考虑不能局限于某一单次随机样本 结局指标未细化:未对 进行不同分界点的对比研究比如未将体质量小于第三百分位(重度)和小于第十百分位(轻度)的 进行比较分析轻重度 母体代谢是否存在差异因为重度 胎儿预后更差更应该尽早识别并进行干预提高存活率和生存质量代谢组学检测方法缺陷:多为非靶向代谢组学检测采用的是数据依赖性采集技术()的检测具有随机性定量不准确 而广泛靶向是一种整合了非靶向和靶向代谢物检测技术优点的新型代谢组检测技术采用不同的/检测平台和多 实用医院临床杂志 年 月第 卷第 期反应监测()技术进行精准定量实现了高通量、高灵敏、广覆盖的靶向代谢物检测目前应用较少可在未来推广使用计分析方法单一:多采用代谢组学常规分析方法及回归分析当病例较少时可能存在高维困扰及共线性问题对于大量数据的分析精确度有待提高而机器学习的应用可以最大限度的提高统计效能精准获取差异性综上后续有关 的孕期代谢研究可采用广泛靶向代谢组学的方法进行动态预测探索不同孕期血尿代谢谱的动态变化并利用机器学习方法识别对于足月 有临床价值的代谢标志物为足月 发生机制的阐释和早期预测提供新的方向及策略【参考文献】.:.():.王庆红 杨于嘉 魏克伦 等.我国小于胎龄儿现状分析.中国实用儿科杂志():.():.:.():.():.():.邓智.足月小于胎龄儿发生的危险因素及早期生长状况前瞻性队列研究.广州医科大学.():.:.():.:.唐嘉键 胡泽平.代谢组学技术在精准用药研究中的应用.沈阳药科大学学报():.:.孙易娜 吕文亮 周姝含 等.基于 技术的连朴饮干预慢性萎缩性胃炎模型大鼠血清代谢组学分析.世界科学技术中医药现代化():.():.():.:.():.():.():.():.():.:.():.():.():.():.():.():.实用医院临床杂志 年 月第 卷第 期 .():.().():.:.:.()():.():.:.().:.:.():.:.():.():.首都儿科研究所 九市儿童体格发育调查协作组.中国不同出生胎龄新生儿出生体重、身长和头围的生长参照标准及曲线.中华儿科杂志 ():.(收稿日期:修回日期:)(本文编辑:彭 羽)防防龋龋中中药药及及其其防防龋龋机机制制的的研研究究概概况况 李佳凝于明岳刘 双刘玉艳 (.吉林大学口腔医学 吉林 长春.吉林大学口腔医院牙体牙髓病科 吉林 长春)【摘要】龋病是临床常见的口腔疾病其发生与细菌、食物、宿主等多种因素有关 氟化物可有效防治龋齿但其受氟浓度及毒副作用的限制中药毒副作用小且药性相对稳定在龋病防治方面受到了越来越多的关注 五倍子能够敛肺降火、收敛止血黄芩能够清热燥湿、泻火解毒苦参能够清热燥湿、凉血止血厚朴能够燥湿消痰、行气消积研究发现其均能在一定程度上抑制龋菌的生长 本文就防龋中药的研究概况及其防龋机制做一综述【关键词】龋齿五倍子黄芩苦参厚朴茶地黄连【中图分类号】【文献标志码】【文章编号】()龋病是细菌感染所导致的牙体硬组织进行性破坏疾病严重危害人类的口腔健康如何有效防治龋病一直是临床研究的热点 氟化物应用于龋病的防治被众多学者所接受但氟浓度的不稳定以及氟的毒副作用均是其局限因素 中药因毒副作用轻微、成本低等优点而被广泛关注 五倍子、黄芩、苦参、厚朴、茶、地黄连等均为我国传统中药研究发现其均能抑制龋菌的生长促进口腔菌群生态平衡的恢复 本文就防龋中药的研究概况及其防龋机制探索做一综述 龋病成因及常用药物变形链球菌等细菌在口腔中遇糖发酵代谢产酸腐蚀牙齿是龋病的主要成因 氟化物、硝酸银是临床常用的龋病治疗药物氟化物能够有效抑制致龋菌的生长及代谢产酸促进龋齿再矿化但其受氟浓度的影响且具有一定的毒副作用硝酸银能够生成蛋白银沉淀作用于龋损区或与还原剂结合生成还原银、碘化银等物质渗入釉质及牙本质之中从而封闭龋齿病变区域进而终止龋病但其腐蚀性较强易损伤软组织 防龋中药的研究概况汉代司马迁所著的史记仓公列传中已有了中药苦参防治龋病的相关记载“齐中大夫病龋齿即为苦参汤日漱三升出人五六日病已”梦 实用医院临床杂志 年 月第 卷第 期