2022代谢组学早期诊断新生儿坏死性小肠结肠炎的研究进展（全文）.docx

2022代谢组学早期诊断新生儿坏死性小肠结肠炎的研究进展（全文）摘要新生J诉死性小肠结肠炎（necrotizingenteroco1.itis,NEC）是新生J腐常见且危害严重的胃肠道疾病，发病率及病死率均较高,部分NEC存活患儿生活质量受到严重影响，目前尚未发现NEC早期诊断的特异性生物标志物。近年来，代谢组学技术快速发展，其对生物体内参与生化反应的中间产物及终产物进行动态的定性定量分析，从系统的角度解释疾病发生和发展，在NEC早期诊断研究中有广阔的应用前景。该文综述了近年来代谢组学在NEC早期诊断方面的研究进展,旨在为代谢组学技术应用于NEC早期诊断提供参考依据。新生J亦死性小肠结肠炎（necrotizingenteroco1.itis,NEQ是新生J盛常见的胃肠道疾病在极低出生体重儿中,NEC的平均病死率为20%30%,是导致早产儿死亡的重要原因之一1。目前NEC缺乏特异性治疗手段，以内科保守治疗和外科手术治疗为主。内科保守治疗以禁食、胃肠减压、抗感染和支持治疗为主，进展至晚期常采用手术切除病变肠段治疗2。存活的NEC患儿常合并严重并发症，如肠衰竭、短肠综合征、生长发育迟缓和神经发育障碍等，生活质量受到严重影响3。对NEC早期诊断并采取相应的预防保护措施对改善患儿预后至关重要。近年来，代谢组学在各种疾病的研究中备受关注，它是各种内外源性因素作用于机体的最终结果,能够准确反应机体代谢的动态变化，常在疾病早期发生改变，其在NEC的早期诊断中有很好的应用前景。现就代谢组学用于NEC早期诊断的研究进展进行综述。1NEC诊断研究进展从NEC提出至今在NEC的早期诊断方面尚未取得实质性的突破和进展。NEC的病因复杂多样，可能和遗传易感性、肠道发育不成熟、微血管张力失调、肠道微生态紊乱、喂养不当、肠黏膜过度免疫反应等因素相关4,5,其发病机制尚未完全明确是早期诊断NEC所面临的主要挑战之一。目前NEC的诊断仍依赖于K1.iegman及其团队在初始”BeI1.分期”基础上改良的分期标准，该标准是基于患儿全身症状、胃肠道症状及影像学表现提出的3o在随后的临床工作与研究中逐渐提出包括佛蒙特-牛津网络(VermontOxfordNetwork1.VoN)定义、英国NEC胎龄特异性定义(gestationa1.age-specificcasedefinitionofNEC)x斯坦福NEC评分(StanfordNECSCC)re)和国际新生儿协会(IntematiOna1.Neonata1.Conference,INC)NEC工作组定义在内的诸多标准6。但包括改良Be1.1.分期”标准在内的其他标准均缺乏充分的循证依据且主观偏倚较强，常导致漏诊、误诊以及延误治疗。近年来大量研究表明，血液、尿液和粪便中参与免疫反应的炎症介质和分子可作为NEC诊断和预测的潜在生物标志物，如血清淀粉样蛋白A、粪钙卫蛋白、肠脂肪酸结合蛋白、紧密连接蛋白C1.audins.细胞因子(I1.-6,I1.-8)等7,8,9,10,但这些标志物均是非特异性的，不能完全区分NEC和其他炎症性疾病。基于NEC的高发病率及危害性，制定一个灵敏度及特异度均较高的预测模型刻不容缓，对该病的预防及预后至关重要。2代谢组学概述代谢组学是研究各种病理或生理刺激作用于机体后产生的各种代谢产物的学科，其研究对象是相对分子质量小于1OOO的小分子化合物，包括氨基酸、有机酸、碳水化合物、肽、维生素、类固醇、脂质等。通过对生物体液(包括血液、尿液、唾液、脑脊液、精液等犯勺检测，运用现代化科学技术进行处理后获得完整的代谢组图谱，进一步寻找导致生态失调的生物标志物，对相关疾病进行预测、诊断和预后评估11。生物体代谢随着年龄、饮食及疾病等出现变化，这种变化是极其复杂的，因此对代谢物进行检测需要复杂的研究方法及技术。目前比较常用的代谢组学研究方法主要包括核磁共振波谱(nuc1.earmagneticresonance,NMR)和质谱分析法(massspectrometryrMS)oNMR是利用核内质子在磁场中的自旋或共振频率的不同来检测代谢物，具有样品制作简便、偏倚较小等优点，但敏感性及分辨率较低；MS是通过气相/液相色谱法分离代谢物，利用电场和磁场离子化后，根据其质荷比的不同进行检测，主要包括液相色谱(IiqUidchromatography,1.C)-MS、气相色谱(gaschromatography,GC)-MSx毛细管电泳(CaPi1.Iarye1.ectrophoresis,CE)-MS,敏感性及分辨率远高于NMR,但其样品制备工艺复杂，重现性较差12,13。相比于蛋白组学及基因组学，代谢组学研究对象是基因转录的最终下游产物，可以反映细胞在蛋白质及基因水平发生改变后代谢终产物的差异，是基因组学和蛋白组学的补充14。代谢组学可以反映各种内外源性因素作用于机体后产生的最终结果，从系统的角度来解释疾病发生和发展，同时,代谢组学还可以和蛋白组学及基因组学相互作用，共同调节并维持机体细胞内稳态，直接调控相关生物过程和表型口5。近年来代谢组学和NEC的研究逐渐被关注，但相关研究仍较少，尚未形成统一的NEC代谢组学模式和理论。3代谢组学在NEC早期诊断中的应用近年来代谢组学应用在NEC诊断方面的研究日益增多，有较多文献报道了以NEC动物模型或患者血液、尿液、粪便为标本进行代谢组学检测及分析，大多提示代谢组学可以为早期诊断NEC提供潜在的生物标志物。3.1 氨基酸分析在NEC早期诊断中的应用氨基酸分解代谢是代谢组学在临床疾病研究的重点之一。氨基酸是蛋白质合成的前体，也是调节能量代谢、细胞增殖的信号分子，其代谢稳态和新生儿各种分解代谢、生长和神经发育相关16。血浆瓜氨酸水平能够较好地反映肠细胞损伤和病变，研究表明，与健康对照组和NEC非特异性症状组相比，NEC患儿血浆瓜氨酸水平常在疾病发生前降低，可能能够成为早期预测NEC发生的生物标志物17。一项纳入995例早产儿（73例NEC）的NEC代谢组学的队列研究，分别在生后第1.7、28和42天采集干血斑样本行串联质谱检测，研究发现早产儿在发展为NEC前期即出现进行性的代谢功能异常，其中生后第1天的丙氨酸、苯丙氨酸、精氨酸和瓜氨酸/苯丙氨酸水平和NEC的发生发展相关18。除了血液标本，尿液和粪便同样是理想的NEC筛查代谢组学标本，Morrow等19对胎龄小于29周的早产儿尿液氨基酸成分进行检测发现，丙氨酸浓度与NEC发生呈正相关，组氨酸浓度与NEC发生呈负相关，高尿丙氨酸与组氨酸比值能很好地预测NEC的总发生率（预测值78%,P=0.007）oBrehin等20采用NMR技术对早产儿（胎龄24周）的粪便进行检测发现,在生后第20、30天时NEC患儿丝氨酸及亮氨酸水平显著低于非NEC早产儿。一项多中心的前瞻性病例对照研究纵向收集了早产儿（胎龄30周）在诊断为重度NEC（Be1.1.III期）前13d的粪便样本,采用1.C-MS分析发现,异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和缴氨酸在内的五种氨基酸水平的增加是NEC患儿具有的特征性氨基酸代谢表现；同时，相比对照组，赖氨酸水平显著降低21。目前氨基酸代谢和NEC的相关研究较为有限,证据级别较低,尚未得出统一的氨基酸代谢模式,但大多研究表明氨基酸代谢紊乱和NEC的发生相关，与临床特征和其他类型风险指标共同构建预测模型可能是NEC诊治的突破点。3.2 挥发性有机化合物（VO1.ati1.eorganiccompounds,Voe）测定在NEC早期诊断中的应用Voe是分子量相对较小、低沸点的有机化合物，在室温条件下即可通过机体排泄物（尿液、粪便、呼出气体等）从体内排出22。研究表明，氧化应激、代谢异常及修复损害的能力均会影响VOC的成分,因此，当细胞理化环境发生改变时，VOC也会发生变化22,23。目前VOC有多种分析方法，主要包括“电子鼻“仿生技术和MS技术24。粪便VoC由肠道内容物消化和发酵产生，和肠道微生物群密切相关，能够反映肠道微生物群的代谢活性以及微生物群和宿主的相互作用，在NEC的诊断中有较好的应用前景25。一项纳入8个新生儿病房共1326例新生儿（32例NEe）的前瞻性研究采用GC-MS技术对新生儿粪便进行检测，共鉴定出9个不同的VOC组，其中3组和NEC发生相关,在临床确诊前34d起到预测作用26o该研究是目前同类研究中规模最大的多中心前瞻性研究，但NEC病例数较少，需进一步纳入更多的NEC病例进行研究，明确VOC在NEC发生中所起的作用。Hosfie1.d等27采用“电子鼻“仿生技术对NEC小鼠及对照组粪便菌落及VOC进行检测发现，对照组乳酸菌的多样性和相对丰度均显著高于NEC组，而大肠杆菌的相对丰度较低，且两组之间VOC存在显著差异。采用“电子鼻”仿生技术对早产儿粪便进行动态分析后发现,在NEC患儿出现前驱症状前23d,其粪便VoC代谢图谱即出现变化,可以和对照组相区分28。采用“电子鼻”仿生技术的两项研究采用的是冷冻粪便而非新鲜粪便，可能会影响检测结果；同时，该技术仅能发现NEC组和对照组气味印记存在差异，但并不能明确代谢物具体成分差异。VOC测定具有快速便捷且非侵入性的特点，有望实现对NEC进行早期诊断并改善预后的目标，今后需设计更加合理的多中心、前瞻性的纵向研究，严格遵守相关样本的质量控制及数据标准化处理流程，探索NEC相关的VOC代谢谱，进一步将其作为一种诊断技术应用于临床。33其他代谢途径检测在NEC早期诊断中的应用NEC患J怀仅存在氨基酸代谢和VoC代谢紊乱，在其他多种生化进程中也有显著改变，如糖代谢、脂代谢、类固醇生物合成等。Thomaidou等29在IHNMRS技术基础上联合1.C-MS技术开展了前瞻性研究，研究对象是15例NEC新生儿以及一般资料按照1:1配对的15例非NEC新生儿（对照组），对两组新生儿尿液代谢物进行检测发现,NEC患儿在糖代谢、氨基酸代谢及有机酸代谢等途径共25种代谢物与对照组存在显著差异。Stewart等30检测一组胎龄32周的早产儿粪便代谢谱,包括NEC患儿7例和对照组28例，发现源于亚油酸代谢、花生四烯酸代谢、前列腺素合成及C21-类固醇激素生物合成途径中的5种代谢物在两组新生儿中均存在显著差异。Rusconi等31发现NEC患儿及同期住院的非NEC新生J1.粪便代谢产物在鞘脂代谢等6种代谢途径存在显著差异；进一步对两组新生儿鞘脂代谢途径化合物进行检测，发现在NEC患儿中神经酰胺减少，鞘磷脂增加。一项以极低出生体重儿尿液为标本的代谢组学研究发现，乳酸、甜菜碱、肌醇、尿素、肌酊和N,N-二甲基甘氨酸在晚发型NEC患儿及喂养良好的非NEC患儿中存在显著差异32。以上研究样本量均较少，所发现的差异性标志物能否作为NEC预测性生物标志物需进一步研究验证。Sinc1.air等18研究发现NEC患儿常在疾病发生前出现代谢功能障碍，除了氨基酸代谢异常，NEC患儿还存在游离肉碱和脂酰肉碱代谢紊S1.相比以前的研究，该研究样本量较大，采用了纵向抽样，而其局限性主要是单一样本检测、缺乏代谢组耦合分析。然而，部分学者关于代谢组学相关标志物对NEC预测却持谨慎态度，认为单一的代谢组学相关生物标志物可能尚不能预测NECoSteWart等33通过1.C-MS技术对NEC患儿和对照组血清进行代谢组学分析，未发现两组新生儿之间存在显著差异的生物标志物，最终认为单一的生物标志物可能不能对NEC进行预测。国内一项对19例胎龄在29周+4至34周+3的早产儿及同时期出生的健康足月儿血清代谢产物进行检测研究发现，两组新生儿在氨基酸代谢、喀咤代谢、泛酸和辅酶A生物合成、不饱和脂肪酸生物合成等多种代谢途径存在差异；进一步绘制受试者工作特征曲线发现，O-瞬酸、木犀草素、单硬脂酸等代谢化合物物对NEC有一定的诊断潜力，但研究者最终同样认为单一的代谢物不能用来早期预测NEC的发生34。尽管所有研究的队列特征、大小、样本类型和分析方法各不相同，但NEC患儿和对照组的不同样本代谢组学大多存在显著差异。受样本量及单中心研究限制，且所检测的各种标志物来源于不同的代谢途径，至今尚未筛选出一种公认的生物标志物对NEC进行早期预测，但联合应用代谢产物构建模型对NEC的早期预测具有极大的前景。4展望NEC的发生和发展是一个动态的过程,通过代谢组学这门新兴技术对患儿多种生物标本的检测和研究，已经发现了多种代谢途径的异常表达。但由于代谢组学本身的复杂性，目前尚未形成统一的NEC代谢变化假说，应用代谢组学技术来阐释NEC的发病机制还处于起步阶段。进一步深入研究其在NEC发生、发展中的演变代谢谱及预测价值，可以使早期及时预防NEC的发生成为可能。