囊性肾病的代谢组学分析：生物标志物的发现

囊性肾病的代谢组学分析：生物标志物的发现

期刊：Biology(Basel) 发表时间：2021.08.13

影响因子：5.079

背景介绍

肾囊肿是最常见的肾脏病变。经肾脏影像学检查的患者中，近40%患有肾囊肿。囊性肾病(CRD)是一组临床表现为不同性质的肾脏囊性病变，可分为单侧或双侧、局灶性或多灶性、良性或恶性、获得性或先天性。虽然现代医疗保健的临床诊断和治疗已经由最初基于预测性和预防性健康监测症状逐步向患者个性化基因组和代谢信息转变，但目前对于CRD患者与代谢组学之间关系的研究仍处于空白阶段，本文收集了来自CRD患者和健康人群的干血斑(DBS)和血清样本，采用低、高分辨率质谱的非标记和标记的代谢组学方法，旨在寻找CRD潜在的生物标志物。为了解囊性肾病中受影响的细胞途径提供有价值的见解、未来对CRD的诊断和治疗方法奠定基础。

研究路线

本文共采集54例样本进行代谢组学分析：干血斑样本（DBS）来源于临床确诊的 CRD 病患者(n=7)和健康人群(n=7),血清样本来源于临床确诊的 CRD 病患者(n=7)和健康人群(n=33)。将患者、健康人群的干血斑样本进行非标记的LC-MS/MS代谢组学分析，血清样本进行同位素标记的LC-Q-TOF/MS代谢组学分析。图1为本项目的研究流程。

图1 研究流程图

研究结果

1.CRD患者研究队列信息、临床和分子特征

表1为CRD患者的临床特征：患者年龄在8~78岁之间，平均年龄为40.4±24.8岁(SD)。每个患者都有不同的CRD表型，但都具有肾囊肿的症状。患者的eGFR范围在9-92mL/min之间，只有1例(CRD-7)eGFR正常，2例患者(CRD-2和3)eGFR属于肾衰竭范围。7例患者表现出不同的共病，这可能与原发性肾脏病理(如CRD-3中的ADPKD和高血压)有关。此外，几乎一半的CRD患者都患有高血压。

表1 CRD患者的相关临床特征综述

2. CRD 病患者 DBS 代谢组学研究

DBS代谢组学研究表明：与健康对照相比，CRD患者有 17 种代谢产物上调，15 种代谢产物下调（图2A）。组间代谢组学表达水平的分离差异显著（图2B），这可能是由于肾囊肿存在于 CRD 组而对照组中不存在所致。根据频率图(图2c)所示：CRD 患者与对照组相比，其嘧啶类药物如尿苷二磷酸(UDP)、胞苷二磷酸(CDP)和鸟嘌呤单磷酸(GMP)均上调。通路分析(图2d)表明氨基酸(丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸)、嘌呤和嘧啶代谢、谷胱甘肽代谢和 TCA 循环途径均发生了显著改变。

图2 CRD患者DBS的二元比较和通路分析

3. CRD患者血清代谢组学模式研究

血清代谢组学研究表明：与对照组相比，CRD患者有 106 种代谢产物上调，70 种下调(图3A、3B)。如图3C所示，与对照组相比，CRD患者的吗啉、亮氨酸谷氨酰胺和异亮氨酸天冬氨酸均上调。最后，通路分析(图3D)描述了影响显著的tRNA 生物合成和氨基酸代谢途径。

图3 CRD患者血清中的二元比较和通路分析

4. 生物标志物评估

DBS样本的ROC分析显示AUC 范围为 0.995–0.99(图4A)。图4表明DBS样本中CRD患者和对照组中表达的代谢物差异显著，其中鸟氨酸和 2，3-吡啶二羧酸与对照组相比均下调(图 4B，图4C，图4D)。

血清样本的ROC分析显示AUC 范围为 0.995–1(图5A)。CRD患者和对照组中表达代谢物差异显著（图5B)，在 CRD 患者与对照组相比中2-氨基-4-氯-4-戊烯酸(图5C)和2-[(2-氨基乙基氨基甲酰基)甲基]-2-羟基丁二酸(图5d)均上调。

图4 囊性肾病患者DBS中重要代谢产物的ROC曲线和载荷图

图5 囊性肾病患者血清中重要代谢产物的ROC曲线和载荷图

研

究

结论

囊肿会影响肾脏,最终导致CRD。CRD涵盖了广泛的肾脏疾病，通常利用影像学（主要是超声波检测技术）进行诊断。本研究采用代谢组学方法，在DBS和血清中寻找可能的生物标志物，用以辅助CRD诊断。总之，我们发现氨酰基-tRNA生物合成、分支氨基酸和色氨酸代谢是CRD组中受到积极影响的途径。此外，在DBS代谢组学分析中，核酸(包括UDP、CDP 和GMP)在CRD组中上调。本研究发现一组有希望的生物标志物可用于CRD诊断，但后续还需要进一步研究来确认这些生物标志物，检测其作为CRD诊断工具的能力。

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