双平台尿液代谢组学技术在银屑病关节炎中发现了潜在的诊断生物标志物

《Biochemistry and Biophysics Reports》：Dual-platform urinary metabolomics identifies candidate diagnostic biomarkers in Psoriatic Arthritis

本研究采用LC-QTOF-MS和GC-MS联合代谢组学分析，探讨银屑病关节炎（PsA）患者的尿液代谢特征，发现氧化应激、微生物失调和碳水化合物代谢通路相关代谢物具有潜在诊断价值，为非侵入性诊断提供依据。

　　研究团队由来自印度维萨卡帕特南GITAM大学的多位科学家组成，包括Koteswari Peddi、Satyanarayana Swamy Cheekatla、Usharajeswari Davulury、Prathyash Ushus Mj、Satish Mutyam、Siva Kumar Kandula、Nitalaksheswara Rao Kolukula以及Vishnu Vardhan Reddy Munagala和Sivakumar Vallabhapurapu。他们围绕银屑病关节炎（PsA）这一慢性免疫介导性炎症性肌骨骼疾病展开了深入研究，探讨了尿液代谢组学在疾病诊断和监测中的潜力。银屑病关节炎是一种影响大量银屑病患者的疾病，若未能及时诊断和治疗，可能导致关节损伤加剧、活动能力下降，甚至长期残疾。然而，目前临床诊断PsA仍面临挑战，尤其是在缺乏明确血清学生物标志物和传统影像学手段在早期疾病检测中敏感性不足的情况下。

随着代谢组学技术的快速发展，研究人员开始探索这一领域在炎症性疾病中的应用。代谢组学通过全面分析生物样本中的小分子代谢物，能够捕捉免疫激活、氧化应激和微生物相互作用等动态生化变化，为疾病诊断提供新的视角。尿液作为一种生物样本，因其非侵入性采集、丰富的代谢物种类以及能够反映全身和外源性代谢状态的特性，成为代谢组学研究的理想选择。

本研究采用了一种非靶向的双平台代谢组学方法，结合液相色谱-四极杆时间飞行质谱（LC-QTOF-MS）和气相色谱-质谱（GC-MS），对PsA患者与健康对照的尿液代谢谱进行了分析。尽管该研究并未严格依据诊断时间划分人群，但其研究对象在治疗暴露方面具有临床意义，有助于评估尿液生物标志物在疾病早期的潜在应用。为了减少药物对结果的干扰，研究对象包括未接受治疗或仅接受低剂量糖皮质激素（≤5 mg/天）的患者。研究数据通过多元统计工具进行分析，包括正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和受试者工作特征（ROC）曲线分析，以识别具有诊断潜力的代谢物特征。

研究结果表明，PsA患者的尿液代谢谱与健康对照存在显著差异。通过多变量分析和代谢物筛选，研究人员发现了188种可能区分PsA与健康对照的代谢物。其中，38种代谢物在单变量分析中表现出显著变化，包括19种上调和19种下调的代谢物。这些代谢物涉及多种化学类别，如烷烃、碳水化合物及其衍生物、醇类和多元醇、倍半萜类、吲烷类、吲哚类、氨基酸和γ-丁内酯类，显示出PsA相关的广泛代谢失调。此外，研究还发现这些代谢物与多个关键代谢通路相关，如谷胱甘肽代谢、色氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢以及戊糖和葡萄糖醛酸代谢，进一步揭示了PsA可能涉及的系统性代谢改变。

在诊断性能评估方面，研究团队利用ROC曲线分析，筛选出22种具有诊断潜力的代谢物，其中17种来自LC-MS平台，5种来自GC-MS平台。这些代谢物的AUC值在0.733至0.762之间，表明其在区分PsA患者与健康对照方面具有一定的能力。然而，部分代谢物如蔗糖的置信区间较宽（0.568–0.871），说明其作为独立生物标志物的稳定性仍有待进一步验证。研究还发现，部分代谢物与临床参数如关节压痛计数（TJC）、关节肿胀计数（SJC）、红细胞沉降率（ESR）和C反应蛋白（CRP）等存在显著相关性，进一步支持这些代谢物在PsA活动监测中的潜在价值。

在临床相关性分析中，γ-谷氨酰半胱氨酸与ESR、SJC和CRP表现出显著正相关，提示其可能与全身性炎症密切相关。吲哚-3-乙醛和L-阿拉伯醇则与关节压痛计数和疾病活动指数（DAS28）相关，反映了微生物代谢与免疫失调之间的潜在联系。蔗糖虽然通常与饮食摄入相关，但其在PsA患者尿液中表现出与CRP的负相关，可能提示其与糖代谢异常或肠道屏障功能障碍有关。尽管这些发现为PsA的非侵入性诊断提供了新的思路，但其机制仍需进一步探索。

研究团队还对筛选出的代谢物进行了分析验证，发现它们在重复实验中表现出一致的提取离子色谱（EIC）峰形和保留时间，且其质谱图与参考库匹配度超过70%，支持其为MSI Level 2级别的鉴定。此外，箱形图清晰地展示了这些代谢物在PsA患者与健康对照之间的丰度差异，进一步验证了统计分析的结果。然而，研究也指出，这些代谢物的鉴定仍需通过更精确的MS/MS验证以确认其身份。

在讨论部分，研究团队强调了代谢组学在PsA诊断中的潜力，同时指出了研究的局限性。首先，研究样本量相对较小，且缺乏疾病对照组，这可能影响结果的特异性。其次，研究设计为横断面研究，无法评估生物标志物的稳定性或预测价值。此外，代谢组学分析仅限于尿液，未与血清进行对比，可能限制了对疾病整体代谢变化的理解。研究中将“早期PsA”定义为基于治疗暴露而非严格的时间标准，这可能影响对疾病进展的判断。最后，尽管采用了严格的统计阈值以减少假阳性结果，但这种方法也可能排除了一些潜在重要的代谢物。

研究结论指出，尽管样本量较小且部分代谢物的鉴定仍需进一步验证，但这些初步结果为PsA的非侵入性诊断提供了有价值的线索。通过结合双平台质谱技术、严格的分析验证以及与临床参数的相关性分析，研究团队展示了代谢组学在临床应用中的潜力。然而，为了确认这些代谢物作为生物标志物的特异性、稳定性和预测价值，需要在更大的、独立的、疾病控制良好的队列中进行进一步研究，并结合纵向研究以全面评估其在疾病监测中的作用。

此外，研究还发现部分尿液代谢物与外源性化合物相关，如饮食成分、药物和环境化学物质。这些外源性代谢物的检测不仅反映了尿液代谢组学的广泛覆盖能力，还可能为PsA患者提供有关药物代谢、暴露相关风险因素或合并症的信息。然而，由于这些外源性代谢物未被优先考虑作为诊断标志物，其临床意义仍需进一步探讨。

本研究的资助来自印度国家研究基金会（ANRF），由印度科学与技术部提供资金支持。这一研究为PsA的非侵入性诊断提供了新的思路，特别是在缺乏明确血清学标志物的情况下，尿液代谢组学可能成为一种有价值的辅助诊断工具。未来的研究需要在更大规模的队列中进行验证，并结合更深入的机制研究，以进一步明确这些代谢物在PsA发病和进展中的作用。同时，应考虑多平台分析的整合，以及代谢物与疾病其他特征（如基因表达、微生物组变化）之间的相互作用，以更全面地理解PsA的代谢变化及其在临床中的应用前景。