Alport综合征小鼠模型的系统代谢组学分析：揭示慢性肾脏病进展的新代谢标志物与通路扰动

《Scientific Reports》：Systematic metabolomic study on the plasma and urine of a mouse model of Alport syndrome

本研究针对Alport综合征（AS）这一遗传性慢性肾脏病（CKD）模型，通过血浆和尿液代谢组学分析，系统揭示了疾病早期（4周）和进展期（7周）的关键代谢紊乱。研究发现，能量代谢（如糖酵解、TCA循环）和氨基酸代谢（如色氨酸、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸通路）在疾病不同阶段显著失调，并鉴定出棕榈酸、5-甲基胞苷等潜在生物标志物。该研究为CKD的早期诊断和靶向干预提供了新视角。

　　

慢性肾脏病（CKD）是全球性的健康挑战，其进展机制复杂，尤其是遗传性病因如Alport综合征（AS）患者常因缺乏早期诊断标志物而错失干预时机。AS由IV型胶原基因突变引起，表现为进行性肾小球病变和听力丧失，约0.5%的成人及12.9%的儿童终末期肾病（ESKD）病例与之相关。尽管肾素-血管紧张素系统抑制剂可延缓肾功能下降，但多数患者仍会进展至ESKD，因此亟需早期生物标志物和靶向干预策略。

代谢组学作为前沿技术，能动态捕捉病理状态下的代谢物变化，但在AS中的应用尚属空白。为此，研究团队以Col4a3^-/-基因敲除小鼠为AS模型，通过气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，系统分析了4周（早期病变）和7周（晚期病变）小鼠的血浆和尿液代谢谱。研究聚焦有机酸、脂肪酸、氨基酸、犬尿氨酸途径代谢物和核苷等五大类代谢物，结合多变量统计和通路分析，旨在揭示AS进展中的代谢重编程特征。

关键技术方法

研究采用靶向代谢组学策略，通过GC-MS/MS和LC-MS/MS对小鼠血浆和尿液中的205种预定义代谢物进行定量分析。样本预处理包括代谢物提取、衍生化（如MO/TBDMS法）及离心过滤，随后通过MRM模式进行精准检测。数据分析依托MetaboAnalyst 6.0平台，结合PLS-DA、ROC曲线和通路富集分析，筛选差异代谢物（p<0.05，VIP>1.0）并评估其诊断效能（AUC>0.8）。动物实验遵循ARRIVE 2.0指南，使用129x1/SvJ背景的雄性小鼠，经伦理审查批准（CNU IACUC-H-2020-1）。

研究结果

代谢谱改变与单变量分析

在血浆中，AS小鼠4周时14种代谢物（如棕榈酸、N2,N2-二甲基鸟苷）显著改变，7周时增至20种（如1-甲基组氨酸、芥酸）。

尿液代谢物在4周和7周分别有19种和35种发生显著变化，包括β-丙氨酸、乙酰乙酸等。

多变量分析

基于PLS-DA，血浆中28种代谢物（如棕榈酸、5-甲基胞苷）和尿液中42种代谢物（如乳酸、异戊酰甘氨酸）被确定为区分AS与WT的关键候选物。

尿液代谢物在7周时呈现更明显的组间分离，提示晚期病变代谢扰动加剧。

差异代谢物鉴定

ROC分析显示，血浆中棕榈酸、5-甲基胞苷等代谢物在疾病各阶段均具高诊断价值（AUC>0.8）。尿液中的乙酰乙酸、己酰甘氨酸等在7周时变化尤为显著。

代谢通路分析

早期AS血浆中丙酮酸代谢、TCA循环和糖酵解通路激活；晚期则转向氨基酸代谢（如丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸通路）和酮体代谢紊乱。

尿液代谢在晚期显著富集于酮体合成与降解、色氨酸代谢等通路，提示能量代谢失衡和炎症反应参与疾病进展。

结论与意义

本研究首次系统描绘了AS小鼠模型的血浆和尿液代谢动态图谱，揭示线粒体功能紊乱和能量代谢重编程是CKD进展的核心特征。棕榈酸等代谢物的持续异常提示其作为早期诊断标志物的潜力，而酮体和色氨酸代谢通路的扰动则为预后评估提供了新依据。这些发现不仅深化了对AS病理机制的理解，也为开发CKD的代谢干预策略奠定了理论基础。研究成果发表于《Scientific Reports》，为遗传性及获得性CKD的精准医疗提供了重要参考。