基于超高效液相色谱-串联质谱技术研究糖尿病视网膜病变不同阶段的水液代谢组学

《Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity》：Aqueous Humor Metabolomics in Different Stages of Diabetic Retinopathy Based on Ultra - Performance Liquid Chromatography - Tandem Mass Spectrometry

糖尿病视网膜病变（DR）的房水代谢组学研究显示，PDR组与NPDR组相比存在67个差异代谢物，其中3-甲基组胺、N-乙酰基组氨酸、胞嘧啶等被确定为潜在生物标志物，并验证了氨基酸代谢失衡与DR进展相关。

糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy, DR）是一种与糖尿病密切相关的严重并发症，随着全球糖尿病患病率的上升，DR的发病率也在不断增长。根据世界卫生组织的预测，到2030年，DR患者数量可能达到1.91亿，这使得对DR早期诊断、疾病进展监测和治疗策略的研究变得尤为重要。DR可以分为非增殖型糖尿病视网膜病变（Nonproliferative Diabetic Retinopathy, NPDR）和增殖型糖尿病视网膜病变（Proliferative Diabetic Retinopathy, PDR）两种类型，其中PDR由于视网膜新生血管形成，被认为是更为严重的阶段。因此，寻找能够区分不同阶段DR的生物标志物，对于疾病的预防和干预具有重要的临床意义。

在本研究中，科学家们通过一种非靶向代谢组学方法，结合超高效液相色谱-串联质谱技术（Ultra-performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry, UPLC-MS/MS），分析了63名PDR患者、37名NPDR患者以及30名非糖尿病对照组的房水样本。房水是眼球内的一种液体，因其易于获取且与视网膜组织直接接触，被认为是研究DR代谢变化的理想样本。通过使用正交投影到潜结构判别分析（Orthogonal Projections to Latent Structures Discriminant Analysis, OPLS-DA）和倍数变化（Fold-change, FC）分析，研究人员识别了不同阶段DR患者的差异代谢物。进一步通过逻辑回归和受试者工作特征曲线（Receiver Operating Characteristic Curve, ROC）分析，筛选并验证了潜在的生物标志物。

研究结果显示，与对照组相比，PDR患者中有80种差异代谢物，其中3-甲基组胺、N-乙酰-L-组胺和胞嘧啶被确认为潜在的生物标志物；而NPDR患者中有94种差异代谢物，其中N-乙酰-L-组胺和次黄嘌呤也被识别为可能的生物标志物。此外，5-羟基吲哚-3-乙酸和L-3-羟基犬尿氨酸则可能作为反映DR发展过程或疾病进展的生物标志物。这些发现表明，不同阶段的DR在代谢物谱上存在显著差异，且某些特定代谢物可能在疾病的诊断和监测中发挥关键作用。

研究还指出，DR的发病机制与长期高血糖引起的代谢紊乱、炎症反应和氧化应激密切相关。代谢组学技术能够全面捕捉这些复杂的代谢变化，从而为揭示DR的分子机制提供新的视角。在当前的研究中，通过对房水样本的深入分析，研究人员不仅发现了与DR相关的代谢物，还通过统计分析验证了其作为生物标志物的可靠性。例如，通过ROC曲线分析，研究人员发现N-乙酰-L-组胺在PDR和NPDR组中均表现出较高的区分能力，其曲线下面积（Area Under Curve, AUC）达到了0.85和0.81，说明该代谢物在区分DR患者与非糖尿病对照组方面具有较高的敏感性和特异性。

此外，研究还对代谢物的生物学通路进行了富集分析，以进一步理解这些代谢物在DR发生发展中的作用。结果表明，PDR和NPDR患者的差异代谢物在某些关键代谢通路中表现出显著富集，如泛酸和辅酶A（CoA）的生物合成通路。这一发现提示我们，这些代谢物可能与DR的病理过程密切相关，为未来的治疗策略提供了新的思路。例如，泛酸和辅酶A在细胞能量代谢和抗氧化系统中起着重要作用，它们的代谢异常可能影响视网膜细胞的正常功能，进而促进DR的发展。

在验证阶段，研究团队再次收集了90个临床样本，包括30名PDR患者、30名NPDR患者和30名白内障患者，以确认所发现的差异代谢物的可靠性。结果显示，PDR患者的房水中，赖氨酸和天冬酰胺的水平显著升高，而组氨酸和酪氨酸的水平显著降低；NPDR患者的房水中，天冬酰胺的水平也显著升高，组氨酸的水平显著降低。这些变化在统计学上具有显著性（P < 0.05），进一步支持了这些代谢物作为DR生物标志物的潜力。此外，有机酸代谢物如乳酸、D-葡糖醛酸和吡咯戊酸在PDR患者中显著升高，而琥珀酸的水平则显著降低；在NPDR患者中，3-羟基-3-甲基戊二酸、D-葡糖醛酸、苹果酸和柠檬酸的水平显著升高。这些代谢物的变化不仅反映了DR的代谢特征，还可能为疾病的早期诊断和治疗提供新的方向。

值得注意的是，研究还探讨了激光治疗对代谢物谱的影响。PDR患者的激光治疗组与非激光治疗组相比，显示出六种差异代谢物，其中五种代谢物水平升高，包括S-(2,4-二硝基苯基)谷胱甘肽、泛酸、葡糖苷、γ-谷氨酰半胱氨酸和CMP-3-脱氧-D-甘露庚酮酸，而一种代谢物水平降低，即（2R,3S）-2,3-二甲基琥珀酸。这些变化可能与激光治疗引起的氧化应激有关，表明治疗手段可能会影响房水中的代谢物组成，进而影响疾病的进展和预后。

研究还发现，糖尿病的病程长短对房水代谢物的变化具有显著影响。将患者按糖尿病病程分为三个组别，发现不同组别之间的代谢物谱存在明显差异。例如，病程较短的组别（<10年）与病程较长的组别（≥20年）相比，某些代谢物的水平显著变化。这提示我们，糖尿病的病程可能在房水代谢物的改变中扮演重要角色，从而影响DR的发生和发展。

尽管本研究取得了重要进展，但仍然存在一些局限性。首先，研究样本数量相对较小，这可能影响结果的普遍适用性。其次，研究未对年龄和性别进行分层分析，这可能掩盖某些特定人群中的代谢变化模式。此外，由于伦理限制，对照组只能选择患有白内障但无糖尿病的患者，而非完全健康的个体，这可能引入一定的偏差。最后，虽然本研究识别了一些潜在的生物标志物，但它们的预测性能仍需在更大规模、多中心的验证研究中进一步评估。

总的来说，本研究通过非靶向代谢组学方法，结合先进的分析技术，深入探讨了DR不同阶段的代谢特征，并识别了多个可能作为生物标志物的代谢物。这些发现不仅有助于理解DR的发病机制，还为疾病的早期诊断、病情监测以及新型治疗策略的开发提供了科学依据。未来的研究应进一步扩大样本量，探索更多潜在的生物标志物，并验证其在临床中的实际应用价值。此外，结合其他多组学技术，如基因组学和蛋白质组学，可能会更全面地揭示DR的复杂机制，从而推动精准医学的发展。