N-苯乙基乙酰胺、二氨基吡梅酸以及甘氨酸-缬氨酸（Gly-Val）作为诊断未经治疗的格雷夫斯病（Graves’ disease）的高性能血清生物标志物：一项基于液相色谱-质谱（LC-MS）的代谢组学研究

《Frontiers in Endocrinology》：N-phenethylacetamide, diaminopimelic acid, and Gly-Val as high-performance serum biomarkers for diagnosing untreated Graves’ disease: an LC-MS-based metabolomics study

血清代谢组学分析揭示Graves'病患者的脂质和有机酸代谢通路存在显著紊乱，鉴定出N-苯乙基乙酰胺、二氨基戊二酸和甘-缬二肽作为高特异性生物标志物（AUC均>0.9），证实代谢重编程与炎症信号通路失调在疾病发生中的核心作用。

　　本研究聚焦于一种常见的自身免疫性甲状腺疾病——格雷夫斯病（Graves’ disease, GD），并深入探讨了其未治疗患者体内代谢异常的特征。通过采用基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术的血清代谢组学分析，研究团队发现GD患者的代谢模式与健康对照组存在显著差异，尤其在脂质和有机酸代谢通路中表现突出。这些发现不仅为GD的诊断提供了新的生物标志物候选，还揭示了其潜在的代谢机制，有助于未来疾病的治疗和预防策略的制定。

格雷夫斯病是一种由自身免疫反应引起的甲状腺功能亢进症，其主要特征是甲状腺刺激素受体（TSHR）激活自身抗体的产生。这些抗体不仅影响甲状腺功能，还可能引发眼部症状（如格雷夫斯眼病）等非甲状腺表现。因此，研究GD的代谢异常不仅有助于理解其发病机制，还能为疾病的早期识别和个性化治疗提供科学依据。近年来，代谢组学作为一种强大的工具，被广泛应用于生物标志物的发现和系统生物学研究，能够揭示代谢通路中的细微变化，从而提供关于疾病发生发展的机制性见解。

研究采用了严格的实验设计，从中国深圳地区招募了30名未接受治疗的GD患者和32名健康对照组。所有受试者年龄在18至67岁之间，且健康对照组的入选标准包括正常的甲状腺功能检测结果（TSH、FT3、FT4）以及无甲状腺疾病家族史或个人病史。为了确保研究结果的可靠性，研究团队还采用了质量控制（QC）样本，以监测整个实验过程中分析平台的稳定性和一致性。此外，样本的采集和处理过程也经过精心设计，以减少外部因素对代谢组数据的干扰。

在样本处理方面，研究团队采用了液相色谱-质谱联用技术（UPLC-MS/MS）对血清样本进行代谢物提取和分析。通过将血清与含有内部标准的乙腈-甲醇混合溶液进行混合，再经过低温超声波提取和离心处理，确保了代谢物的完整性和可检测性。该方法能够有效分离和定量血清中的多种代谢物，为后续的多变量统计分析和生物信息学分析奠定了基础。在数据预处理阶段，研究团队通过保留至少80%样本中检测到的代谢物、填补缺失值、标准化代谢物强度以及排除QC样本中相对标准偏差（RSD）超过30%的代谢物，进一步提高了数据的准确性和可解释性。

研究结果表明，GD患者的血清代谢组中存在334种显著失调的代谢物，其中脂质和有机酸代谢通路的改变尤为突出。通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多变量统计方法，研究团队能够清晰地区分GD患者与健康对照组的代谢特征。PCA结果显示，GD和HC组在主成分1和主成分2上的分布存在部分分离，这表明GD患者的代谢组与健康个体存在显著差异。OPLS-DA模型则进一步增强了这种区分能力，其前两个成分解释了30%的总变异，且通过置换检验验证了该模型的统计学显著性。QC样本在这些分析中表现出高度的一致性，反映了LC-MS平台在实验过程中的稳定性和可重复性。

在生物通路富集分析中，研究团队发现GD患者的代谢异常主要集中在脂质代谢和有机酸代谢通路。例如，亚油酸、α-亚麻酸和花生四烯酸的代谢通路被显著富集，这些脂肪酸是多种炎症介质的前体，其代谢异常可能与GD的自身免疫和炎症特征密切相关。此外，研究还发现GD患者的代谢组中涉及氨基酸代谢的通路，如精氨酸生物合成和丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢，进一步表明GD可能伴随复杂的氮代谢重编程。这些发现不仅揭示了GD患者体内代谢异常的广泛性，还为理解其病理生理机制提供了新的视角。

为了进一步验证这些代谢物的诊断价值，研究团队进行了受试者工作特征（ROC）曲线分析，并结合随机森林分类模型评估了单个代谢物和代谢物组合的诊断性能。结果显示，N-苯乙酰胺（AUC = 0.94）、二氨基庚二酸（AUC = 0.93）和甘氨酸-缬氨酸二肽（AUC = 0.91）表现出极高的诊断准确性，可能是GD的高潜力生物标志物。这些代谢物的高AUC值表明它们在区分GD患者与健康个体方面具有良好的特异性和敏感性。此外，研究团队还构建了一个包含多个关键代谢物的代谢物组合模型，其AUC值为0.775，虽然不如单个代谢物的诊断能力强，但仍显示出一定的临床价值，特别是在反映GD的异质性方面。

研究还利用变量重要性分析（VIP）和相关网络分析，进一步揭示了这些代谢物在GD代谢组中的重要性及其相互作用。VIP分析显示，某些代谢物（如磷脂酰乙醇胺、香豆酸等）在区分GD患者与健康对照组中发挥了关键作用。相关网络分析则揭示了代谢物之间的复杂关系，特别是在脂质和有机酸代谢通路中的协同变化。这些分析结果不仅为GD的代谢特征提供了系统性的支持，还为未来的研究方向指明了路径，例如探讨这些代谢物是否参与免疫调节、炎症反应或自身免疫过程的调控。

此外，研究团队还通过HMDB超级类别分析进一步确认了GD患者代谢组中脂质和有机酸的主导地位。结果显示，脂质和脂质类似物构成了31.67%的显著变化代谢物，而有机酸及其衍生物占23.98%。这一发现与之前的KEGG通路分析结果一致，进一步支持了GD代谢组中脂质和有机酸代谢通路的显著改变。值得注意的是，研究中还发现了其他重要代谢物类别，如有机异环化合物和有机氧化合物，这些类别虽然占比相对较小，但同样可能对GD的代谢异常产生影响。

研究的结论强调了GD患者体内脂质和氨基酸代谢通路的广泛失调，并提出了N-苯乙酰胺、二氨基庚二酸和甘氨酸-缬氨酸二肽作为潜在的高诊断性能生物标志物。这些代谢物的异常可能与GD的自身免疫反应、炎症机制以及代谢重编程密切相关。研究团队还指出，这些发现不仅为GD的诊断提供了新的思路，也为理解其发病机制和开发新的治疗策略奠定了基础。然而，研究也存在一定的局限性，例如样本量较小、研究设计为横断面研究等，这些因素可能影响结果的普遍适用性。因此，未来的研究需要扩大样本量，并结合纵向研究设计，以进一步验证这些代谢物在GD发展过程中的因果关系。

从更广泛的视角来看，GD的代谢异常可能不仅局限于甲状腺局部，还可能与全身性免疫调节和代谢网络密切相关。例如，维生素D作为一种重要的免疫调节因子，其水平与多种自身免疫疾病相关，包括GD。此外，肠道微生物群在宿主免疫和代谢调控中发挥着重要作用，其代谢产物如短链脂肪酸可能影响免疫系统的功能。因此，未来的研究可以探索GD患者的代谢异常是否与维生素D水平或肠道菌群状态相关，从而构建一个更全面的代谢-免疫网络模型。

总之，本研究通过系统性的代谢组学分析，揭示了GD患者体内代谢异常的复杂性和多样性。研究结果不仅为GD的诊断提供了新的生物标志物候选，还为理解其代谢机制和免疫调控提供了重要的科学依据。随着代谢组学技术的不断进步，未来的研究有望进一步解析这些代谢物在GD发病过程中的具体作用，并探索其在治疗和预防中的应用潜力。