用于提高脑损伤预后精度的共享代谢组学特征

《Brain and Spine》：Shared metabolomic signatures for prognostic precision across brain injuries

本研究通过血清代谢组学分析，发现急性脑损伤（包括脑出血、缺血性中风和创伤性脑损伤）患者早期尿苷、色氨酸和乳酸的组合可预测预后（AUC 88.8%），晚期前列腺素J2、亚油酸等八种代谢物组合AUC达94.4%，揭示代谢通路动态变化与预后关联。

　　急性脑损伤（ABI）是全球范围内导致死亡和残疾的重要健康问题，包括脑出血、脑卒中和脑外伤等。这些类型的脑损伤虽然病因不同，但都会引发一系列复杂的生理和代谢变化，从而影响患者的预后。研究表明，代谢组学的变化与多种神经系统疾病密切相关，例如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症和多发性硬化症等。这种联系提示我们，代谢组学不仅在急性脑损伤的预后评估中具有重要价值，也可能为慢性神经退行性疾病的早期诊断和干预提供线索。

本研究旨在通过分析不同类型的急性脑损伤患者在不同时间点的血清代谢组学特征，识别出可用于预测患者预后的生物标志物。研究对象包括73名在2016年至2019年间于芬兰图尔库大学医院接受治疗的急性脑损伤患者，分为脑卒中（IS）、动脉瘤性蛛网膜下腔出血（aSAH）和外伤性脑损伤（TBI）三个亚组。研究采用纵向观察设计，采集患者受伤后早期（2±1天）和晚期（6±2天）的血清样本，并通过Orbitrap质谱技术对462种代谢物进行分析。利用统计学和机器学习方法，研究人员发现了一些与患者预后显著相关的代谢物。

研究结果表明，早期样本中与预后相关的代谢物包括尿苷、色氨酸和乳酸，这些代谢物在预测患者预后方面具有较高的准确率，其曲线下面积（AUC）达到88.8%，比值比（OR）为5.29，且p值小于0.0001。而在晚期样本中，与预后相关的代谢物更多，包括前列腺素J2（PGJ2）、γ-亚麻酸（GLA）、N-乙酰-L-丙氨酸、尿苷、N-α-乙酰-L-天冬酰胺、3-羟基-3-甲基戊二酸、丙酸和肌酐，这些代谢物组合的AUC为94.4%，OR为14.5，p值同样小于0.0001。这些发现揭示了在不同阶段，代谢物在预测脑损伤预后中的作用可能不同，这可能与脑损伤后不同阶段的病理生理过程有关。

进一步的通路分析显示，早期样本中与预后相关的代谢通路包括糖酵解/糖异生、嘧啶代谢和色氨酸代谢，而晚期样本中则涉及脂肪酸生物合成、丙酮酸代谢、苯丙氨酸代谢和色氨酸代谢等。这些通路的变化可能反映了从急性能量危机到长期代谢适应的过程。例如，色氨酸代谢在早期和晚期都表现出显著性，这可能与其在神经炎症反应中的作用有关。此外，晚期样本中某些代谢物如PGJ2和GLA的变化可能与炎症的调节有关，而这些代谢物在早期样本中并未显著。

研究还探讨了单一代谢物作为预后指标的潜力，例如尿苷、色氨酸和乳酸在早期样本中表现出较高的敏感性和特异性，而晚期样本中PGJ2、N-α-乙酰-L-天冬酰胺和肌酐则显示出更强的预测能力。通过ROC曲线分析，研究人员确定了这些代谢物的最优截断点，并评估了它们的诊断价值。这些结果表明，某些代谢物在预测ABI患者预后方面具有较高的潜力，但它们的预测效果可能受到不同时间点的代谢状态和个体差异的影响。

本研究的一个重要发现是，虽然ABI的类型不同，但某些代谢物的变化可能具有普遍性，这些代谢物可以作为跨类型脑损伤的预后指标。这为开发通用的代谢组学模型提供了基础，有助于提高临床决策的准确性和个性化治疗的可行性。然而，研究也指出了一些局限性，包括样本量较小、缺乏对照组以及治疗方案的异质性可能影响代谢物的变化。因此，未来的研究需要在更大的、多中心的样本中进行验证，并考虑纳入健康对照组或非脑损伤患者以更准确地识别ABI特异性的代谢特征。

综上所述，本研究通过分析不同时间点的血清代谢组学特征，揭示了急性脑损伤患者预后评估中的关键代谢物和通路。这些发现不仅为临床提供了新的预后指标，也为理解脑损伤后的代谢变化及其与预后的关系提供了重要线索。未来的研究可以进一步探索这些代谢物在不同脑损伤类型中的作用，并尝试将代谢组学与其它组学数据相结合，以提高预后模型的准确性和可靠性。