自发性早产前的母体尿液代谢组学特征：一项探索性研究

《Scientific Reports》：Maternal urinary metabolomic signatures preceding spontaneous preterm birth: A pilot study

本研究针对自发性早产（sPTB）预测困难的临床挑战，通过对出现早产症状孕妇的尿液进行靶向代谢组学分析，发现与炎症消退、血管调节和氧化应激相关的信号脂质（如DiHETrEs、HODEs、cLPAs）存在显著差异。研究揭示了sPTB潜在的代谢紊乱机制，并构建了结合代谢物（9-HODE）与临床症状（阴道分泌物）的预测模型（AUC达0.84），为开发非侵入性床边预测工具奠定了基础。

　　

在全球范围内，早产（Preterm Birth, PTB），即妊娠满37周前分娩，是导致新生儿死亡和长期并发症的首要原因，每年影响着约10%的活产儿。其中，自发性早产（spontaneous Preterm Birth, sPTB）的机制尤为复杂且难以预测，给临床管理带来了巨大挑战。目前，当孕妇出现早产症状（如宫缩）时，医生缺乏足够精准的工具来判断其是否会真正发生早产，这常常导致对许多最终会足月分娩的孕妇也采取了干预措施，如使用产前皮质类固醇。虽然此类药物能促进胎儿肺成熟，但对足月儿可能带来不必要的长期神经发育风险。因此，开发能够准确区分真假早产临产的非侵入性生物标志物，是实现精准产科医疗的迫切需求。

生命的孕育过程依赖于精密的分子调控网络，信号脂质（Signaling Lipids）是其中的关键信使。它们如同体内的化学语言，调控着炎症、免疫反应和血管功能等与分娩启动密切相关的生理过程。特别是氧脂（Oxylipins）这类由多不饱和脂肪酸（如花生四烯酸AA、亚油酸LA）经酶催化或非酶氧化生成的生物活性分子，在维持母胎免疫耐受、子宫静息以及分娩发动中扮演着核心角色。研究人员推测，在sPTB发生前，母体内的这些信号脂质网络可能已经出现了特征性的紊乱。与需要抽血检测的血浆相比，尿液作为一种完全无创、易于重复采集的样本，在床旁诊断应用中具有独特优势。尽管尿液代谢组能反映系统性和肾脏局部的代谢活动，但其在sPTB预测中的潜力尚未被充分探索。

为此，由Manchu Umarani Thangavelu和Emma Ronde作为共同第一作者，Sam Schoenmakers和Thomas Hankemeier作为共同通讯作者领导的研究团队，在《Scientific Reports》上发表了题为“Maternal urinary metabolomic signatures preceding spontaneous preterm birth: A pilot study”的研究论文。这项探索性研究旨在揭示出现早产症状孕妇的尿液信号脂质特征，以期发现能够预测sPTB的潜在生物标志物，并深入理解不同病因（特别是感染与非感染）导致的sPTB背后的分子机制。

为了回答上述科学问题，研究人员开展了一项精心设计的探索性研究。他们从一个前瞻性队列中，回顾性地选取了30名妊娠28⁺⁰至34⁺⁰周因疑似 imminent PTB（ imminent Preterm Birth）入院的孕妇作为研究对象。这些孕妇在入院时、接受任何药物治疗前提供了尿液样本。根据最终的分娩结局和胎盘病理，她们被分为三组：10名发生sPTB且胎盘组织学检查未发现胆碱羊膜炎（非感染性早产组），10名发生sPTB且确诊伴有胆碱羊膜炎（感染性早产组），以及10名最终足月分娩的孕妇（足月产组）。研究团队采用了先进的靶向液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，对尿液样本中的182种信号脂质进行了精准定量分析，涵盖氧脂（Oxylipins）、溶血磷脂（Lysophospholipids）、脂肪酸（Fatty Acids, FAs）、胆汁酸（Bile Acids）和内源性大麻素（Endocannabinoids）等多个类别。通过严谨的统计学分析，包括单变量差异分析、多变量模型构建（如LASSO回归）和受试者工作特征曲线（ROC）分析，研究人员系统比较了不同组别间的代谢物差异，并评估了潜在生物标志物的预测效能。

3.1 临床队列特征

三组孕妇在纳入研究时的孕周相似，确保了样本采集时间点的可比性。与足月产组相比，早产组孕妇的既往生产次数较少、有流产史的比例更高、并且入院时主诉阴道分泌物的情况更常见，这些因素在后续分析中被作为统计混杂因素进行校正。

3.3 早产与足月产之间的差异代谢调控

3.3.1 总体早产与足月产比较

分析显示，与足月产组相比，总体sPTB组孕妇尿液中13种代谢物的水平显著降低。其中11种是氧脂，主要来源于脂氧合酶（LOX）和细胞色素P450（CYP450）通路。例如，来源于具有抗炎作用的DHA的HDoHEs（如8-HDoHE, 10-HDoHE），以及来源于LA的HODEs（如9-HODE）水平较低，提示sPTB孕妇体内抗炎反应可能受损。同时，由花生四烯酸（AA）经CYP450途径产生、并可溶性环氧化物水解酶（sEH）代谢生成的DiHETrEs（如8,9-二羟基二十碳三烯酸DiHETrE, 11,12-DiHETrE, 14,15-DiHETrE）水平也普遍降低。

3.3.2 非感染性早产与足月产比较

当单独分析非感染性sPTB组时，其与足月产组的代谢差异模式与总体分析结果高度一致，且更多的代谢物显示出显著差异。这表明观察到的总体差异很大程度上是由非感染性亚组驱动的。

3.3.3 感染性早产与足月产比较

相比之下，感染性sPTB组与足月产组之间的代谢差异要小得多，仅有9-HODE、总HODEs和8,9-DiHETrE等少数几个代谢物水平在感染性早产组中较低。这表明在出现早产症状时，感染性sPTB与足月产可能激活了部分相似的炎症通路，导致代谢特征区分度不高。

3.3.4 非感染性早产与感染性早产比较

直接比较两个sPTB亚组，揭示了它们之间显著的代谢异质性。感染性sPTB组表现出多种溶血磷脂水平的升高，包括环磷脂酸（cLPA，如cLPA(18:1)）、溶血磷脂酰肌醇（LPI）、溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）以及花生四烯酸（AA）和胆汁酸（如GDCA, GCDCA）。这些变化与胆碱羊膜炎引发的强烈免疫炎症反应（如磷脂酶A2激活）相符。特别是cLPA，作为过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的拮抗剂，其升高可能进一步抑制抗炎通路。相反，在非感染性sPTB组中，与氧化应激相关的异前列腺素（Isoprostane, iP）与前体AA的比值（如5-iPF2α-VI/AA）更高，提示氧化应激可能在非感染性sPTB的发病机制中扮演更重要的角色。

3.4 尿液信号脂质在早产中的预测作用

研究人员进一步评估了在单变量分析中 consistently 出现差异的代谢物（8,9-DiHETrE和9-HODE）的预测价值。单独使用时，这两个代谢物的预测效能有限（曲线下面积AUC分别为0.65和0.54）。然而，当将9-HODE与临床指标“阴道分泌物”结合构建多变量模型时，预测效能显著提升，AUC达到0.84，敏感性为73.7%，特异性为88.9%。这表明结合代谢物与临床特征能更有效地区分真假早产临产。

这项探索性研究通过对疑似早产孕妇的尿液进行精细的代谢组学分析，揭示了sPTB发生前存在的特定信号脂质紊乱模式，为理解其病理生理机制提供了新的视角。研究发现，sPTB，特别是非感染性sPTB，与尿液中的多种抗炎和血管调节性氧脂（如来源于DHA的HDoHEs、来源于LA的HODEs以及CYP450/sEH通路相关的DiHETrEs）水平降低相关，提示炎症消退障碍和血管调节功能受损可能是重要的驱动因素。此外，研究还揭示了感染性和非感染性sPTB可能存在不同的机制侧重点：感染性sPTB伴随着更强的磷脂分解代谢和胆汁酸升高，而非感染性sPTB则与更高的氧化应激标志物相关。

一个特别重要的发现是尿液与血浆中某些代谢物（如DiHETrEs）变化趋势的不一致性，这提示尿液代谢组可能不仅反映系统性变化，也包含了肾脏局部代谢的信息，因此在解读尿液生物标志物时需要谨慎，但也暗示尿液可能捕获了独特的、与sPTB相关的局部病理生理变化。

在转化应用方面，研究发现单一的代谢物预测价值有限，但将代谢物信息（9-HODE）与简单的临床指标（阴道分泌物）相结合，可以构建出具有潜在临床应用前景的预测模型。这为开发非侵入性、床旁使用的快速检测工具指明了方向，有望在未来帮助临床医生更准确地对出现早产症状的孕妇进行风险分层，避免不必要的干预。

当然，本研究作为一项探索性研究，样本量较小是其局限性。未来的研究需要在更大规模、多中心的队列中验证这些发现，并结合血浆代谢组学分析，以更全面地阐明系统性与肾脏局部代谢在sPTB中的作用。尽管如此，这项研究成功地揭示了母体尿液代谢组在揭示sPTB机制和辅助预测方面的潜力，为后续研究奠定了坚实的基础，最终目标是改善早产儿的预后，减轻家庭和社会负担。