基于多组学分析的骨关节炎性别差异代谢特征：一项揭示局部与系统性代谢调控机制的研究

本研究针对骨关节炎(OA)临床表型存在显著性别差异但代谢机制不明的问题，山东大学附属山东省立医院团队通过LC-MS/MS非靶向代谢组学技术，对60例OA患者的滑膜、滑液、尿液和血清进行多组织代谢分析，构建首个涵盖局部与系统性的性别特异性代谢图谱。研究发现215种跨组织共有代谢物，鉴定出3 alpha-diol-3G等性别差异标志物，为OA性别差异化诊疗提供分子依据。

　　

骨关节炎作为全球致残率最高的退行性关节疾病，其发病率在近30年翻倍增长，其中女性患者不仅数量是男性的1.5倍，还表现出更早发病年龄和更差的药物响应。尽管解剖学差异和雌激素效应被广泛讨论，但驱动这种性别二态性的分子机制始终是未解之谜。更棘手的是，现有研究多局限于单一组织样本，难以揭示OA作为全身性疾病的多组织代谢网络特征。

山东大学附属山东省立医院张伟团队联合妇产科专家，创新性地采用多组织同步采样策略，对60例膝关节置换术患者（女31例/男29例）的滑膜、滑液、尿液和血清进行系统分析。通过超高效液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术，在正负离子模式下获得超过7,000个代谢特征峰，经严格质量控制后构建出首个整合局部关节与全身循环的OA代谢图谱。

关键技术包括：1）临床队列设计：严格匹配年龄、BMI等混杂因素；2）多组织同步采样：术中采集滑膜（4个解剖位点）与滑液，结合空腹血尿样本；3）HILIC色谱柱分离与高分辨Orbitrap检测（分辨率60,000）；4）XCMS软件进行峰识别与CAMERA注释；5）采用QC样本监控（每5样本插入1个QC），确保数据稳定性（75%代谢物RSD≤30%）。

数据记录
在Massive数据库（MSV000096636）公开的代谢数据中，滑膜组织鉴定1,273种代谢物（1,127种注释），滑液1,347种（1,212注释），尿液2,744种（2,393注释），血清1,505种（1,336注释）。脂类、核苷和有机杂环化合物构成主要组分，其中尿液独富含苯丙素类物质，而脂质比例显著低于其他样本。

技术验证
PCA分析显示QC样本紧密聚类（R²X>0.8），证明实验重复性。TIC图谱显示色谱峰形尖锐，保留时间重叠率>85%。通过混合样本构建的QC参照物，有效校正批次效应，使代谢物定量误差控制在±30%以内。

OA代谢景观
四类组织共享215种核心代谢物（图3B），涉及氨基酸转运和蛋白质代谢通路。PLS-DA分析证实不同组织代谢特征显著分离（Q²>0.6），其中滑膜与滑液相似度最高（R²Y=0.73），尿液则呈现独特代谢模式。KEGG富集显示"ABC转运体"和"精氨酸生物合成"是跨组织关键通路（p<0.05）。

风险因素相关代谢物
年龄相关代谢物包括粪卟啉原和D-阿拉伯糖醇（|r|>0.4）；BMI关联代谢物以3-羟基辛酸最显著。K-L分级分析发现，滑膜中214种代谢物与关节退变程度相关，其中鞘氨醇激酶通路代谢物与影像学进展呈强相关（ρ=0.52）。

性别差异特征
男性滑膜中3 alpha-androstan-3G水平升高2.1倍（p=0.003），女性则富集神经酰胺Cer[34:2]（FC=1.8）。滑液中发现104种性别差异物，包括雌二醇代谢产物16α-OH-E1（q<0.01）。血清中霉菌酸IV等免疫调节代谢物呈现性别特异性分布（VIP>1.5）。

该研究首次绘制OA多组织代谢网络，揭示性别二态性可能源于雄/雌激素代谢物对局部炎症与全身能量代谢的差异化调控。发现的3 alpha-diol-3G等标志物为开发性别特异性诊断工具奠定基础，而跨组织代谢通路图谱则为理解OA全身效应提供新视角。数据公开策略将促进代谢注释库完善，推动精准医学在肌肉骨骼疾病中的应用。