心血管疾病精准诊断新突破：98种代谢物同步检测的高通量HPLC-MS/MS方法学验证与临床应用

为突破心血管疾病（CVD）早期诊断瓶颈，俄罗斯门捷列夫化工大学团队创新开发高通量HPLC-MS/MS检测技术，通过化学衍生化策略同步定量血浆中98种关键代谢物（含氨基酸衍生物、色氨酸通路产物及酰基肉碱等）。经验证符合EMA指南，成功应用于474例样本（CVD患者399例/健康对照75例），揭示炎症反应、一氧化氮（NO）代谢及线粒体功能相关通路显著异常。该方法为CVD生物标志物筛查提供高精度标准化工具，推动靶向代谢组学临床转化。

　　

心血管疾病的"沉默杀手"本质与代谢密码破译

心血管疾病（CVD）作为全球首要死因，其早期诊断面临重大挑战——传统技术在亚临床阶段灵敏度不足，而代谢紊乱实为疾病发生的关键推手。心脏作为高能耗器官，依赖持续代谢底物供应，任何代谢通路异常（如脂肪酸氧化障碍、炎症信号放大）均可引发连锁病理反应。然而，现有靶向代谢组学方法存在三大局限：检测通量低（通常仅覆盖20-30种代谢物）、极性物质灵敏度不足、缺乏适用于多类别代谢物的无基质干扰校准方案，导致色氨酸通路关键分子（如犬尿氨酸）、内源性NOS抑制剂（ADMA/SDMA）及线粒体功能标记物（长链酰基肉碱）难以同步精准定量。

为攻克这一技术壁垒，俄罗斯门捷列夫化工大学（D.I. Mendeleev University of Chemical Technology）的研究团队在《Journal of Chromatography B》发表创新成果，通过优化高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）平台，首次实现单次进样对血浆中98种跨类别代谢物的同步定量分析，涵盖6大功能模块：氨基酸及其衍生物（29种）、色氨酸代谢产物（17种）、核苷（4种）、水溶性维生素（3种）、酰基肉碱（39种）及其他（6种）。研究团队采用两大核心技术突破：1）针对极性物质开发化学衍生化策略，显著提升其在反相色谱柱保留能力与电离效率；2）依据ICH M10指南引入替代基质校准法，通过并行性验证解决生物基质干扰难题。样本队列整合474例临床标本（CVD患者399例+健康对照75例），为结论提供坚实统计学基础。

方法学创新核心

1. 化学衍生化设计：采用苯甲酸酐对含氨基代谢物（如氨基酸）进行衍生，解决极性分子在反相色谱中保留弱、峰形差问题，同步提升酰基肉碱检测灵敏度
2. 替代基质校准验证：以磷酸盐缓冲盐水（PBS）为替代基质建立校准曲线，通过与实际人血浆的响应因子比对（RE%为85.8-111.2%），证实其可替代稀缺的空白血浆
3. 多维度方法验证：严格遵循EMA指南完成线性（R²>0.99）、准确度（回收率92.1-107.3%）、精密度（RSD<11.5%）、基质效应（基质因子0.82-1.18）及稳定性（4°C/24h变化<12%）验证
4. 同位素内标校正：应用¹³C/¹⁵N标记内标（如¹³C₆-苯丙氨酸）精准校正离子抑制效应

代谢版图揭示CVD病理三联征

? 色氨酸-犬尿氨酸轴炎症风暴
色氨酸（Trp）降解加速导致关键神经保护剂（褪黑素、5-羟色胺）合成不足，而犬尿氨酸（Kyn）通路持续激活（Kyn/Trp比值升高1.8倍，p<0.001）驱动炎症因子释放，与冠状动脉粥样硬化程度呈正相关（r=0.73）。其中黄嘌呤尿酸（Xanthurenic acid）作为新发现关联因子，在急性冠脉综合征组较对照组升高2.3倍（p=0.002）。

? 一氧化氮（NO）代谢失衡
内源性NOS抑制剂ADMA与SDMA浓度异常升高（分别增加156%/142%，p<0.01），直接抑制血管舒张因子NO合成。机制研究表明，其积累源于蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMT）活性上调，并与血管内皮功能障碍评分（FMD%）显著负相关（r=-0.68）。

? 线粒体燃料危机预警
长链酰基肉碱谱系（C14-C18）出现特征性改变：棕榈酰肉碱（C16）在心力衰竭组累积达对照3.1倍（p=0.001），而肉豆蔻酰肉碱（C14）则显著降低（仅为对照的63%），反映心肌细胞线粒体β氧化效率下降。值得注意的是，短链酰基肉碱（C2/C3）在房颤患者中特异性升高，提示糖酵解代偿性增强。

从方法学到临床决策支持

该研究不仅构建了迄今最全面的CVD靶向代谢物检测体系，更通过大样本队列验证了代谢网络失调的核心机制：炎症信号过度激活（Kyn/Trp↑）→血管稳态失衡（ADMA/NOS↑）→能量代谢危机（酰基肉碱谱紊乱） 的三联病理轴。其中三大关键发现具直接转化价值：

1. 诊断标志物组合：犬尿氨酸/色氨酸比值联合ADMA浓度（AUC=0.89）可识别85.7%的亚临床CVD患者
2. 治疗监测新靶点：长链酰基肉碱动态变化（ΔC16/C2比值）与心功能恢复程度显著相关（r=0.81）
3. 技术标准化贡献：建立的替代基质校准方案为行业提供EMA/ICH兼容的验证范式

研究团队负责人Svetlana A. Appolonova教授强调："这项技术使临床实验室能在24小时内完成百例样本的CVD代谢指纹分析，检测成本降低40%。更重要的是，我们首次在方法学层面实现从极性小分子（如核苷）到脂溶性物质（如酰基肉碱）的统一平台定量，这为精准医疗时代的代谢诊断树起新标杆。"未来研究将聚焦该代谢谱在指导个体化用药（如NOS调节剂、肉碱补充疗法）中的价值，推动代谢组学从科研工具向临床常规检测转化。