基于UHPLC-HRMS技术解析心脏手术相关急性肾损伤的血浆代谢组学特征及其与尿液代谢组的关联研究

心脏手术相关急性肾损伤（CSA-AKI）是重症患者死亡的高危因素，但缺乏早期诊断标志物。为此，研究人员通过超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）技术，动态分析6例CSA-AKI患者血浆代谢组特征，筛选出肉碱类、氨基酸代谢等关键差异分子，并首次揭示其与尿液代谢组的显著相关性，为疾病预测和靶向治疗提供新思路。

　　

心脏手术是挽救生命的重要手段，但术后急性肾损伤（AKI）如同潜伏的"沉默杀手"——发生率高达30%，且与患者死亡率显著相关。更棘手的是，当前临床依赖的血清肌酐（sCr）指标存在明显滞后性，当检测值异常时，肾功能往往已严重受损。这种诊断"时间差"使得医生们错失干预良机。此外，尽管已知缺血再灌注（I/R）损伤、氧化应激等是AKI的核心机制，但血浆与尿液代谢组的动态关联仍是一片未知领域。

为破解这些难题，茂名市人民医院（Maoming People's Hospital）的研究团队开展了一项创新性探索。他们采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）这对"黄金搭档"，对6例CSA-AKI患者三个关键时间点（术前、术后第1天、术后第14天）的血浆样本进行非靶向代谢组学分析，并结合前期尿液代谢组数据，首次绘制出"血浆-尿液"代谢网络图谱。相关成果发表在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》上，为AKI早期预警提供了分子级解决方案。

研究团队首先建立严格的质量控制体系：通过概率商归一化（Probabilistic Quotient Normalization）校正数据，采用基于质控样本的LOESS算法消除批次效应，确保检测结果的可靠性。随后运用多变量统计（PCA/PLS-DA/OPLS-DA）和单变量分析（t检验+FDR校正）筛选差异代谢物，并通过KEGG数据库进行通路富集。最具特色的是，他们创新性地将受试者工作特征（ROC）曲线分析与Spearman相关性分析结合，不仅评估了生物标志物的诊断效能，还揭示了跨体液代谢物的互作关系。

研究结果呈现三大突破性发现：

3.1 患者信息与质谱评估
通过sCr水平将患者分为1A-3期，质控样本相对标准偏差（RSD）<30%，确保数据可靠性。尤为关键的是，术后第1天血浆代谢谱与术前/恢复期存在显著分离，而恢复期与术前组无法区分，提示代谢紊乱具有可逆性。

3.2 血浆代谢物鉴定
从16,471个离子中鉴定出275个Level 1代谢物（标准品验证），KEGG分析显示这些分子主要参与氨基酸代谢、异生物质降解等通路。其中苯衍生物、有机酸等生物活性分子占比最高，为后续分析奠定基础。

3.3 差异代谢物分析
在FC≥1.2标准下，术后第1天vs术前组筛选出813个差异代谢物。通路富集显示，氨基酰-tRNA生物合成、精氨酸/脯氨酸代谢等通路异常激活。值得注意的是，三甲基赖氨酸（TML）和多种酰基肉碱（如己酰肉碱）显著上调，暗示线粒体脂肪酸氧化障碍可能是AKI的关键特征。

3.4 相关性分析
ROC曲线筛选出11个AUC>0.8的Level 1血浆标志物，包括γ-谷氨酰苯丙氨酸等。与尿液代谢组关联分析发现：疾病发生时，尿液中的3-羟基己酰肉碱等与血浆肉碱呈正相关；而恢复期则转为与有机酸相关。这种动态关联提示，血浆肉碱可能通过肾脏排泄参与AKI进程。

在讨论环节，作者深入阐释了代谢异常的生物学意义。色氨酸代谢产物（如犬尿氨酸酸）可通过芳香烃受体途径加剧肾损伤，而精氨酸代谢紊乱导致的亚精胺/精胺合成异常，可能直接破坏肾小管上皮细胞稳态。特别值得关注的是，己酰肉碱和TML的升高与既往2型糖尿病肾病患者的研究一致，表明这些分子可能是跨病种的肾脏损伤"通用标志物"。

这项研究虽受样本量限制，但其创新价值不容忽视：首次系统描绘了CSA-AKI患者血浆代谢组动态图谱，建立血浆-尿液代谢物关联模型，为开发"液体活检"式早期诊断策略提供理论依据。未来如能在大样本队列中验证肉碱类分子的诊断价值，或将改写临床AKI监测标准。正如研究者所言："代谢组学犹如显微镜，让我们看清了AKI发生时分子层面的雪崩效应"。这项发表于中国权威分析化学期刊的成果，不仅展示了国产质谱技术的精准威力，更彰显了代谢组学在精准医学中的广阔前景。