基于HILIC-MS/MS技术的矽肺患者血清21种氨基酸靶向代谢组学研究及生物标志物发现

本研究针对矽肺早期诊断缺乏敏感生物标志物的临床难题，通过建立HILIC-MS/MS方法系统分析104例矽肺患者与118例健康对照的血清氨基酸谱，发现谷氨酸(Glu)、精氨酸(Arg)等4种差异氨基酸，其中Glu-Arg组合诊断效能最优(AUC=0.915)，为矽肺无创诊断提供了新型代谢标志物方案。

　　

矽肺作为威胁全球矿工、建筑工人等职业群体的"隐形杀手"，其诊断至今仍面临重大挑战。传统依赖胸部X光和高分辨率CT(HRCT)的检测手段不仅存在辐射风险，对早期病变的识别率不足30%，且无法反映肺纤维化的分子机制。更棘手的是，当患者出现典型"毛玻璃影"影像学特征时，肺部胶原沉积已进入不可逆阶段。这促使科学家将目光投向代谢组学——这门能捕捉疾病最下游分子信号的新兴学科。

四川大学华西第四医院的研究团队在《Journal of Chromatography B》发表创新成果。他们敏锐注意到：构成胶原33%的甘氨酸(Gly)和13%的脯氨酸(Pro)等氨基酸，其代谢紊乱可能与矽肺纤维化直接相关；而作为谷胱甘肽(GSH)合成前体的谷氨酸(Glu)，其水平变化更能反映矽肺特征性氧化应激状态。为此，研究人员突破传统C₁₈色谱柱对极性氨基酸保留差的限制，开发出新型亲水相互作用色谱-串联质谱(HILIC-MS/MS)检测平台。

关键技术包括：1)采用104例矽肺患者与118例健康对照的血清队列；2)优化0.35%甲酸-10mmol/L乙酸铵的流动相体系；3)建立21种氨基酸的绝对定量方法(线性r>0.99，精密度1.27%-13.01%)；4)通过正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)筛选标志物。

【主要发现】

1. 色谱优化：相比甲醇-水体系，乙腈-水使氨基酸峰形改善2.3倍；柱温35℃时，极性氨基酸如天冬氨酸(Asp)的响应值提升47%。
2. 标志物筛选：矽肺组谷氨酸(Glu)浓度较健康组升高2.1倍(p<0.001)，精氨酸(Arg)降低38%，鸟氨酸(Orn)与天冬氨酸(Asp)也呈现显著差异。
3. 诊断效能：单一标志物中Glu的AUC达0.892，而Glu-Arg组合使诊断特异性提升至90%，灵敏度达86.1%。
4. 通路分析：差异氨基酸主要富集于谷氨酰胺代谢(Glutamine metabolism)和尿素循环(Urea cycle)，提示线粒体功能障碍可能是矽肺进展的关键环节。

这项研究首次构建了矽肺血清氨基酸特征谱，其创新价值体现在三方面：首先，Glu-Arg组合模型为矽肺筛查提供了优于影像学的分子诊断工具；其次，发现胶原合成前体氨基酸的代谢失衡与肺纤维化程度存在量化关系；更重要的是，该HILIC-MS/MS平台可实现1.5mL血清中21种氨基酸的同步检测，为其他纤维化疾病的代谢研究提供了技术范本。正如通讯作者Yongxin Li强调的，这项成果不仅解决了临床早期诊断的燃眉之急，更开辟了通过调控氨基酸代谢干预矽肺进程的新研究方向。