新鲜尿液FTIR分析中光谱变异性的评估及其在诊断生物标志物研究中的应用

推荐：本研究针对尿液FTIR光谱分析中因生物变异和实验参数导致的高变异性问题，通过系统评估尿液主要成分（尿素、肌酐、尿酸）的红外特征及关键时间参数（T1:液体阶段延迟；T2:干燥后存储）的影响，发现碱性尿液在T1期间光谱变化显著（pH依赖性尿素降解），而T2影响较小。研究为优化尿液光谱诊断流程提供了标准化方案（建议T1≤2h，T2≥60min），发表于《Talanta》，对提升基于FTIR的液体活检可靠性具有重要意义。

　　

尿液作为反映机体病理生理状态的"液体活检"样本，其丰富的代谢物信息（约4500种）为疾病诊断提供了巨大潜力。然而，尿液成分的高变异性——既来自个体饮食、昼夜节律等生物因素，也源于样本处理中的实验参数——给基于振动光谱（如FTIR）的诊断标志物筛选带来严峻挑战。尤其当光谱变异掩盖病理相关信号时，可能导致假阳性或假阴性结果。法国兰斯香槟-阿登大学（Université de Reims Champagne-Ardenne）BioSpecT实验室的Elie Sarkees团队在《Talanta》发表的研究，首次系统解析了尿液FTIR分析中两大关键时间参数的影响机制，为建立标准化预处理流程提供了实验依据。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合高通量筛选模块（HTS-XT），通过纯标准品加标实验和主成分分析（PCA），首先精确归属了尿素（Ur）、肌酐（Cr）和尿酸（Ua）的特征振动峰：如尿素在1625 cm^-1的NH₂不对称变形振动、1670 cm^-1的CO伸缩振动耦合模式；肌酐在1490 cm^-1的C＝N伸缩振动；尿酸在865 cm^-1的嘌呤环面外变形振动等。

针对时间变量的研究发现：液体阶段延迟（T1）对碱性尿液（pH>6）光谱影响显著，表现为尿素特征峰（如1625 cm^-1）随T1延长出现4-12 cm^-1位移，且强度下降23%-89%。这种pH依赖性变异源于两个机制：一是CO₂逸失导致pH上升（0.2-0.35单位），加速尿素降解为铵离子（活化能从28.4 kcal/mol降至22 kcal/mol）；二是钙盐结晶形态转变（如草酸钙从单水合物向二水合物转化）干扰OH/NH振动区。相比之下，干燥后存储时间（T2）仅在前60分钟引起≤15%强度波动，70分钟后趋于稳定，反映残余结合水的缓慢脱附过程。

基于12例健康志愿者队列数据的PCA建模证实：T1贡献了78%的变异度，远高于T2的9%。据此提出标准化建议：①尿液采集后2小时内完成真空干燥（-0.8 bar）；②干燥样本静置60分钟后再检测以消除残留水干扰。该方案将有效降低非生物变异对FTIR诊断模型的干扰，尤其适用于泌尿系统疾病（如尿路感染、肾病）的筛查研究。

这项研究的意义在于：首次量化了FTIR尿液分析中各预处理环节的误差来源，为多中心研究的质量控制提供了具体参数。未来可进一步探索冷冻保存、抗氧化剂添加等策略对长期样本稳定性的影响，推动振动光谱从实验室走向临床诊断。