基于液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）的代谢组学分析在枫糖尿病的诊断与急性期管理中的应用研究

本研究针对传统靶向代谢检测方法在先天性代谢缺陷病（IEMs）诊断中存在的局限性（如检测范围窄、耗时长、易漏诊非典型病例），开发了一种基于液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）的全面代谢组学分析策略。通过对两例枫糖尿病（MSUD）患者的血浆样本进行分析，研究人员不仅成功实现了对支链氨基酸及其毒性代谢产物的同步检测，还动态监测了血液透析期间的代谢物清除规律。该研究证明了LC-HRMS技术在提高IEMs诊断效率、优化急性期管理策略方面的重大价值，为罕见代谢病的精准诊疗提供了新范式。

　　

在先天性代谢缺陷病（IEMs）的诊断领域，临床实验室长期依赖传统的靶向生化检测方法，包括氨基酸分析、有机酸分析和酰基肉碱谱分析。尽管这些方法对特定疾病的确认具有高度有效性，但其局限性日益凸显：检测范围局限于已知靶标，对新生儿筛查（NBS）未覆盖的疾病和非典型临床表现患者的诊断效率低下，且需要多平台、多样本类型的检测流程，导致诊断周期延长和医疗成本增加。据统计，即使对高度怀疑遗传性代谢病的患者，传统方法的诊断率仅约1.3%，大量患者因此陷入长达数年的"诊断苦旅"。

为突破这一瓶颈，研究人员开始探索基于液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）的代谢组学技术。该技术能够从单一样本中同步检测数百种代谢物，涵盖氨基酸、有机酸、酰基肉碱等多个化合物类别，不仅大幅提升检测效率，还支持数据的回溯性分析，为疾病机制研究和生物标志物发现提供了强大工具。枫糖尿病（MSUD）作为研究对象具有典型意义。这是一种由于支链α-酮酸脱氢酶复合体（BCKAD）缺陷引起的常染色体隐性遗传病，导致支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）及其毒性代谢产物（2-酮酸和2-羟基酸）在体内蓄积，引起严重神经损伤甚至死亡。虽然经典型MSUD可通过NBS早期发现，但间歇型和中间型等非经典型MSUD往往因临床表现不典型而被漏诊。

本研究通过两例代表性病例展示了LC-HRMS技术的临床应用价值。病例一为3月龄男性患儿，以精神状态改变、呼吸暂停和癫痫发作起病，初诊为热性惊厥，经LC-HRMS检测发现血浆中支链氨基酸及其2-酮/羟基酸类似物显著升高，最终通过基因检测确诊为DBT基因复合杂合突变导致的间歇型MSUD。病例二为通过NBS发现的新生儿，经传统氨基酸分析和基因检测（BCKDHA基因突变）确诊为经典型MSUD。研究人员对两位患者治疗过程中的系列血浆样本进行LC-HRMS分析，动态监测了血液透析和营养支持治疗期间的代谢物变化规律。

关键技术方法包括：1）使用甲醇/甲基叔丁基醚双相萃取法处理50μL血浆样本；2）采用酰胺色谱柱在负离子模式下进行色谱分离，以10mM醋酸铵（pH 9.0）为流动相；3）使用Q-Tof高分辨质谱仪进行数据采集，碰撞能量采用6eV（低能）和10-35eV（高能）的MSE模式；4）通过Skyline软件进行靶向数据处理，计算稳健标准化（RS）值识别异常代谢物；5）使用Progenesis QI进行非靶向数据处理和主成分分析（PCA）。样本来源包括两名MSUD患者和24名对照（20名非MSUD婴儿和4名饮食治疗的MSUD患者）。

研究结果方面，通过"2. 材料和方法"的系统研究，发现LC-HRMS能够同步检测MSUD相关的所有关键代谢物（支链氨基酸、2-酮酸和2-羟基酸），在病例一的首个样本中即显示出这些代谢物的RS值显著高于对照组。通过"3. 结果和讨论"的深入分析，揭示了两类重要现象：一是营养支持治疗能够降低支链氨基酸水平，但对2-酮/羟基酸类似物的效果有限；二是血液透析虽然能快速清除亮氨酸，但其毒性代谢产物2-酮异己酸（2-KIC）的清除速度相对较慢，提示可能存在转氨基平衡紊乱。主成分分析显示患者样本按治疗阶段形成三个明显聚类，治疗有效后样本与对照组聚集，证实了代谢状态的正常化。此外，研究还发现了一些新的潜在标志物，如N-乙酰亮氨酸/异亮氨酸、γ-谷氨酰亮氨酸/异亮氨酸等。

结论部分强调，LC-HRMS代谢分析作为一种互补性技术，能够显著提高IEMs的诊断效率，特别适用于非典型病例和未知代谢病的筛查。该技术不仅避免了多平台检测的繁琐流程，减少了对尿液样本的依赖（在婴幼儿中采集困难），还为理解代谢病的病理生理机制提供了更全面的视角。讨论部分进一步指出，这种全面代谢分析策略有望重塑IEMs的诊断路径：传统靶向检测将继续用于NBS阳性病例的确诊和表型明确患者的确认，而LC-HRMS将作为主要研究工具，用于非特异性神经代谢表型患者的诊断和意义未明基因变异的功能验证。这种范式转变将减轻代谢专科医生选择检测项目的负担，缩短罕见病诊断时间，最终改善患者预后。

该研究发表于《Molecular Genetics and Metabolism Reports》，由波士顿儿童医院实验室医学部资助，展示了代谢组学技术从研究工具向临床诊断工具转化的重要进展，为精准医疗时代罕见代谢病的诊疗提供了新思路。