多组学揭示老年脓毒症内体-溶酶体-自噬轴失调与免疫炎症失衡

《Clinical Interventions in Aging》：Multi-Omics Reveals Dysregulation of the Endosome-Lysosome-Autophagy Axis and Immune-Inflammatory Imbalance in Elderly Sepsis

　　

摘要 老年脓毒症（Elderly Sepsis, ES）兼具衰老与脓毒症的双重打击，发病率与死亡率居高不下，并具有独特的病理生理特征。研究人员通过对青年及老年健康对照、青年及老年脓毒症共四组人群开展非靶向代谢组学与蛋白质组学的整合分析，采用三步筛选流程鉴定ES的特征性代谢物与蛋白质，并对筛选出的分子进行两两相关性分析（保留Spearman相关系数绝对值∣rs∣ ≥ 0.4的分子）及京都基因与基因组百科全书（KEGG）和/或基因本体论（GO）功能富集分析。结果显示，研究共识别出两种特征性代谢物（D-天冬氨酸、溶血磷脂酰胆碱(18:1/0:0)）及七种蛋白质（SCGB3A2、ATP6V1E1、APOA1、AP1G1、INHBC、CRYZL1、CXCL14）。富集的代谢通路包括D-氨基酸代谢、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢及甘油磷脂代谢；富集的蛋白质功能术语涉及内吞囊泡腔、质子转运V型ATP酶、受体配体活性及信号受体激活活性等。这些发现共同表明，ES中存在内体-溶酶体-自噬轴的紊乱及免疫炎症失衡。该研究据此提出假说，认为内体-溶酶体-自噬轴失调与免疫炎症失衡共同参与ES的发病过程，为进一步阐明其病理生理机制及开发精准治疗策略提供了理论基础。

论文解读

研究背景

脓毒症是由宿主对感染的反应失调引起的危及生命的器官功能障碍，是全球发病与死亡的主要原因之一。由于免疫衰老、合并症多、生理功能下降、衰弱及器官储备减少，老年人不仅更易患脓毒症，且预后显著更差。老年脓毒症（ES）占所有脓毒症病例的60%–85%，且随着全球人口老龄化，这一比例还将继续上升，已成为急诊与危重症医学的重点关注领域。尽管既往风险分层研究有助于早期识别高危患者，但不足以支撑个性化精准治疗的开发。目前普遍认为，衰老与脓毒症的协同作用使得ES的病理生理有别于年轻脓毒症，但针对这一独特改变的认识仍十分有限。既往单细胞测序研究虽揭示了ES的免疫重塑特征，但单纯转录组层面难以全面解析其病理生理全貌；既往多组学研究未能有效区分衰老本身与脓毒症特异性的贡献。因此，研究人员亟需通过整合多层次组学并创新筛选策略，以明确ES特有的病理生理特征。

研究方法概述

本研究为单中心横断面研究，纳入2023年3月至2024年11月于新疆医科大学第一附属医院就诊的74名受试者，分为ES组（≥65岁，23例）、青年脓毒症（Young Sepsis, YS）组（20–64岁，31例）、老年健康对照（Elderly Healthy Control, EHC）组（≥65岁，11例）及青年健康对照（Young Healthy Control, YHC）组（20–64岁，9例），脓毒症诊断符合Sepsis-3标准。研究人员采集外周血血浆，分别进行非靶向代谢组学与蛋白质组学检测，并采用创新的三步筛选策略：首先比较ES与EHC的差异分子，随后剔除YS与YHC共有的差异分子以排除脓毒症的一般效应，再剔除EHC与YHC共有的差异分子以消除自然衰老的混杂影响，最终保留的差异分子定义为ES特异性标志分子，并进行KEGG与GO富集分析。统计分析采用SPSS 26.0及多款生物信息学平台完成。

研究结果

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  临床特征：ES组与YS组在性别、疾病严重程度评分及糖尿病、冠心病患病率上无显著差异，但ES组高血压患病率更高，且中性粒细胞绝对计数（ANC）与单核细胞绝对计数（AMC）显著低于YS组。
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  代谢组学揭示ES特征性病理生理改变：偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型显示，无论老年还是青年队列，脓毒症均引起显著的病理生理扰动，且ES与YS能被有效区分，证明衰老赋予了脓毒症独特的分子特征。代谢组学共筛选出41种ES特异性差异代谢物（Differentially Expressed Metabolites, DEMs），KEGG富集分析显示其核心通路为D-氨基酸代谢、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢及色氨酸代谢，主要由D-天冬氨酸、溶血磷脂酰胆碱(18:1/0:0)（LysoPC (18:1/0:0)）及2-氨基苯甲酸驱动，且这三种代谢物在各组间呈递减趋势并呈正相关。
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  蛋白质组学揭示ES特征性病理生理改变：蛋白质组学PLS-DA模型同样能有效区分各组。研究共鉴定出13种ES特异性差异表达蛋白（Differentially Expressed Proteins, DEPs），KEGG富集分析显示其主要涉及萜类骨架生物合成、细胞因子-细胞因子受体相互作用及维生素消化吸收等8条通路，核心蛋白包括ZMPSTE24、CXCL14、INHBC、ATP6V1E1及载脂蛋白A-I（APOA1）。
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  整合代谢组学与蛋白质组学揭示ES特征性病理生理改变：对41种代谢物与13种蛋白质进行相关性分析（∣r_s∣ ≥ 0.4）后，代谢通路富集再次确认D-氨基酸代谢等三条核心通路，蛋白质通路富集则识别出11条显著通路。基因本体论（GO）分析显示，这些蛋白质主要参与酮代谢过程、内吞囊泡腔调控、质子转运V型ATP酶（V-ATPase）活性及受体配体活性等生物学过程、细胞组分与分子功能。

讨论与结论总结

讨论部分指出，本研究首次通过整合代谢组与蛋白质组学，识别出以AP1G1（衔接蛋白复合体1 γ1亚基）与ATP6V1E1（V-ATPase的V1域E1亚基）下调为核心的内体-溶酶体-自噬轴严重受损，伴随D-天冬氨酸与LysoPC (18:1/0:0)耗竭，导致病原体清除能力下降。同时，INHBC（抑制素βC链）的促炎作用与CXCL14的过度招募加剧了免疫炎症失衡，而APOA1的异常升高可能处于功能失调状态。这一“内体-溶酶体-自噬轴失调与免疫炎症失衡”假说为理解ES为何更易出现持续器官损伤与免疫麻痹提供了机制层面的解释。研究人员也指出了本研究的局限性，包括单中心设计、缺乏独立验证队列、样本量较小及横断面设计无法推断因果关系等。

结论部分强调，该研究创新性地运用多步筛选策略，首次提出了ES中内体-溶酶体-自噬轴失调与免疫炎症失衡的假说，为深入探索其病理生理机制及开发精准治疗策略奠定了重要的理论基础。该论文发表于《Clinical Interventions in Aging》。