《Metabolomics》：Serum metabolomic signatures integrating sphingosine-1-phosphate and tetrahydrocortisone improve prognostic assessment in non-ischemic cardiomyopathy
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摘要：引言：扩张型心肌病（DCM）和左心室致密化不全（LVNC）是主要的非缺血性心肌病（NICM）亚型，其预后具有异质性。传统的临床和超声心动图标志物对于长期风险分层仍然不足。目的：本研究旨在识别与不良心血管结局相关的血清代谢物，并评估其在NICM中的增量预后
摘要：引言：扩张型心肌病（DCM）和左心室致密化不全（LVNC）是主要的非缺血性心肌病（NICM）亚型，其预后具有异质性。传统的临床和超声心动图标志物对于长期风险分层仍然不足。目的：本研究旨在识别与不良心血管结局相关的血清代谢物，并评估其在NICM中的增量预后价值。方法：招募了32名DCM或LVNC且左心室射血分数<50%的患者，并进行了中位45.5个月的随访。主要终点是心血管死亡、心力衰竭相关住院或临床指征心血管设备植入的复合终点。基线血清样本接受了基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的非靶向代谢组学分析。使用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析来鉴定差异代谢物。使用Cox回归、Kaplan-Meier分析、相关性过滤和受试者工作特征（ROC）分析来筛选预后代谢物。通过自助法（bootstrapping）、校准和时间依赖性ROC分析评估了一个结合临床和代谢标志物的整合Cox模型。结果：共鉴定出299种差异代谢物，并在胆汁分泌、类固醇激素生物合成和神经活性配体-受体相互作用通路中富集。鞘氨醇-1-磷酸（S1P）和四氢可的松（THE）被选为最终的预后代谢物生物标志物，其ROC曲线下面积（AUC）分别为0.777和0.793。整合了S1P、THE、三尖瓣环平面收缩期位移（TAPSE）和总蛋白（TP）的模型获得了自助法校正的一致性指数（C-index）为0.772，在3年和5年的时间依赖性AUC分别为0.92和0.86。结论：血清代谢组学可能为NICM提供补充的预后信息。S1P和THE是与重塑和应激相关的探索性生物标志物，支持射血分数降低的NICM的风险分层。
**论文解读：血清代谢组学特征在非缺血性心肌病预后评估中的价值**
**研究背景与问题**
非缺血性心肌病（NICM）是一组在无冠状动脉疾病或缺血性损伤情况下，以心肌结构和功能异常为特征的异质性心肌疾病。其发病率在社区和住院人群中约为2%至15%，在大规模临床试验中可高达近50%。在NICM亚型中，扩张型心肌病（DCM）最为常见，以心室扩张和收缩功能受损为特征，是全球心脏移植的主要原因。左心室致密化不全（LVNC）则源于心肌胚胎发育障碍，是一种罕见的先天性心肌病，其疾病严重程度从无症状到严重心功能障碍和心源性猝死不等，导致显著的预后异质性。这些特征凸显了对NICM患者进行准确不良心血管结局预后评估的迫切需求，以支持风险分层和指导临床管理。
目前，NICM的常规预后评估主要依赖于纽约心脏病协会（NYHA）心功能分级、利钠肽水平和左心室射血分数（LVEF）等既定临床指标。然而，这些指标主要反映了已确立心肌功能障碍的临床和功能后果，可能无法完全捕捉与疾病进展相关的全身性生物学改变。新出现的证据表明，NICM不仅仅是一种局部的心脏疾病，而是一种涉及适应性不良的神经体液激活、慢性炎症、代谢重塑和不良器官间串扰的全身性综合征，所有这些都可能促进心肌损伤和重塑。因此，仅依赖以心脏为中心的功能指标可能无法提供完整的长期风险评估。能够捕捉循环代谢改变的方法可能提供补充的预后信息，并有助于表征与NICM不良心血管结局相关的全身性病理生理过程。
代谢组学通过全面分析循环代谢物，为这些全身性病理过程提供了一个强大的窗口，并已成为心血管研究中用于生物标志物发现和机制探索的有前景的工具。既往的代谢组学研究已证明代谢特征与心力衰竭（HF）严重程度或结局之间存在显著关联。然而，这些研究大多在以缺血性心肌病为主的混合HF队列中进行，随访时间有限，且与超声心动图指标等关键临床变量的整合程度最低，从而限制了其在NICM风险预测中的适用性。
鉴于既往研究中的这些空白，研究人员建立了一个包含长期随访的DCM和LVNC患者纵向队列，并进行了非靶向液相色谱-质谱联用（LC-MS）分析。
**研究方法概述**
本研究为一项回顾性研究，在北京协和医院（PUMCH）招募了32名确诊为LVNC或DCM的成年患者。所有患者基线时经胸超声心动图（TTE）确认左心室射血分数（LVEF）<50%，并通过冠状动脉计算机断层扫描血管造影（CTA）确认为非缺血性病因。主要终点是心血管死亡、心力衰竭相关住院或临床指征心血管设备植入的复合终点。基线空腹血清样本在-80°C保存，使用超高效液相色谱（UPLC）系统与高分辨率Orbitrap Exploris 480质谱仪联用进行非靶向代谢组学分析。数据预处理后，使用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析鉴定差异代谢物。预后代谢物通过单变量Cox比例风险回归、Kaplan-Meier生存分析、相关性过滤和受试者工作特征（ROC）分析进行筛选。通过自助法重采样、校准和时间依赖性ROC分析评估了结合临床和代谢标志物的整合Cox预后预测模型。
**研究结果**
**3.1 研究参与者的基线特征**
共纳入32名诊断为LVNC或DCM且LVEF<50%的患者。中位随访时间为45.5个月。随访期间，16名患者（50.0%）经历了复合不良心血管终点事件，被归类为事件组。基线时，事件组的三尖瓣环平面收缩期位移（TAPSE）显著低于非事件组，提示发生不良结局的患者右心室收缩功能受损。
**3.2 代谢组学分析和差异分析**
非靶向血清代谢组学分析显示，事件组和非事件组之间存在明显的代谢表型分离。共鉴定出299种差异代谢物。KEGG通路富集分析表明，这些代谢物主要富集于胆汁分泌、类固醇激素生物合成和神经活性配体-受体相互作用通路。这些发现表明，神经体液和内分泌相关代谢通路的失调与NICM患者的不良心血管结局相关。
**3.3 预后代谢物生物标志物的鉴定**
通过对显著富集通路中的差异代谢物进行单变量Cox回归和Kaplan-Meier生存分析，筛选出四种与不良心血管结局一致相关的代谢物：鞘氨醇-1-磷酸（S1P）、四氢可的松（THE）、尿酸和脱氧皮质酮。多变量Cox比例风险模型分析显示，S1P和THE在相互调整后仍保持一致的风险方向性和相对较大的效应量，而尿酸和脱氧皮质酮的预后贡献减弱。相关性分析进一步显示，S1P和THE之间的相关性较弱，提示它们可能捕获部分不同且互补的预后信号。因此，S1P和THE被选为最终的预后代谢物生物标志物。其个体判别效用得到ROC曲线分析的支持，S1P和THE的AUC分别为0.777和0.793。
**3.4 整合模型开发中候选临床变量的选择**
通过对14项基线临床指标进行单变量Cox回归分析（阈值P<0.1），筛选出总蛋白（TP）和TAPSE作为候选变量。TP与较低的不良心血管结局风险显著相关。TAPSE则显示出与不良结局呈负相关的趋势。相关性分析显示，S1P与TAPSE呈显著负相关，THE与TP呈显著负相关。
**3.5 临床、代谢及整合模型的预后性能**
整合了TAPSE、TP、S1P和THE的预后模型通过多变量Cox回归构建。内部验证显示其自助法校正的一致性指数（C-index）为0.772。时间依赖性ROC分析显示，该模型在3年和5年的AUC值分别为0.92和0.86，表明其具有良好的短期和中期随访预测效用。
**讨论与结论**
本研究通过对DCM或LVNC且LVEF降低的患者基线样本进行非靶向血清代谢组学分析，识别出与不良结局相关的独特代谢特征。S1P和THE被选为具有预后信息的循环生物标志物。整合了这两种代谢物与TAPSE和TP的Cox预后模型显示出良好的判别、校准和时间依赖性预测性能。这些发现表明，循环代谢组学分析可能为NICM提供超越传统临床和超声心动图指标的补充预后信息。
S1P是一种参与血管稳态、免疫调节、炎症、内皮功能和心脏重塑的生物活性鞘脂。在本研究中，血清S1P升高与不良心血管结局相关，且与TAPSE呈负相关，提示鞘脂相关信号传导可能与NICM中的右心室收缩功能障碍存在潜在联系。这些发现支持了S1P升高可能反映NICM中不良重塑、炎症激活或血流动力学应激的假说。
THE作为皮质醇代谢的下游产物，可能反映神经内分泌-慢性应激轴的激活。在NICM患者中，持续的血流动力学应激和心力衰竭进展可能激活下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴，导致皮质醇分泌增加和下游皮质醇代谢改变。THE与TP呈负相关，提示THE升高也可能与全身分解代谢应激和代谢储备耗竭有关。这些发现支持了THE捕获了与NICM不良心血管结局相关的神经内分泌-分解代谢应激信号的假说。
整合预后模型结合了TAPSE（反映心脏机械功能）、TP（指示营养和合成储备）、S1P（可能捕获重塑或炎症相关代谢应激）和THE（可能反映神经内分泌和分解代谢应激），提供了互补信息。尽管本研究存在样本量相对较小、事件数有限、缺乏外部验证等局限性，但研究结果支持了结合循环代谢组学生物标志物与传统临床指标用于NICM风险分层的潜在价值。
**结论：** 在本研究中，非靶向血清代谢组学分析识别出与LVEF降低的NICM患者不良心血管结局相关的代谢改变。S1P和THE被选为具有预后信息的循环生物标志物，可能反映不良重塑和神经内分泌应激。将它们与TAPSE和TP整合，为风险分层提供了补充价值。这些发现支持了结合血清代谢组学生物标志物与传统临床指标用于NICM个体化预后评估的潜在效用，从而为后续的验证和机制研究提供了依据。
