幽门螺杆菌感染性慢性胃炎活动期与稳定期的血液生物标志物：蛋白质组学与代谢组学联合临床指标分析

《iMetaMed》：Blood Biomarkers of Helicobacter pylori-Infected Chronic Gastritis in Active Versus Stable Phases: A Clinical Indicator Analysis Combined With Proteomic and Metabolomic Investigations

　　

幽门螺杆菌（Helicobacter pylori, H. pylori）感染性慢性胃炎作为一种常见的消化系统疾病，在其非活动期常表现出具有迷惑性的临床稳定性，导致患者易于复发或遭受继发性胃损伤。然而，长期以来缺乏能够准确区分活动期与稳定期的客观、灵敏的血液分子标志物，这不仅使临床诊断复杂化，也严重阻碍了精准治疗策略的实施。本研究基于1409例患者的临床指标进行无监督聚类分析，并随机选取60例患者及20例健康对照样本进行血清蛋白质组学和非靶向代谢组学分析，整合临床数据筛选生物标志物并评估诊断效能。研究人员构建了一个潜在的诊断模型（HGB–CAPZB–乙酸），并发现了幽门螺杆菌感染性慢性胃炎活动期与稳定期血液功能、能量代谢、细胞骨架重组和细胞迁移三种生物学机制。尽管这些发现需在更大规模且独立的队列中进一步验证，但本研究为基于血液的多组学生物标志物在区分幽门螺杆菌相关慢性胃炎疾病活动性方面的潜在应用提供了初步证据，并为未来的机制研究和转化研究提供了启示。

本研究旨在解决幽门螺杆菌相关性慢性胃炎缺乏客观血液分型标准的问题，通过临床样本识别区分疾病活动期与稳定期的可靠血液生物标志物，并利用血清蛋白质组学和代谢组学阐明其潜在机制，以期建立非侵入性动态监测工具用于精准分型，并挖掘潜在治疗靶点。该研究发表于《iMetaMed》。

研究团队自中国中医科学院广安门医院2018年1月2日至2023年3月16日期间收治的患者中，纳入1409例幽门螺杆菌感染性慢性胃炎患者，其中位年龄15至87岁，排除除上消化道疾病外的高血压、心脑血管等重大系统合并症。基于该队列，研究人员首先开展临床生化指标的无监督聚类分析，在预设的二分类框架下比较不同指标集的分离效果，筛选出最优特征组合；随后从聚类分型的活动期与稳定期患者中各随机选取30例，并招募20例健康对照，进行血清蛋白质组学分析；同期另选取60例患者进行非靶向血清代谢组学检测。蛋白质组学采用磁珠富集结合Orbitrap Fusion Lumos质谱平台进行液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，数据经limma包处理，以调整p<0.05且|倍数变化（Fold Change, FC）|>1.5为差异表达蛋白（Differentially Expressed Proteins, DEPs）筛选标准，继而进行基因本体论（Gene Ontology, GO）注释、京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）通路富集及蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）网络构建。代谢组学采用亲水性与亲脂性双相提取策略，联合四极杆-飞行时间质谱（QTOF-MS/MS）与三重四极杆-线性离子阱质谱（QTRAP-MS/MS）进行非靶向检测与多重反应监测（Multiple Reaction Monitoring, MRM）精确定量，以变量投影重要性（Variable Importance in Projection, VIP）>1且p<0.05为差异代谢物筛选标准。最终，研究整合临床指标、蛋白质组学与代谢组学数据，通过受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic, ROC）曲线分析构建并评估诊断模型的效能。

**临床生化指标无监督聚类分型**：研究基于69项临床生化参数，在预设的二聚类框架下进行K-means聚类分析。效应量森林图评估显示，血红蛋白（Hemoglobin, HGB，效应量=1.731）、尿酸（Uric Acid, UA，效应量=1.320）、肌酸激酶（Creatine Kinase, CK，效应量=0.568）、红细胞分布宽度-变异系数（Red Cell Distribution Width-Coefficient of Variation, RDW-CV，效应量=0.288）、胆碱酯酶（Cholinesterase, CHE，效应量=0.272）和γ-谷氨酰转移酶（Gamma-Glutamyl Transferase, GGT，效应量=0.265）六项指标效应量显著高于其余指标（p<0.001）。以该六项指标聚类可获得50.6%的累积解释方差，轮廓系数集中于0.25以上，提示良好的簇内同质性与簇间异质性。经内镜与组织病理学记录验证，该聚类方案成功将患者映射至活动期（Active Phase, AP）与稳定期（Stable Phase, SP）。组间比较显示，活动期HGB显著降低，UA、CK、RDW-CV、GGT升高，CHE降低（p<0.001），反映了活动期氧carry能力受损、嘌呤代谢增强、肌肉与肝脏代谢改变及细胞膜损伤等病理特征。

**蛋白质组学揭示活动期与稳定期的机制差异**：PLS-DA分析显示三组间存在显著分离趋势，共鉴定94种独特差异分子。GO分析表明，活动期与稳定期比较中免疫反应（如对白细胞介素-7/II型干扰素的细胞应答）相关通路富集，分子功能集中于蛋白质结合与细胞骨架结构；健康对照与活动期比较中细胞黏附、血小板活化（整合素介导的信号传导、细胞-基质黏附、血小板聚集）及生长因子结合等通路显著改变；健康对照与稳定期比较则突出细胞黏附、凝血及免疫应答。KEGG分析显示，活动期与稳定期比较中FcγR介导的吞噬作用、吞噬体、阿米巴病、致病性大肠杆菌/金黄色葡萄球菌感染等免疫/感染相关通路富集，造血细胞系通路为血液异常提供机制背景；稳定期与健康对照比较中细菌侵袭、吞噬体等通路富集，提示活跃的反病原体防御；健康对照与稳定期比较同样显示免疫、感染及信号转导通路富集，证实稳定期并非真正的静止状态，而是一种慢性免疫-活动期。PPI网络分析鉴定出CAPZB、ACTR2、ACTR3、CFL1、ENO3、TFRC等核心差异蛋白，其中CAPZB（肌动蛋白加帽蛋白Z亚基β）在稳定期上调，ACTR3（肌动蛋白相关蛋白2/3复合体亚基3）、CFL1（肌动蛋白解聚因子1）、ENO3（烯醇化酶3）在活动期上调，而TFRC（转铁蛋白受体）在活动期特异下调，与活动期贫血及RDW-CV升高形成机制关联。

**代谢组学揭示代谢重编程机制**：代谢物分类分析显示脂质及类脂分子占主导地位，包括甘油磷酸（19.8%）、氨基酸/代谢产物（12.15%）、甘油酯（9.76%）、脂肪酸（7.44%）和固醇酯（6.26%）。OPLS-DA模型显示组间基于代谢谱的清晰分离，活动期与稳定期比较中鉴定44种上调和80种下调代谢物。KEGG通路分析显示ABC转运蛋白、淀粉蔗糖代谢、碳水化合物消化吸收、氨基酸生物合成、半胱氨酸甲硫氨酸代谢、氧化磷酸化、碳代谢及磷酸戊糖途径等显著富集， deliberate 营养物质摄取障碍与碳水化合物、氨基酸及能量代谢的广泛重编程。VIP评分筛选出13种核心差异代谢物，包括2-异丙基苹果酸（亮氨酸合成中间产物，反映应激状态下蛋白质合成前体需求改变）、20-羧基白三烯B₄（固有免疫中诱导吞噬细胞再聚集、促进抗菌效应物释放）、磷酸肌酸钠（细胞内能量储备，反映组织能量稳态失衡）、乙酸（代谢枢纽与组蛋白乙酰化底物，指示整体能量代谢状态）、视黄醇（与黏膜屏障完整性及免疫调节相关）、丁烯酰-血小板活化因子（Platelet-Activating Factor, PAF，反映系统性贫血与炎症爆发）以及磷脂酰胆碱PC (22:6/18:0)、1-十八烷基溶血磷脂酸、PC (20:4(5Z,8Z,11Z,14Z)/24:0等细胞膜组分与信号分子（指示膜流动性改变及促迁移信号增强）。

**生物标志物筛选与诊断效能评估**：研究基于三大生物学机制构建分类模型。血液功能机制模型纳入HGB（AUC=0.8428）、RDW-CV（AUC=0.5683）、TFRC（AUC=0.6833）和丁烯酰-PAF（AUC=0.7722），联合诊断效能AUC达0.9200，反映活动期胃黏膜功能受损导致铁吸收障碍、红细胞生成异常及骨髓造血抑制。能量代谢机制模型纳入CK（AUC=0.7183）、ENO3（AUC=0.7533）、磷酸肌酸钠（AUC=0.8133）、戊二酸二乙酯（AUC=0.7300）和乙酸（AUC=0.9456），联合诊断效能AUC达0.9767，揭示活动期炎症缺氧驱动线粒体功能障碍、有氧氧化向无氧糖酵解转变及磷酸肌酸系统代偿性激活。细胞骨架重组与细胞迁移机制模型纳入ACTR2（AUC=0.7700）、ACTR3（AUC=0.6800）、CFL1（AUC=0.6789）、CAPZB（AUC=0.8456）、PC (22:6/18:0)（AUC=0.8411）、1-十八烷基溶血磷脂酸（AUC=0.0700）和PC (20:4(5Z,8Z,11Z,14Z)/24:0)（AUC=0.7389），联合诊断效能AUC达0.9967，描绘活动期胃黏膜损伤的细胞活动机制，包括肌动蛋白细胞骨架动态重塑、细胞伪足形成及膜脂信号传导增强。最终，研究筛选HGB（血液功能代表）、CAPZB（蛋白质组学-细胞骨架重组代表）和乙酸（代谢组学-能量代谢代表）组成联合诊断面板，该面板整合了临床指标、蛋白质标志物和代谢物三个维度，其联合诊断效能AUC达0.9978，展现出准确区分活动期与稳定期的强大能力。

**讨论**：本研究系统揭示了幽门螺杆菌感染性慢性胃炎活动期与稳定期之间的深刻分子差异，并成功构建了高精度诊断模型。需要强调的是，本研究的聚类分析并非旨在无限制地探索队列中的自然生物学亚型数量，而是在区分两种主要疾病活动相关状态的临床目标驱动下，于预设的二分类框架内比较不同标志物组合，以识别最优分离特征。因此，最终的六项指标方案应被理解为在该预设框架内提供最有效分离的特征集，而非声称队列自然且排他性地由两个生物学离散亚型组成。该策略具有局限性：K=2的设定源于临床动机而非完全无限制推断，且未进行更广泛的稳定性分析，故 resulting 分层应视为探索性，未来需更大队列及全面聚类验证策略评估其稳健性与普适性。

健康状态代表生化、蛋白质组与代谢谱的动态平衡基线，无炎症或代谢紊乱。相比之下，即使临床轻度的稳定期胃炎也反映了偏离稳态的亚临床慢性炎症状态，多组学数据显示持续的细菌感染与吞噬通路激活、糖氨基酸代谢改变，提示持续的低水平免疫监视与组织修复代偿平衡。而活动期则呈现系统性、多层面病理生理失调：临床上HGB降低与RDW-CV升高指示贫血及红细胞生成受损；蛋白质组学层面FcγR介导吞噬作用及肌动蛋白细胞骨架调节通路强烈激活，ACTR3、CFL1等蛋白上调驱动免疫细胞迁移浸润；代谢组学揭示"能量危机"图景，关键能量代谢物剧烈波动、糖酵解酶ENO3上调，反映炎症缺氧与线粒体功能障碍驱动的有氧氧化向无氧糖酵解转变。因此，健康、稳定期与活动期分别代表三种 distinct 状态：稳态、免疫耐受性代谢代偿与急性炎症代谢重编程。

活动期与稳定期的差异并非孤立存在，而是通过血液功能障碍、能量代谢重编程、细胞骨架重组/细胞迁移三种生物学机制相互关联，形成综合病理网络。血液功能障碍方面，TFRC下调损害铁利用，从机制上解释HGB合成不足；丁烯酰-PAF下调与微循环障碍及黏膜微出血相关。继发的贫血与氧carry能力下降触发能量代谢重编程：CK升高指示磷酸肌酸缓冲系统动员，ENO3上调反映糖酵解通路全面激活，三羧酸循环中间体紊乱表明线粒体氧化磷酸化受损，细胞转向更快速但低效的代谢方式。细胞骨架重组与细胞迁移机制则作为炎症反应与组织损伤修复的"执行者"：ACTR3、CFL1、CAPZB直接调控肌动蛋白细胞骨架重塑，驱动免疫细胞向感染部位迁移并促进吞噬；膜脂改变影响膜流动性及信号传导，共同促进细胞迁移与炎症反应。这三种机制形成恶性循环：幽门螺杆菌感染首先触发黏膜损伤出血（血液功能障碍），导致贫血缺氧（启动能量代谢重编程），改变的代谢为细胞骨架重组和免疫细胞迁移提供能量与信号，而这些细胞反应加剧局部炎症和组织损伤，最终加重贫血和代谢紊乱。

该诊断模型具有重要临床转化潜力，但需谨慎解读。模型在当前单中心、纳入排除标准严格的队列中开发和评估，减少了重大合并症对血液学和代谢指标的混杂影响，但由于在同一队列中衍生和评估，报告的诊断性能可能仍存在乐观偏倚。此外，研究缺乏系统性、盲法的组织病理学确认用于患者分层，应被视为非侵入性内镜活动监测的探索性框架。未来需在独立队列中验证其普适性。

**研究结论**：准确区分胃炎的活动期与稳定期是实现更精准疾病评估和管理的重要步骤。通过整合临床指标与多组学数据，本研究构建了一个由HGB、CAPZB和乙酸组成的初步诊断面板，在当前队列中显示出有前景的区分性能。此外，本研究的整合分析为幽门螺杆菌感染性慢性胃炎活动期与稳定期之间的潜在生物学差异提供了见解。特别地，结果表明血液功能、能量代谢以及细胞迁移相关细胞骨架重组的改变可能代表参与疾病活动的关键生物学过程。尽管这些发现需在更大规模和独立的队列中进一步验证，但它们为未来血液生物标志物研究及幽门螺杆菌相关慢性胃炎疾病活动机制理解提供了潜在框架。