《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Type 2 diabetes mellitus is associated with distinct post-treatment metabolic profiles in pulmonary tuberculosis
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摘要
背景：2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）是肺结核（pulmonary tuberculosis, PTB）的主要危险因素，可加重疾病严重程度并降低抗结核治疗的疗效。既往研究表明，T2DM与PTB患者中加剧的代谢紊
摘要
背景：2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）是肺结核（pulmonary tuberculosis, PTB）的主要危险因素，可加重疾病严重程度并降低抗结核治疗的疗效。既往研究表明，T2DM与PTB患者中加剧的代谢紊乱相关。然而，合并T2DM的PTB患者（PTB-DM）与单纯PTB患者在抗结核治疗后之间的代谢差异仍不清楚。
方法：本研究对中国天津海河医院2024年4月至2025年11月收集的血浆样本进行了非靶向代谢组学分析。共纳入75名参与者，包括健康对照、新诊断的药物敏感性PTB患者、PTB-DM患者，以及两个独立治疗后组（接受标准抗结核治疗6个月后采样）：PTB患者和PTB-DM患者。
结果：PTB患者表现出显著的代谢紊乱，尤其在酪氨酸代谢和类固醇激素生物合成方面。PTB-DM患者表现出更广泛的代谢重编程，包括精氨酸和脯氨酸代谢、类固醇激素生物合成、cAMP信号通路以及牛磺酸和亚牛磺酸代谢的变化。经过6个月标准治疗后，PTB_6M组表现出治疗相关的代谢差异，尤其是在胆汁酸代谢方面，提示部分代谢特征趋于正常化。相比之下，治疗后PTB-DM患者表现出持续的代谢异常，涉及鞘脂、嘌呤和生物素代谢。值得注意的是，12-HETE和12-HHTrE在活动性PTB中水平升高，治疗后降低，但在治疗后的PTB-DM中仍相对较高。
结论：本研究对PTB和PTB-DM的代谢改变提供了综合评估，提示合并T2DM与活动性PTB期间更广泛的代谢失调及治疗后持续的代谢异常相关。
论文解读：2型糖尿病合并肺结核的代谢组学特征及治疗后代谢谱差异
一、研究背景与意义
结核病（tuberculosis, TB）由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）引起，依然是全球重大公共卫生挑战。肺结核（pulmonary tuberculosis, PTB）是TB最常见的临床表现，全球每年新增病例约1087万，死亡约123万。近年来，2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）已成为PTB发病和不良预后的主要危险因素。T2DM患者发生活动性PTB的风险增加3倍以上，且合并T2DM的PTB患者（PTB-DM）表现出更高的细菌载量、痰菌阴转延迟以及更高的复发率和死亡率。既往代谢组学研究已揭示PTB-DM患者存在独特的代谢特征，如胆汁酸和花生四烯酸代谢紊乱，以及溶血磷脂酰胆碱（LPC）和磷脂酰胆碱（PC）水平显著降低。此外，PTB与T2DM之间的相互作用涉及免疫-炎症信号通路，如白细胞介素-17、PPAR和PI3K-AKT通路，提示PTB-DM病理生理学中存在复杂的免疫-代谢-内分泌失衡。这种关系可能是双向的：高血糖、胰岛素抵抗和慢性系统性炎症可损害巨噬细胞功能和宿主对Mtb的抗菌反应；反之，活动性PTB相关的系统性炎症和生理应激反应可能加剧血糖调节紊乱。
然而，关于PTB-DM患者抗结核治疗后的代谢组学改变，已有研究如Vrieling等人报道即使治疗后血浆胆碱水平仍持续偏低，提示代谢紊乱持续存在；Brake等人整合蛋白质组学和脂质组学分析发现，尽管2个月抗结核治疗部分降低了系统性炎症，但脂质代谢异常仍持续。但既往研究主要集中在活动性PTB和PTB-DM期间的代谢异常，而治疗后的代谢谱特征尚不明确。特别是，与单纯PTB患者相比，PTB-DM患者完成标准抗结核治疗后是否表现出独特且持续的系统性代谢异常，这一问题仍不清楚。
二、研究设计与技术方法
研究人员在天津海河医院（中国）于2024年4月至2025年11月期间招募参与者，共纳入75例，分为五组：健康对照组（Healthy组）、新诊断药物敏感性PTB患者（PTB组）、新诊断药物敏感性PTB-DM患者（PTB-DM组）、完成6个月标准抗结核治疗的药物敏感性PTB患者（PTB_6M组）以及完成6个月标准抗结核治疗的药物敏感性PTB-DM患者（PTB-DM_6M组）。需注意，新诊断组与6个月治疗组并非来自同一患者的配对样本，而是独立组别。所有PTB诊断依据WHO标准，药物敏感性试验确认对一线抗结核药物敏感。PTB-DM患者均在PTB诊断前已有T2DM病史并接受降糖治疗。排除标准包括耐药结核、HIV感染、非结核分枝杆菌病、其他活动性感染、恶性肿瘤、自身免疫病、严重肝肾功能障碍、妊娠或哺乳期，以及系统性糖皮质激素或免疫抑制剂治疗等。
代谢物提取和超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC–MS/MS）分析采用Novogene Co., Ltd.的标准非靶向代谢组学工作流程。血浆样本（100 μL）与400 μL 80%甲醇混合，离心后取上清稀释至53%甲醇浓度，注入Vanquish UHPLC系统耦联Orbitrap Q-Exactive HF-X质谱仪。色谱分离使用Hypersil Gold C18柱，正负离子模式采集m/z 100–1500数据。质量控制采用合并血浆样本作为QC，监测仪器稳定性和分析可靠性，剔除变异系数（CV）超过30%的代谢物。代谢物鉴定基于保留时间和m/z，使用NovoMetDB库进行MS/MS谱匹配，并通过KEGG、HMDB和LIPID MAPS数据库注释。差异代谢物筛选标准为VIP > 1.0、p < 0.05、FC > 1.5，并使用Benjamini–Hochberg FDR校正。通路富集分析采用KEGG数据库。
三、研究结果
3.1 参与者人口学特征
共75例血浆样本进行非靶向代谢组学分析。PTB组平均年龄48.6±20.7岁（男性62.5%），PTB_6M组49.1±21.0岁（男性58.3%），PTB-DM组60.0±13.1岁（男性86.7%），PTB-DM_6M组61.3±11.0岁（男性66.7%），健康对照组41.6±6.9岁（男性30.0%）。各组间年龄和性别分布无统计学显著差异。
3.2 全局血浆代谢组模式
共鉴定出1976种代谢物。主成分分析（PCA）显示各组间呈现清晰分离趋势，表明疾病状态和治疗阶段具有不同代谢表型。与健康组相比，PTB组鉴定出181个差异表达代谢物（DEMs），其中117个上调、64个下调。与PTB组相比，PTB-DM组有364个DEMs（97上调、267下调）。PTB_6M组相对于PTB组有324个DEMs（108上调、216下调）。PTB-DM_6M组相对于PTB_6M组有342个DEMs（87上调、255下调）。
3.3 活动性PTB相关的代谢紊乱
与健康对照相比，PTB患者表现出显著代谢谱差异，主要涉及酪氨酸代谢和类固醇激素生物合成通路。酪氨酸代谢通路中，3,4-二羟基苯乙酸（DOPAC）和3,4-二羟基扁桃酸（3,4-DHM）水平显著降低，而5-羧基-2-氧代庚-3-烯二酸水平显著升高。类固醇激素生物合成通路中，脱氢表雄酮硫酸酯（DHEAS）显著下调，而雌酮3-葡萄糖醛酸苷上调。
3.4 合并T2DM的额外代谢扰动
PTB-DM与PTB比较共鉴定364个DEMs，主要富集于精氨酸和脯氨酸代谢、类固醇激素生物合成、cAMP信号通路以及牛磺酸和亚牛磺酸代谢。L-谷氨酸、肌酸、油酰乙醇胺（OEA）、血清素和牛磺酸水平在PTB-DM患者中显著降低。
3.5 PTB治疗相关代谢变化
比较PTB和PTB_6M组，最突出的治疗相关代谢差异涉及胆汁酸分泌和初级胆汁酸生物合成。代表性胆汁酸代谢物甘氨胆酸（GCA）、甘氨鹅脱氧胆酸（GCDCA）和牛磺鹅脱氧胆酸（TCDCA）在PTB_6M组中显著低于PTB组。
3.6 合并T2DM的持续性治疗后代谢异常
PTB-DM_6M组与PTB_6M组比较，PTB-DM_6M组表现出独特的代谢谱，涉及鞘脂、嘌呤、生物素和维生素B6代谢。鞘氨醇水平升高，而双降生物素、生物素砜和腺嘌呤水平降低。
3.7 共有和持续性代谢改变的综合分析
通过交集分析，PTB与Healthy组以及PTB-DM与PTB组之间共有125个DEMs，主要富集于酪氨酸代谢和类固醇激素生物合成。5-羧基-2-氧代庚-3-烯二酸和雌酮3-葡萄糖醛酸苷在PTB患者中升高，而在PTB-DM患者中降低。PTB与Healthy组以及PTB_6M与PTB组之间共享78个代谢物，主要与酪氨酸代谢通路相关，DOPAC和3,4-DHM在活动性PTB中降低，在PTB_6M组中升高。三组比较（PTB vs Healthy, PTB_6M vs PTB, PTB-DM_6M vs PTB_6M）识别出16个共有代谢物，富集于花生四烯酸代谢及相关通路，其中(±)12-羟基二十碳四烯酸（12-HETE）和12-羟基十七碳三烯酸（12-HHTrE）水平在PTB组升高，治疗后下降，但在PTB-DM_6M组中仍持续偏高。
四、讨论与结论
讨论部分指出，活动性PTB患者酪氨酸代谢中DOPAC和3,4-DHM下调可能反映儿茶酚胺相关代谢改变，DOPAC作为多巴胺代谢物可减轻线粒体氧化损伤，3,4-DHM是去甲肾上腺素代谢物。DHEAS降低和雌酮3-葡萄糖醛酸苷升高可能涉及“高皮质醇-低DHEAS”激素模式与T细胞功能障碍和慢性炎症相关。治疗后胆汁酸水平降低可能反映炎症高代谢状态的转变。PTB-DM患者中L-谷氨酸、肌酸、OEA、血清素和牛磺酸降低分别与谷胱甘肽代谢、肌酸-磷酸肌酸穿梭、NLRP3炎症小体活化、神经活性代谢物和抗氧化代谢改变相关。PTB-DM_6M组鞘氨醇升高提示膜相关信号缺陷和慢性炎症，生物素代谢物降低提示辅酶依赖性羧化作用减弱和脂肪酸氧化受损，腺嘌呤降低提示核苷酸周转受限。持续的代谢异常可能提示微生物学治愈并不等同于宿主代谢稳态完全恢复，可能与治疗后残留炎症或组织修复受损相关，并可能参与结核后肺疾病（PTLD）的发生。
本研究存在局限性：样本量中等且来自单中心，年龄和性别虽无统计学差异但可能存在残余混杂，未评估吸烟史、血糖控制、用药、饮食、营养、激素状态等因素。基线组和6个月治疗组为独立组而非配对纵向样本，限制了代谢轨迹的随访分析。部分关联在FDR校正后不再显著，结果应视为探索性。
结论：本研究提示PTB在活动期和治疗后阶段均存在独特的代谢改变，而合并糖尿病与更广泛的代谢失调及治疗后持续的代谢差异相关。这些改变可能与抗结核治疗后代谢稳态未完全重建有关，但免疫稳态未直接评估。未来需开展多中心、纵向研究，整合靶向代谢组学、免疫分析和临床结局评估来验证和扩展这些发现。本研究发表于《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》。
