循环GTP环化水解酶1浓度与急性缺血性卒中之间的关联：一项在中国人群中开展的探索性病例-对照研究

《Frontiers in Neurology》：Association between circulating GTP cyclohydrolase 1 concentrations and acute ischemic stroke: an exploratory case–control study in a Chinese population

　　

摘要
背景与目的：缺血性卒中（IS）是全球致残和死亡的主要原因，以脑组织缺氧和组织坏死为特征。GTP环化水解酶1（GCH1）调节内皮功能和氧化应激；然而，循环GCH1浓度在急性缺血性卒中（AIS）中是否发生变化尚不清楚。本探索性病例-对照研究旨在调查AIS患者血浆GCH1水平及其与临床特征的关联。
方法：研究人员于2024年1月至2025年5月在右江民族医学院附属医院招募了71例AIS患者和92名接受常规健康体检的对照者。收集了临床和生化数据，包括血脂谱、C反应蛋白、同型半胱氨酸以及美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分（仅针对AIS患者）。采用酶联免疫吸附试验（ELISA）测量血浆GCH1水平。进行统计学分析以评估组间差异，并检验血浆GCH1水平与临床特征之间的关联。采用受试者工作特征（ROC）曲线分析评估循环GCH1的判别性能。
结果：AIS患者血浆GCH1浓度显著低于对照组（6.51±3.59 ng/mL vs. 14.32±3.29 ng/mL，p<0.001）。二元逻辑回归分析显示，较低的血浆GCH1水平与AIS独立相关（OR=0.496，95% CI：0.385–0.644，p<0.001），而多元线性回归分析表明，AIS与较低的血浆GCH1水平独立相关（B=?7.687，95% CI：?9.011至?6.362，p<0.001）。血浆GCH1在两组间显示出强大的判别能力（AUC=0.924，95% CI：0.871–0.978），但与NIHSS评分无关联（Spearman's rho=?0.034，p=0.778）。
结论：AIS患者血浆GCH1浓度低于健康体检对照者，并在本数据集中显示出较高的表观判别能力。由于GCH1是在卒中发作后测量的，且样本导出阈值来源于同一病例-对照样本，这些发现不能确立时间顺序、因果关系或临床诊断效用。需要开展包括临床相关疾病对照和独立外部验证的前瞻性多中心研究。

**论文解读：循环GCH1浓度与急性缺血性卒中关联的探索性病例-对照研究**

**研究背景**
缺血性卒中（ischemic stroke, IS）是全球致残和死亡的主要原因之一，其病理生理过程复杂，涉及脑组织低灌注、缺氧、氧化应激增强、内皮功能障碍及炎症反应激活，最终导致神经元死亡和神经功能缺损。尽管溶栓和取栓等治疗技术已取得显著进展，但急性缺血性卒中（acute ischemic stroke, AIS）起病急骤，且缺乏早期诊断的特异性生物标志物，常导致部分患者治疗延迟和预后不佳。因此，寻找能够反映AIS病理生理过程的生物标志物，可能有助于补充疾病严重程度、血管损伤及氧化应激状态的信息，并为潜在治疗靶点提供线索。
GTP环化水解酶1（GTP cyclohydrolase 1, GCH1）是体内四氢生物蝶呤（tetrahydrobiopterin, BH4）生物合成的限速酶。BH4作为一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）的关键辅因子，通过维持NOS的活性构象调节血管内皮功能，并清除活性氧（reactive oxygen species, ROS）以抑制氧化应激，从而在血管稳态维持中发挥核心作用。实验证据表明，GCH1调节BH4合成、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）偶联、一氧化氮生物利用度及氧化应激反应；GCH1缺乏与内皮功能障碍和动脉粥样硬化进展相关。然而，循环GCH1浓度在AIS患者中是否改变，以及这种改变是否与临床特征、炎症状态或神经功能缺损相关，尚不清楚。因此，本研究旨在探索这些潜在关联，而非建立GCH1在AIS发病中的因果作用。该论文发表在《Frontiers in Neurology》。

**研究方法与关键技术**
本研究采用病例-对照设计，样本来源为右江民族医学院附属医院（2024年1月至2025年5月），共纳入71例AIS患者（发病72小时内）和92名健康体检对照者。关键技术方法包括：1）血浆GCH1浓度检测：采用商品化人GCH1酶联免疫吸附试验（ELISA）试剂盒，所有样本在同一次实验中盲法检测，稀释后测量，标准曲线采用四参数逻辑回归拟合，质量控制严格。2）临床与生化指标收集：采集血脂谱、C反应蛋白、同型半胱氨酸及美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分（仅AIS患者）等数据。3）统计分析：使用独立样本t检验、Mann-Whitney U检验、卡方检验比较组间差异；Spearman相关分析评估GCH1与各变量的关联，并采用Benjamini-Hochberg错误发现率（FDR）校正；二元逻辑回归和多元线性回归分别识别与AIS及GCH1水平独立相关的因素；受试者工作特征（ROC）曲线评估GCH1的判别性能，并采用分层Bootstrap重抽样进行内部验证。

**研究结果**
**3.1 研究参与者基线特征**
通过比较AIS组与对照组的基线资料发现，AIS组年龄更大（62.06±10.59岁 vs. 54.29±8.26岁，p<0.001），男性比例更高（67.6% vs. 50.0%，p=0.024），高血压、吸烟史比例显著升高，总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、载脂蛋白A1（APOA1）、载脂蛋白B（APOB）水平较低，而C反应蛋白（CRP）和脂蛋白(a)[Lp(a)]水平较高。关键发现：AIS组血浆GCH1浓度显著低于对照组（6.51±3.59 ng/mL vs. 14.32±3.29 ng/mL，p<0.001），降低约55%。

**3.2 AIS的影响因素分析**
通过二元逻辑回归模型（纳入性别、高血压、糖尿病、吸烟、年龄、HDL-C、LDL-C、Lp(a)、CRP和GCH1），结果显示：Lp(a)（OR=1.020，95% CI：1.006–1.034，p=0.005）和高血压（OR=19.893，95% CI：2.749–143.961，p=0.003）与AIS较高风险独立相关；而HDL-C（OR=0.055，95% CI：0.004–0.868，p=0.039）和GCH1（OR=0.496，95% CI：0.385–0.644，p<0.001）与AIS呈独立负相关。模型拟合良好（McFadden伪R²=0.748，AUC=0.978）。

**3.3 血浆GCH1与临床及实验室指标的关联**
在AIS亚组内，经FDR校正后，血浆GCH1与任何分类或连续变量（包括年龄、吸烟、高血压、血脂、CRP、NIHSS评分等）均无显著关联。在对照组中，吸烟状态与较低GCH1水平显著相关（Hodges-Lehmann差异=?2.991，FDR q=0.026）。在合并总体人群中，GCH1与吸烟、高血压、年龄、TC、HDL-C、LDL-C、APOA1、APOB和Lp(a)显著相关（FDR校正后q<0.05），但多数关联可能由组间差异驱动。多元线性回归分析（以GCH1为因变量，纳入AIS、性别、年龄、吸烟、高血压、HDL-C、LDL-C）显示，AIS是血浆GCH1水平的独立决定因素（B=?7.687，95% CI：?9.011至?6.362，p<0.001），而其他变量均无独立关联。

**3.4 GCH1与神经功能缺损严重程度的关联**
根据入院NIHSS评分将AIS患者分为轻度（0–3分，n=32）、中度（4–10分，n=30）和重度（>10分，n=9）三组，各组血浆GCH1中位数分别为5.49、4.95和5.50 ng/mL。Kruskal-Wallis检验显示三组间无显著差异（H(2)=1.855，p=0.396），且Spearman相关分析亦未发现GCH1与NIHSS评分呈显著相关（rho=?0.034，p=0.778）。

**3.5 血浆GCH1区分AIS患者与对照者的表观判别性能**
ROC曲线分析显示，血浆GCH1区分AIS患者与对照者的AUC为0.924（95% CI：0.871–0.978，p<0.001）。根据Youden指数确定的样本导出阈值为≤7.544 ng/mL，在此阈值下，敏感度为85.9%，特异度为100.0%，准确率为93.9%。Bootstrap内部验证（2000次迭代）显示平均AUC为0.924，平均敏感度、特异度和准确率分别为0.850、0.979和0.923，阈值95%百分位区间为7.381–9.604 ng/mL。

**讨论与结论**
本研究观察到AIS患者血浆GCH1浓度较健康对照者显著降低（>50%），且降低的GCH1与AIS独立相关，不受年龄和血脂相关变量影响。循环GCH1在两组间显示出高判别能力（AUC=0.924），但与NIHSS评分无显著关联，提示GCH1可能反映AIS相关的病理生理状态而非神经功能缺损严重程度。讨论部分指出，GCH1降低可能与GCH1/BH4通路活性受损所致内皮功能障碍和氧化应激增强有关，也可能涉及铁死亡（ferroptosis）抑制机制，但本研究未直接测量BH4浓度、eNOS偶联或氧化应激标志物，因此上述关联仍为生物学推测。局限性包括：横断面病例-对照设计无法确定时间顺序或因果关系；单中心、中等样本量；对照为健康体检者而非疾病对照，可能夸大判别性能；GCH1仅测量一次，未评估动态变化；未进行外部验证。因此，这些发现是假设生成性的，不能确立GCH1的临床诊断、预后或风险分层效用。
**研究结论**：在本病例-对照研究中，AIS患者血浆GCH1浓度显著低于健康体检对照者，且降低的GCH1在调整相关协变量后仍与AIS独立相关。组分层分析中GCH1与人口学、血管及脂质相关因素的大多数关联减弱，提示总体人群中观察到的关系部分由AIS患者与对照者之间的差异驱动。血浆GCH1在两组间显示出强判别能力，但与NIHSS评分无关联，表明它可能反映AIS相关的病理生理状态而非神经功能缺损严重程度。这些发现支持GCH1失调可能是AIS的潜在特征，并值得进一步研究GCH1/BH4通路在缺血性脑血管损伤中的作用。尽管如此，横断面、单中心设计及缺乏外部验证限制了因果推断和即时临床应用。需要开展包含纵向采样、临床相关疾病对照、机制测量和独立验证的前瞻性多中心研究，以确立循环GCH1的生物学意义和辅助诊断价值。