小脑重复经颅磁刺激联合认知训练后阿尔茨海默病的血清代谢组学分析

《Frontiers in Neurology》：Serum metabolomic profiling following cerebellar repetitive transcranial magnetic stimulation combined with cognitive training on Alzheimer's disease

　　

背景：复杂代谢紊乱是阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的关键特征。尽管研究表明重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS）联合认知训练（cognitive training, CT）可缓解AD症状，但其涉及的具体病理生理过程仍知之甚少。研究人员旨在分析与双侧小脑rTMS联合CT治疗AD相关的代谢组学变化，以确定疾病进展和治疗结果的潜在生物标志物，并针对现有文献的系统评价验证这些发现。方法：研究人员招募了12名早期AD患者和12名健康对照（healthy controls, HC）。AD组接受为期2周的双侧小脑rTMS联合CT治疗。研究人员对AD患者（干预前后）和HC的血清样本进行了超高效液相色谱-串联质谱（ultra-high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry, UHPLC-MS/MS）分析。使用PubMed数据库对AD代谢组学文献进行了系统评价，从中鉴定差异代谢物，并使用通路富集分析进行分析。结果：共有510种代谢物在治疗响应中差异表达，其中202种与临床状况改善一致。富集了14条通路，包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，这些与AD的病理和治疗相关。代谢物如溶血磷脂酰胆碱（22:6）和柠檬酸在治疗后升高，并趋向健康对照水平，而γ-胍基丁酸、脯氨酸在治疗后降低。系统评价分析提示苯丙氨酸可能作为AD在轻度认知障碍阶段筛查的潜在生物标志物。结论：本研究的整合分析为AD治疗相关的代谢改变提供了初步见解，并确定了候选代谢物，以供进一步研究作为疾病状态和治疗反应的标志物。试验注册：ChiCTR2200061754。

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种以进行性认知功能衰退、行为异常和人格改变为核心的神经退行性疾病。近年来，代谢失衡被认为是AD发病的关键因素，AD患者的代谢谱与健康个体存在显著差异。代谢物作为细胞活动的下游产物，可反映脑组织及外周器官的生理状态。代谢组学研究揭示AD涉及氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、酮体及信号分子等多条代谢通路的紊乱。目前AD治疗以药物为主，但疗效有限且部分药物存在安全性争议，因此开发创新疗法十分必要。重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS）可通过影响动作电位起始和传导，非侵入性调节神经元兴奋性，已用于多种神经精神疾病。国际临床神经生理学联合会推荐将rTMS与认知训练（cognitive training, CT）联合以增强整体认知功能。既往研究证实该联合疗法可改善AD患者认知，但其代谢机制尚不明确。小脑在AD临床前期相对不受淀粉样蛋白沉积影响，且参与大尺度脑网络调节，成为近年神经调控的靶点。已有临床试验表明小脑rTMS可改善AD患者的整体认知、情景记忆、执行功能等。然而，小脑rTMS联合CT治疗AD的代谢组学机制尚未被系统研究。因此，本研究旨在从代谢组学角度探索联合疗法的潜在机制，并寻找疾病进展和治疗反应的生物标志物。

研究人员招募了12例早期AD患者和12例健康对照（healthy controls, HC），AD组接受2周的双侧小脑rTMS联合CT干预。采集AD患者治疗前后及HC的空腹血清，采用超高效液相色谱-串联质谱（ultra-high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry, UHPLC-MS/MS）进行代谢组学检测。使用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析等方法筛选差异代谢物，并通过KEGG通路富集分析。同时系统检索PubMed、Web of Science、Embase和Cochrane数据库，对AD和轻度认知障碍（mild cognitive impairment, MCI）代谢组学研究进行系统评价，整合差异代谢物和通路进行交叉验证。样本来源于南京医科大学附属南京脑科医院。

### 3.1 临床特征
采用卡方检验、独立样本t检验或Wilcoxon秩和检验比较基线资料，结果显示AD组与HC组在性别、年龄、教育程度方面无显著差异。AD组的MMSE、MoCA等认知评分显著低于HC，CDR评分显著高于HC，表明AD组存在明确的认知损害。

### 3.2 神经心理学评估
干预后比较AD患者治疗前后量表评分，采用配对t检验或Wilcoxon符号秩检验。结果显示MoCA（p=0.005）、HDS（p=0.022）、BNT（p=0.021）、Rey-M（p=0.028）评分显著提高，CDR评分显著降低（p=0.025）。其余量表如MMSE、ADAS-Cog等无显著变化。这表明联合治疗可改善AD患者的总体认知、语言、视空间和非言语记忆能力，并减轻痴呆严重程度。

### 3.3 血清代谢谱分析
对血清代谢组学数据进行质量控制，主成分分析显示QC样本紧密聚集，说明数据稳定。以VIP>1和p<0.05为阈值，共鉴定出510种差异代谢物。K-means聚类分析筛选出202种治疗后向健康对照水平部分恢复的代谢物，其中簇1代谢物（如LPC(22:6)、柠檬酸）治疗后升高，簇3代谢物（如γ-胍基丁酸、脯氨酸）治疗后降低。KEGG富集分析显示14条代谢通路显著富集，包括蛋白质消化吸收、氨基酸生物合成、D-氨基酸代谢、甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢等。

### 3.4 AD和MCI代谢组学研究的系统评价
通过系统评价共纳入122项符合标准的研究。在AD与HC比较中，缬氨酸、色氨酸、牛磺酸、LPC(18:1)等出现频率较高；在MCI与HC比较中，苯丙氨酸出现频率最高。通路富集分析发现AD与HC比较有21条显著通路，MCI与HC比较有13条，AD与MCI比较有11条。将系统评价得到的通路与本研究治疗相关通路交叉分析，发现4条共同通路：甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢；β-丙氨酸代谢；组氨酸代谢；缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成。进一步比较代谢物，确定了6种与疾病和治疗相关的候选标志物，包括LPC(22:6)、柠檬酸、γ-胍基丁酸、脯氨酸、衣康酸和3-甲基-2-氧代戊酸。

讨论部分：本研究是首个采用非靶向血清代谢组学评估rTMS联合CT对AD患者影响的系统研究。既往磁共振波谱研究仅关注局部脑代谢物如N-乙酰天冬氨酸，而本研究揭示了更广泛的系统性代谢变化。研究发现LPC(22:6)治疗后升高，其作为二十二碳六烯酸（DHA）的转运形式，可能促进突触修复和认知改善。柠檬酸升高可能激活三羧酸循环，改善线粒体功能。γ-胍基丁酸、脯氨酸等降低可能反映了抑制有害代谢过程。通路交叉分析显示甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢等与AD病理和治疗反应密切相关。系统评价提示苯丙氨酸可能作为MCI阶段AD筛查的生物标志物。本研究存在样本量小、缺乏假刺激对照等局限性，但为理解联合治疗机制提供了初步证据。

结论：本研究提示小脑靶向rTMS联合CT可能改善AD患者的多个认知领域。通过整合代谢组学检测与系统评价，研究提供了该联合干预潜在代谢机制的初步见解，并强调了几个可能与疾病状态或治疗反应相关的候选代谢物。LPC(22:6)和柠檬酸显示出与有利治疗相关代谢效应一致的变化，而γ-胍基丁酸和脯氨酸的变化可能与不利的疾病相关代谢过程有关。苯丙氨酸被确定为MCI阶段AD筛查的潜在候选生物标志物。本研究为小脑rTMS联合CT在AD中的应用提供了初步的临床和代谢组学证据，可能为未来精准治疗和早期干预提供支持。