利用人血浆非靶向代谢组学寻找预测细胞色素P450 2C19活性的新型生物标志物

《Metabolites》：Search for Novel Biomarkers to Predict Cytochrome P450 2C19 Activity Using Untargeted Metabolomics of Human Plasma

　　

背景/目的：细胞色素P450(CYP)2C19活性在个体间差异很大。在遗传因素方面，CYP2C19*2和CYP2C19*3等位基因降低CYP2C19活性，而CYP2C19*17等位基因增加CYP2C19活性。然而，环境和生理因素也可能影响个体CYP2C19活性。在本研究中，研究人员利用CYP2C19基因多态性数据结合非靶向代谢组学分析结果，寻找CYP2C19活性的新型内源性生物标志物。方法：研究对象包括京都J-MICC研究中的431名普通成人和255名就诊于大分大学医院的患者。血浆样品经固相萃取和液液萃取预处理，并使用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)进行非靶向代谢组学分析。根据CYP2C19基因多态性数据，参与者被分为广泛代谢者(EM)、中间代谢者(IM)和慢代谢者(PM)。在三组间丰度存在显著差异的化合物被视为预测CYP2C19活性的候选化合物。采用协变量校正的受试者工作特征(ROC)分析评估候选化合物对CYP2C19 PM状态的预测性能。结果：质荷比(m/z)为160.1342、303.2319(脂肪酰基或异戊烯醇脂质)、314.2309、449.3238、653.3021、792.5744、811.5988(甘油磷脂或鞘脂)和902.5404(脂肪酰基)的化合物标准化丰度在CYP2C19 EM、IM和PM三组间差异显著(p < 0.05)，这8种化合物被视为候选化合物。协变量校正的ROC分析显示，没有一种候选化合物能显著改善对CYP2C19 PM状态的区分。结论：非靶向代谢组学结合CYP2C19基因多态性数据得到8种与CYP2C19表型相关的化合物。需要进一步研究来评估这些化合物作为CYP2C19活性生物标志物的实用性。

论文解读：基于非靶向代谢组学的人血浆CYP2C19活性生物标志物研究

细胞色素P450(CYP)2C19参与奥美拉唑、氯吡格雷和阿布昔替尼等临床常用药物的代谢。CYP2C19存在基因多态性，其中CYP2C19*2和CYP2C19*3等位基因导致酶活性降低，CYP2C19*17等位基因导致酶活性升高。尽管基因分型可以预测遗传决定的酶活性，但无法涵盖环境因素如合并用药，以及生理因素如炎症、肝病和肾病的影响，因此基因型预测不一定能反映个体当前的代谢表型。临床上可采用奥美拉唑等探药评估CYP2C19活性，但探药给药可能引起过敏反应；内源性生物标志物可避免该问题，但目前尚无特异性指示CYP2C19活性的内源性生物标志物。代谢组学能够综合反映遗传、环境、生理等因素引起的代谢变化，并已成功用于发现CYP2D6和CYP3A4的内源性生物标志物。该研究发表于《Metabolites》，旨在利用非靶向代谢组学结合CYP2C19基因多态性数据，从人血浆中寻找预测CYP2C19活性的新型内源性生物标志物。

研究人员利用京都J-MICC研究中的431名普通成人和大分大学医院255例患者的血浆样本及CYP2C19基因多态性数据，将参与者分为CYP2C19广泛代谢者(EM)、中间代谢者(IM)和慢代谢者(PM)，同时检测CYP2C9*3以评估候选化合物特异性。血浆样本经固相萃取(SPE)和液液萃取(LLE)预处理后，采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)进行非靶向代谢组学分析。数据处理使用Progenesis QI软件，通过方差分析(ANOVA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)筛选EM与PM间的差异化合物，再比较其在EM、IM、PM三组间的差异，并结合人类代谢组数据库(HMDB)和LipidBlast数据库进行注释；最后采用协变量校正的ROC分析评估候选化合物对CYP2C19 PM状态的预测性能，并用bootstrap进行内部验证。

3.1 参与者特征
研究共纳入686名参与者，其中CYP2C19 EM 233人、IM 315人、PM 138人。三组间参与者的基本特征和实验室数据无显著差异。CYP2C19*1、*2、*3、*17等位基因频率分别为0.55、0.32、0.11和0.017，未发现CYP2C19*17纯合子。

3.2 CYP2C19生物标志物候选化合物的筛选
在12个分析单元中，ANOVA和OPLS-DA分析显示OPLS-DA模型整体解释力和预测力较低，R²Y(cum)为0.01–0.07，Q²(cum)为0.00–0.05。共有71种化合物的变量重要性投影(VIP)>1.0；其中9种化合物在EM、IM、PM三组间的标准化丰度差异显著，被视为候选化合物。

3.3 候选化合物的鉴定
因m/z 384.0631被初步注释为兰索拉唑代谢物而被排除，最终得到8种候选化合物。其中3种属于代谢组学标准倡议(MSI)第3级(推定注释化合物类别)：m/z 811.5988为甘油磷脂或鞘脂，m/z 303.2319为脂肪酰基或异戊烯醇脂质，m/z 902.5404为脂肪酰基；其余5种化合物为MSI第4级未知化合物。

3.4 候选化合物标准化丰度比较
8种候选化合物的标准化丰度在CYP2C19 EM、IM、PM三组间均存在显著差异。m/z 160.1342、314.2309、449.3238和902.5404在EM或IM中显著高于PM，可能反映CYP2C19催化的代谢产物；m/z 653.3021、792.5744和811.5988在PM中显著高于EM或IM，可能反映CYP2C19底物。m/z 303.2319在EM中显著低于IM。在CYP2C9*3携带者与非携带者比较中，仅m/z 811.5988在CYP2C9*3携带者中显著升高，其余化合物在CYP2C9*3携带状态间无显著差异。

3.5 协变量校正ROC分析
以年龄、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、估计肾小球滤过率(eGFR)、C反应蛋白(CRP)和队列为协变量构建基础模型，并将各候选化合物加入模型。所有候选化合物模型的表观曲线下面积(AUC)均高于基础模型，但差异均无统计学意义。1000次bootstrap内部验证显示平均乐观度为0.035–0.042，乐观校正AUC基础模型为0.51，候选化合物模型为0.55–0.57；其中m/z 160.1342的表观AUC、ΔAUC和乐观校正AUC最高，但区分能力仍有限。

讨论与结论
该研究是首个应用非靶向代谢组学探索人血浆CYP2C19活性内源性生物