代謝組學在新生兒窒息研究中的應用

譚秀蘭

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代謝組學在新生兒窒息研究中的應用

譚秀蘭①

【摘要】新生兒窒息是導致新生兒死亡的主要原因之一，缺氧導致機體病理生理過程變化，最終引起代謝產物發生相應的改變。代謝組學在新陳代謝的動態進程中，可以系統研究代謝產物的變化規律，揭示機體生命活動代謝本質。本文將代謝組學在新生兒窒息的應用現狀進行綜述?？偨Y新生兒窒息相關的生物標志物，期望對新生兒窒息臨床診斷、療效及預后等方面具有重要的指導作用。

【關鍵詞】代謝組學； 生物標志物； 新生兒窒息

①廈門大學附屬第一醫院 福建 廈門 361000

First-author’s address：The First Affiliated Hospital of Xiamen University，Xiamen 361000，China

新生兒窒息，又稱圍產窒息（perinatal asphyxia，PA），是新生兒發病和死亡的主要原因，根據WHO統計結果，每年有400～900萬的新生兒出現PA[1]。窒息可造成多器官功能障礙，如中樞神經系統、腎臟、心血管系統、肺等，進而導致循環代謝組的變化[2]。

代謝組學是研究生物體系受到內在和外在因素刺激產生內源性代謝變化的一門科學。它主要關注小分子代謝物（MW＜1000），包括糖、脂質、氨基酸、維生素等。代謝組學檢測的生物樣品，包括生物體的各種體液和組織[3]。代謝組學已成為整體研究生命體系功能變化的有力的分析手段，現就其在新生兒窒息方面的研究作一綜述。

1　PA

1.1現狀 PA，是指由于產前、產中或產后的各種病因，使胎兒缺氧而發生的宮內窘迫或娩出過程發生的呼吸和循環障礙，致使胎兒出生后1 min內無自主呼吸或未能建立規律呼吸。其主要病理表現為低氧血癥、高碳酸血癥以及酸中毒[4]。

PA在新生兒的發病率和致死率居首位，每年約有290萬新生兒由于不同原因死亡，而死于窒息的新生兒有100萬[5-6]。PA會導致多種器官的障礙，包括心血管、腎臟和肺部等，其中腦損傷后果最為嚴重，每年1000名新生兒中有1～2名會受到缺血缺氧腦病（hypoxic ischemic encephalopathy，HIE）的影響[7]。

1.2代謝標記物 PA導致循環代謝組很大的改變，鑒別這些改變的代謝物，或生物標記，可以提供關于損傷嚴重程度的敏感和特異的信息。一些潛在的標記物，如神經特異性稀醇酶和S100已經被發現并且正在進行進一步研究[8-9]。暴露于嚴重缺氧/長期缺氧后，窒息新生兒游離和總肉毒堿水平較低，而長鏈?；鈮A較高[10]。作為無氧呼吸的副產物，乳酸被視為新生兒缺氧的早期標志物[11]。缺氧時左旋肉堿缺乏導致細胞損傷的風險增加，而補充左旋肉堿可降低神經功能損傷[12-13]。左旋肉堿已經在兒科臨床廣泛使用，可能是一個圍產期窒息有吸引力的治療用藥[14]。

1.3檢測方法 美國兒科學會和美國婦產科醫師學會關于PA診斷標準：新生兒動脈臍帶血pH＜7；胎兒出生5 min后Apgar評分在0～3分；胎兒出生表現出神經系統和多器官疾病[15]。

Apgar評分仍是目前PA最常用的評估手段，但Apgar評分存在不準確和主觀評分偏高的情況，且不能判斷復蘇后患兒是否存在臟器損傷、臟器損傷情況、性質和嚴重程度等[16]。

因此，開發一種新方法去探尋新生兒窒息發生發展各個階段機體內環境的變化、闡明其復雜機制，對早期預防、診斷和預后判斷都有重要意義[17]。

2　代謝組學

2.1特征 代謝組學是在基因組學和蛋白質組學之后興起的一門學科，屬于系統生物學的重要組成部分，其概念來源于代謝組，是指針對某一生物或細胞在一定生理時期內所有低分子量代謝產物同時進行的定性和定量分析的一門學科[18]。

代謝組學通常有兩種研究方法，一是代謝物指紋分析，主要采用液相色譜聯合質譜的方法，比較不同血樣間代謝產物；另一種是代謝輪廓分析，先假定一個特定的代謝途徑，針對該途徑進行深入研究。

代謝物代表了基因表達和細胞活性的終點，代謝組學對于理解生物體及其變化發揮了重要的作用，如基因的影響、環境、生活方式以及細胞和組織器官的藥物干預等[19]。

2.2在新生兒中的應用 目前，代謝組學在新生兒科的運用還處于初始階段，針對新生兒整體代謝狀況的研究很少。Fanos等[20]報道了新生兒代謝組學一些應用，包括：胎兒宮內生長受限、圍生期窒息、腦損傷、亞低溫、母乳的評價、出生后的成熟、支氣管炎、膿毒癥、動脈導管未閉、呼吸窘迫綜合征、代謝性疾病、抗生素治療等。

新生兒尿液代謝組學，簡單/非侵入性的收集技術使尿液作為一個特別合適的生物樣本來研究新生兒醫學的代謝組學[21]。

臍帶血代謝組學，包括低出生體重、極低出生體重兒、胎兒生長受限、小于胎齡妊娠、新生兒窒息、缺氧缺血性腦病等方面的研究[22-23]。

3　代謝組學與PA

動物PA模型已成功用于研究窒息對代謝物水平的影響[24]。Beckstroma等[25]應用質譜法研究非人靈長類動物PA模型，結果顯示窒息前后50種代謝產物發生變化，15種在窒息后水平顯著上升。其中，乳酸和肌酐為窒息的標志物，并發現新的代謝產物——琥珀酸、蘋果酸和花生四烯酸。Skappak 等[26]采用代謝組學測定新生仔豬缺氧模型，明確了乳酸、丙酮酸、乙酰甘氨酸、丙氨酸等代謝產物的表達情況。Atzori等[27]通過代謝組學方法描述低氧-復氧后新生小豬的代謝狀況，收集并測定不同吸入氧濃度復蘇新生豬的尿樣，結果顯示，存活動物與死亡動物在低氧誘導之前的尿樣代謝圖譜存在差異，模型小豬尿樣代謝組學基礎值與復蘇后相比，其代謝變化存在差異。Solberg等[28]對新生小豬進行不同時間的窒息缺氧處理后使用氧氣復蘇，結果發現丙氨酸、甘氨酸和支鏈氨基酸的比例與缺氧持續時間呈正相關，100％氧氣延遲了細胞的代謝恢復，而21％氧氣復蘇可以表現出更早的線粒體功能的恢復。Fanos等[29]的研究結果也提示21％氧氣復蘇效果較好。

Longini等[30]應用代謝組學1H-NMR方法分析了6例PA新生兒的尿樣，發現部分代謝產物水平增加，包括乳酸、蘇氨酸和葡萄糖等，而醋酸、甲酸和尿素等代謝產物水平減少。Walsh等[31]用代謝組學LC-MS/MS方法分析了31例HIE新生兒和40例PA新生兒臍帶血代謝產物的表達情況，發現HIE組和缺氧組不僅能量供給途徑受到破壞，而且氮和脂質代謝也受到影響。Reinke等[32]用1H-NMR代謝組學方法對HIE新生兒的臍帶血進行了分析，得到4種與HIE程度相關的代謝產物：3-羥基丁酸酯、甘油、O-磷酸膽堿和琥珀酸。Liu等[33-34]運用基于1H-NMR技術研究亞低溫治療HIE鼠模型，發現亞低溫治療可明顯減少缺氧后的組織學損傷，而其對神經的保護作用則是通過抑制細胞乙酰輔酶A介導的乙?；饔脕韺崿F的。

4　小結

PA是新生兒死亡和腦損傷的主要原因，窒息的臨床反應是多樣的，用目前的診斷方法很難預測和判斷，需要可靠的生物標志物幫助預判窒息的時間和嚴重程度以及對治療的反應。

代謝組學可以監測新生兒出生后代謝物水平的情況，但代謝物變化個體差異較大，易受到多種因素的影響，如環境、胎齡等。因此單獨應用代謝組學無法準確評價，需要結合蛋白質組學、基因組學等多學科數據。另外，代謝組學的研究方法如1H-NMR僅能檢測到微摩爾水平，而LC/MS和CG/ MS可以檢測到皮摩爾水平[18]，因此需要結合多種方法才能準確評價個體代謝物的表達情況，以提供更多關于在圍產期窒息及新生兒的發育過程及其代謝的背景信息。

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Application of Metabolomics in Neonatal Asphyxia Research

/TAN Xiu-lan.//Medical Innovation of China，2016，13（02）：142-145

【Abstract】Neonatal asphyxia is one of main causes of neonatal death，lack of oxygen influences the process of pathophysiology，leading to the corresponding changes in the metabolic product.In the dynamic process of metabolism，metabolomics systematically studies the rule of metabolites and reveals the nature of life activity metabolism.In this paper，the application of metabolomics in neonatal asphyxia are reviewed.Biological markers associated with neonatal asphyxia are concluded.Our aim is to offer instructions for diagnosis，curative effect and prognosis in neonatal asphyxia.

【Key words】Metabolomics； Biomarkers； Neonatal asphyxia

收稿日期：（2015-07-15） （本文編輯：歐麗）

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.02.040

通信作者：譚秀蘭