整合代谢组学和蛋白质组学技术用于筛查严重创伤后静脉血栓栓塞症的早期诊断生物标志物：一项回顾性研究

《Injury》：Integrated Metabolomics and Proteomics to Screen Early Diagnostic Biomarkers of Venous thromboembolism following severe trauma: A Retrospective Study

本研究通过整合代谢组学与蛋白质组学分析，筛选出210种差异代谢物和11种差异蛋白质作为静脉血栓栓塞（VTE）早期诊断的生物标志物，并构建了包含LPC16:0和FA7的联合诊断面板，显著提升诊断效能（AUC=0.937）。该成果为重症创伤患者VTE的早期精准诊断提供了新策略，并深化了对VTE病理机制的理解。

　　

苟毅|李丹丹|李欣|袁欣|王一涵|杨建中|冯珂

新疆医科大学第一附属医院，乌鲁木齐，830011，中国

摘要

背景

静脉血栓栓塞症（VTE），包括深静脉血栓形成（DVT）和肺栓塞（PE），是严重创伤患者在30天内创伤相关死亡的主要原因之一。当前的诊断方法存在局限性，因此迫切需要识别VTE的早期诊断生物标志物。

目的

:通过整合代谢组学和蛋白质组学，筛查严重创伤后VTE的早期诊断生物标志物。

方法

:回顾性分析了72名严重创伤患者（22例VTE患者和49例无VTE患者）的现有血浆代谢组学和蛋白质组学数据。通过比较两组数据，识别出严重创伤患者中VTE的早期诊断生物标志物。

结果

:共鉴定出210个差异表达代谢物（DEMs）和11个差异表达蛋白（DEPs）。我们筛选出前10个DEMs和前11个DEPs作为严重创伤后VTE的早期诊断生物标志物，并分别使用前10个DEMs（AUC=0.952）和前11个DEPs（AUC=0.955）开发了两个诊断面板。通过整合代谢组学和蛋白质组学，我们开发了一个由LPC16:0和FA7组成的诊断面板，其诊断效能显著提高（AUC=0.937）。

结论

:本研究鉴定了严重创伤后VTE的潜在生物标志物，为早期精准诊断提供了新的策略，揭示了严重创伤后VTE的发病机制，并为开发早期诊断生物标志物面板建立了转化框架。

引言

静脉血栓栓塞症（VTE），包括深静脉血栓形成（DVT）和肺栓塞（PE），是严重创伤后30天内创伤相关死亡的主要原因之一^1,2。在严重创伤中，由于创伤引起的凝血功能障碍、内皮损伤和静脉淤滞，DVT和PE的风险显著增加³。DVT的发病率估计在14.7%到58%之间，具体取决于受伤部位和严重程度以及医疗环境⁴。早期创伤后PE的发病率范围很广，从0.35%到24.0%不等⁵, [6], [7]。大约10%的有症状急性PE患者在症状出现后1小时内死亡，总死亡率为15%到32.9%^3,8。早期诊断和治疗对于降低VTE患者的死亡率至关重要。临床医生主要通过监测D-二聚体和特征性临床表现（如受影响肢体的肿胀、疼痛、发热和发红）来诊断VTE，随后通过超声（US）和计算机断层扫描肺动脉造影（CTPA）进行确认。然而，严重创伤常常会导致D-二聚体水平显著升高，并且这种升高会持续较长时间。因此，基于D-二聚体的VTE筛查在严重创伤患者中可能导致诊断延迟、重复和不必要的超声/CTPA检查，以及医源性伤害的风险增加。此外，严重创伤常伴有下肢损伤，这可能会掩盖典型的DVT症状（如肢体肿胀、疼痛），从而阻碍VTE的早期诊断。尽管先前的研究已经调查了风险因素并开发了创伤后VTE的预测模型，为早期识别奠定了基础^2,9，但这些方法依赖于滞后指标，其机制关联不明确，诊断准确性有限。因此，识别严重创伤后VTE的早期诊断生物标志物对于改进预防和管理策略至关重要。代谢组学关注生物过程中下游代谢物的丰度动态，这反映了表型状态的变化。这种方法可以揭示早期病理机制，并识别出敏感和特异的生物标志物来评估疾病风险和预后¹⁰, [11], [12]。相反，蛋白质组学在蛋白质水平上研究基因表达；然而，它通常会发现大量差异表达蛋白（DEPs）和复杂的调控网络，由于固有的复杂性，这使得识别关键途径变得具有挑战性¹³。单组学研究只能对疾病进行相关性分析，主要反映疾病过程的变化，很少能阐明复杂生理过程背后的因果关系或调控机制¹⁴。相比之下，多组学研究能够全面探究遗传、转录、蛋白质组和代谢层面，从而实现跨层面的交叉验证，以解决单组学分析中的局限性并减少假阳性¹⁴。这种整合方法有助于构建系统级的调控网络，加深我们对分子层面调控机制和因果关系的理解。因此，整合蛋白质组学和代谢组学来开发一个准确的多标志物检测系统，用于早期诊断、风险评估和预后，代表了重要的进展¹⁵。张坤等人¹⁶通过整合血浆代谢组学和蛋白质组学，发现了创伤后VTE的新的早期诊断和干预靶点。然而，他们的研究排除了严重创伤患者这一VTE风险显著更高的关键群体。鉴于对严重创伤后VTE的了解有限，整合代谢组学和蛋白质组学来识别这种状况的早期诊断生物标志物是必要的。

因此，为了识别严重创伤患者中的VTE，我们整合了无针对性的代谢组学和蛋白质组学数据，系统地表征了有VTE和无VTE患者的血浆代谢和蛋白质谱型，并识别出严重创伤后VTE的早期诊断生物标志物。这些发现有望为严重创伤后VTE的早期识别和管理提供新的见解和科学依据。

研究设计与患者选择

本研究遵循1964年《赫尔辛基宣言》及其后续修订案中的伦理标准。研究方案获得了宁夏医科大学总医院医学伦理委员会的批准（KYLL-2025-1250）。由于本研究是回顾性的，并使用了现有的代谢组学和蛋白质组学数据，因此宁夏医科大学总医院医学伦理委员会免除了知情同意的要求。

纳入标准如下：1）受伤情况

基线数据

如表1所示，VTE组在ISS、心率以及侵袭性MV和DVC的比例方面显著高于N-VTE组，而VTE组的舒张压显著较低（P值<0.05）。两组在年龄、性别、GCS、基础疾病、受伤机制或受伤部位方面没有显著差异（P值>0.05）。

PLS-DA用于区分VTE组和N-VTE组

使用PLS-DA分析VTE组和N-VTE组时，基于丰度的3D PLS-DA评分图

讨论

利用无针对性的代谢组学和蛋白质组学，我们筛选出了前10个差异表达代谢物（DEMs）和11个差异表达蛋白（DEPs）作为严重创伤后VTE的潜在早期诊断生物标志物。结合使用这些生物标志物的诊断方法显示出更高的诊断效能，特别是当结合蛋白质和代谢物标志物时——这种方法不仅提高了诊断准确性，还大幅减少了模型构建所需的指标数量。最终，结合代谢物LPC16:0

结论

总之，这项队列研究确定了210个与严重创伤患者VTE显著相关的代谢物和11个蛋白质。值得注意的是，整合代谢组学和蛋白质组学数据显著减少了所需的建模指标数量，同时保持了较高的诊断性能。这些发现为严重创伤后VTE的发病机制提供了新的见解，并为开发早期诊断生物标志物面板提供了转化框架。

作者贡献声明

苟毅：撰写——原始草案。李丹丹：撰写——审阅与编辑，可视化。李欣：验证，正式分析。袁欣：正式分析。王一涵：可视化，软件处理。杨建中：撰写——审阅与编辑，方法学。冯珂：撰写——审阅与编辑，验证，方法学，资金获取。