急性心肌炎潜在尿液生物标志物的高通量非靶向代谢组学研究：开拓诊疗新方向

为寻找急性心肌炎生物标志物，研究人员分析患者尿液代谢组，发现 19 种潜在标志物，助力诊疗。

　　急性心肌炎是一种心脏肌肉的炎症性疾病，它就像一颗隐藏在身体里的 “不定时炸弹”，可能悄无声息地发展为扩张型心肌病，严重时甚至会导致心源性猝死。全球每 10 万人中就有 4 - 14 人被它 “盯上”，儿童和年轻人更是它的 “重点攻击对象”，男性的发病率还略高于女性。由于它的临床症状复杂多样，病因也多种多样，可能是病毒、细菌等感染，也可能是接触了有毒物质或药物，还可能与免疫系统紊乱有关，所以在诊断和治疗上一直存在很大的挑战。目前，临床上缺乏能够精准诊断急性心肌炎的特异性生物标志物，这就好比在黑暗中摸索，医生难以快速、准确地判断病情，制定有效的治疗方案。为了攻克这一难题，中山市人民医院和遵义医科大学的研究人员开展了一项极具开创性的研究，他们的研究成果发表在了《Scientific Reports》上。

在这项研究中，研究人员采用了非靶向代谢组学技术，利用超高效液相色谱 - 串联质谱（UPLC-MS/MS）对 21 名急性心肌炎患者和 21 名健康对照者的尿液样本进行分析。这就像是用一台 “代谢显微镜”，细致地观察患者和健康人尿液中代谢物的差异，从中寻找与急性心肌炎相关的生物标志物和代谢通路。

研究人员首先对样本进行了精心处理。收集志愿者的空腹晨尿后，经过离心、低温孵育、再次离心等一系列操作，将尿液样本处理成适合 UPLC-MS/MS 分析的状态。在分析过程中，还设置了质量控制（QC）样本，每 5 个样本就检测一次 QC 样本，以此来保证整个分析系统的稳定性和可靠性。

代谢组学数据处理是一个复杂而关键的环节。研究人员先将质谱数据导入 Compound Discoverer 3.3 软件，结合多个数据库进行分析，得到代谢物峰面积和鉴定结果。之后，再将数据导入 MetaX 进行全面预处理和统计分析，通过概率商归一化（PQN）和质量控制稳健局部加权回归（QC-RLSC）等方法，去除技术误差和变异较大的代谢物，让数据更加准确可靠。

通过主成分分析（PCA）、偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）等多元统计分析方法，研究人员发现患者和健康对照者的代谢物存在明显差异。PCA 分析显示所有 QC 样本紧密聚集，说明分析方法可靠；PLS-DA 模型则进一步突出了两组之间的差异，表明这种分类方法有效。而且，经过 200 次响应置换检验（RPT）验证，OPLS-DA 模型质量良好，不存在过拟合现象，这意味着观察到的生物标志物水平变化确实与疾病状态有关，而不是实验误差导致的。

在众多代谢物中，研究人员筛选出了 728 种在急性心肌炎患者中升高、820 种降低的代谢物。这些差异代谢物主要集中在氨基酸代谢、脂质代谢、碳水化合物代谢、核苷酸代谢等多个重要代谢途径中。例如，在氨基酸代谢方面，急性心肌炎患者尿液中的 4 - 乙基苯硫酸盐（4-EPS）水平下降，而羟苯乳酸（HPLA）、吲哚乳酸、N - 甲酰犬尿氨酸、L - 谷氨酸等水平升高。4-EPS 和 HPLA 都来自肠道微生物对酪氨酸的代谢，HPLA 可能通过激活 HCA3 受体，影响心肌能量代谢，进而影响心脏功能；吲哚乳酸具有抗炎作用，能保护心脏细胞；N - 甲酰犬尿氨酸是犬尿氨酸途径（KP）的中间代谢产物，与心肌炎的发生发展密切相关，调节 KP 可能成为治疗急性病毒性心肌炎的有效策略。L - 谷氨酸虽然在心脏健康中起着重要作用，但在急性心肌炎患者中，其在尿液中的含量升高，可能是由于在心脏组织中的相对减少，通过尿液排出增多导致的。

在脂质代谢方面，植物鞘氨醇、棕榈酸在患者中显著升高，而癸二酸、壬二酸水平明显下降。植物鞘氨醇可能通过产生活性氧物种（ROS），破坏线粒体完整性，引发细胞凋亡；棕榈酸不仅会影响血脂水平，还可能对心肌细胞造成脂毒性损伤，导致炎症和细胞凋亡。癸二酸和壬二酸作为脂肪酸代谢的中间产物，其水平变化可能与急性心肌炎的炎症反应有关。

碳水化合物代谢方面，N - 乙酰神经氨酸（Neu5Ac）在急性心肌炎患者尿液中显著升高。Neu5Ac 是细胞表面糖缀合物的重要组成部分，在冠状动脉疾病进展中发挥作用，可能成为急性心肌炎诊断和监测的生物标志物。

在代谢辅酶、维生素和类维生素物质方面，烟酰胺、4 - 吡啶甲酸（4-PA）、N1 - 甲基 - 2 - 吡啶酮 - 5 - 甲酰胺（2-PY）和核黄素等维生素 B 族相关代谢物在患者中升高，胆碱水平也显著增加。这些物质与氧化应激、心肌炎症密切相关，胆碱虽然对心脏有一定保护作用，但过高的基线水平可能与房颤和心力衰竭风险增加有关。

核苷酸代谢方面，鸟嘌呤和次黄嘌呤水平升高。次黄嘌呤作为嘌呤分解代谢的中间产物，在代谢过程中会产生活性氧（ROS），可能导致细胞毒性，加剧急性心肌炎的病情发展。

此外，研究还发现患者尿液中辛酰甘氨酸和 4 - 乙烯基苯酚硫酸盐（4-VPS）水平降低。辛酰甘氨酸曾被用于慢性硬膜下血肿的诊断，而 4-VPS 与心力衰竭风险有关，它们在急性心肌炎中的作用还需要进一步研究。

最终，研究人员确认了 19 种具有较高可信度的潜在生物标志物，这些标志物在不同代谢途径中发挥作用，与急性心肌炎的炎症、氧化应激等病理过程密切相关。

这项研究意义重大，它首次在急性心肌炎患者中应用非靶向代谢组学方法，揭示了急性心肌炎患者独特的代谢特征，为深入理解急性心肌炎的发病机制提供了新的视角。这些潜在的生物标志物不仅有可能成为急性心肌炎诊断和病情监测的重要指标，还为开发新的治疗方法提供了潜在的靶点。不过，研究也存在一些局限性，比如样本量较小，可能受到其他混杂因素的影响，且研究的横断面性质无法确定因果关系。未来还需要更多深入的研究，尤其是纵向研究，来进一步明确这些生物标志物的病理作用和临床应用价值。