小兒哮喘患者呼出氣冷凝液代謝組學(xué)研究

姜茗宸 汪受傳 徐珊 徐秋月 單進(jìn)軍 謝彤 彭琳秀 戴啟剛

摘 要 利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS/MS）對小兒哮喘患者（Childhood asthma）和健康兒童（Healthy control）的呼出氣冷凝液（Exhaled breath condensate，EBC）進(jìn)行分析，尋找小兒哮喘患者EBC中的潛在標(biāo)記物，為其發(fā)病機(jī)制及早期篩查提供科學(xué)依據(jù)。收集了21例小兒哮喘患者（年齡（8.2±1.6）歲）及17例健康兒童（年齡（8.1±1.3）歲）的EBC樣本，采用GC-MS/MS獲得化學(xué)成分的全掃描數(shù)據(jù)，通過主成分分析法對兩組代謝物進(jìn)行聚類分析，使用Metaboanalyst 3.0歸屬涉及的代謝通路。結(jié)果表明，小兒哮喘組和正常組EBC代謝圖譜能很好地區(qū)分，鑒定了8個(gè)差異表達(dá)物可作為潛在的內(nèi)源性生物標(biāo)記物，提示淀粉和蔗糖代謝、賴氨酸降解、氨基糖核苷酸糖代謝、苯丙氨酸代謝可能在小兒哮喘發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞 小兒哮喘； 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用； 呼出氣冷凝液； 代謝組學(xué)

1 引 言

哮喘（Asthma）是呼吸道的慢性炎癥性疾病[1]。因環(huán)境污染及工業(yè)發(fā)展，哮喘已經(jīng)成為一個(gè)主要的社會健康問題，尤其是兒童發(fā)病率呈逐年上升趨勢[2]。這種既有環(huán)境又有遺傳影響的復(fù)雜疾病，誘發(fā)的決定性因素尚未完全明了[3]。隨著代謝組學(xué)技術(shù)的不斷成熟，越來越多的研究采用代謝組學(xué)方法揭示復(fù)雜疾病的致病因素[4]，在以往的研究中，哮喘患者的尿液[5]、血漿和血清中測得的代謝物和代謝組學(xué)譜均對于哮喘和哮喘表型具有高判別能力，所報(bào)道的生物標(biāo)志物具有較高的一致性[6]。呼出氣冷凝液（Exhaled breath condensate，EBC）收集及分析技術(shù)的出現(xiàn)，為哮喘疾病的研究和監(jiān)測提供了新的思路和方法。呼吸道中的氣道內(nèi)皮襯液、小分子量蛋白質(zhì)以及可揮發(fā)的成分，可隨呼出氣一同呼出，通過收集器時(shí)冷凝為不揮發(fā)性物質(zhì)[7]。目前，利用呼出氣冷凝液結(jié)合液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）、核磁共振波譜（NMR）等技術(shù)進(jìn)行代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)， 小兒哮喘差異性代謝物多為揮發(fā)性有機(jī)物，如2，4-二甲基-1-庚烯[8，9]、1，4-二氯苯[8，10]； 同時(shí)發(fā)現(xiàn)哮喘兒童體內(nèi)脂類代謝[9]、谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)[11]、氧化應(yīng)激中的炎性信號通路[12，13]均有改變。

本研究采用氣相-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS/MS） 檢測小兒哮喘患者呼出氣冷凝液中的代謝物，通過主成分分析方法尋找潛在生物標(biāo)記物，進(jìn)一步了解哮喘患兒的能量代謝、氧化應(yīng)激等變化，為早期篩查和臨床治療提供依據(jù)。

4 結(jié) 論

哮喘作為小兒多發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，早期無痛苦篩查和診斷尤為重要。本研究選擇小兒哮喘患者21名與健康兒童17名，觀察其EBC的代謝組學(xué)變化。經(jīng)多元統(tǒng)計(jì)分析，健康對照組與小兒哮喘組得到很好的區(qū)分。發(fā)現(xiàn)并鑒定了8種潛在生物標(biāo)記物，這些物質(zhì)的改變一定程度反映了在小兒哮喘的體內(nèi)變化，對于臨床上早期診斷、預(yù)防及治療小兒哮喘有參考意義。

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Abstract Exhaled breath condensate （EBC） was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS/MS） in childhood asthma and healthy control， aiming to find the potential markers of EBC in children with asthma， and provide a scientific reference for its pathogenesis and early screening. EBC samples were collected from 21 asthmatic children （age （8.2±1.6） years） and 17 healthy children （age （8.1±1.3） years）. GC-MS/MS was used to obtain the full scan data of chemical components. Cluster analysis was performed on the two groups of metabolites by principal component analysis （PCA）， and potential biomarkers were found using Metaboanalyst 3.0 attributable metabolic pathways. The results showed that the EBC metabolic maps of asthmatic group and normal group were very different， and eight endogenous potential biomarkers were identified， suggesting that starch and sucrose metabolism， lysine degradation， aminoglycan nucleoside metabolism， phenylalanine metabolism may play important roles in the development of asthma in children.

Keywords Childhood asthma； Gas chromatography-mass spectrometry； Exhaled breath condensate； Metabolomics

（Received 25 August 2017； accepted 19 March 2018）