氨基酸代謝組學(xué)在早產(chǎn)兒的臨床應(yīng)用

羅麗艷，鐘慶華，段江，梁琨

(昆明醫(yī)科大學(xué)，云南 昆明 650500)

0 引言

代謝組學(xué)是新興起的學(xué)科，其效仿基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想，對生物體內(nèi)所有代謝物(大都是相對分子質(zhì)量1000以內(nèi)的小分子物質(zhì))進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系，對疾病發(fā)病機制的闡明以及診治具有廣泛的應(yīng)用前景[1]。新生兒從胎兒期依賴母體代謝到自身代謝的建立，經(jīng)歷巨大的代謝變化，其代謝水平和代謝方式不同于其他生長階段的兒童及成人[2-3]。早產(chǎn)兒作為新生兒中的特殊群體，特別是低出生體重兒，為了實現(xiàn)其確定的生長軌道而采取追趕性生長，其代謝組學(xué)的變化與其生長發(fā)育、疾病的發(fā)生及預(yù)后、代謝綜合征等的發(fā)生密切相關(guān)[4]。本文綜述了早產(chǎn)兒氨基酸代謝的特點、氨基酸補充的策略及氨基酸代謝在早產(chǎn)兒常見疾病中的變化，以期為氨基酸代謝組學(xué)廣泛應(yīng)用于臨床診治提供思路。

1 早產(chǎn)兒氨基酸代謝的特點

早產(chǎn)兒是新生兒中的特殊群體，其臟器生理功能的發(fā)育尚不完善，一些氨基酸代謝相關(guān)的酶活性不足，致使部分氨基酸合成受到抑制，其甘氨酸、組氨酸、谷氨酸等10種物質(zhì)在早產(chǎn)兒中明顯降低，而精氨酸在早產(chǎn)兒組升高[5]。早產(chǎn)兒尿代謝譜中生糖氨基酸如甘氨酸、羥脯氨酸等以及三羧酸循環(huán)產(chǎn)物比如酮戊二酸、檸檬酸鹽及琥珀酸鹽等水平均升高[6]。另外，早產(chǎn)兒在其生后早期氨基酸代謝途徑也未發(fā)育成熟，一些相關(guān)的酶活性不足，可導(dǎo)致氨基酸的代謝受阻，例如，早產(chǎn)兒體內(nèi)胱硫醚酶活性低下導(dǎo)致半胱氨酸合成受阻；苯丙氨酸羥化酶活性低下導(dǎo)致酪氨酸合成不足，血中的酪氨酸降低。但是，早產(chǎn)兒在其生后的追趕性生長中，組織蛋白更新速度快，但內(nèi)源性氨基酸貯存有限，自身脂肪存儲不足，動員不充分，處于能量短缺狀態(tài)。Wang L等的研究發(fā)現(xiàn)，在極低出生體重早產(chǎn)兒從腸外營養(yǎng)過渡到腸內(nèi)營養(yǎng)過程中，瓜氨酸、蘇氨酸等四種氨基酸濃度降低是宮外發(fā)育遲緩的危險因素，而且降低的瓜氨酸濃度與蛋白質(zhì)和能量缺陷存在正相關(guān)[7]。

另外，早產(chǎn)兒出生后由于各器官發(fā)育尚欠成熟，易出現(xiàn)各種并發(fā)癥，還可能受到應(yīng)激、疾病、氧療等多種因素的影響，導(dǎo)致其對谷胱甘肽、甘氨酸、精氨酸及?；撬岬劝被嵝枨笠鄷蟠笤黾覽8-12]。

2 氨基酸代謝與早產(chǎn)兒營養(yǎng)支持策略

有研究報道稱頭圍生長不良與后期神經(jīng)認知功能受損相關(guān)[15,16]。Morgan等人報告說，早產(chǎn)兒在早期蛋白質(zhì)攝入可以促進頭圍生長[17]。Lucas等人報道了早期給予蛋白質(zhì)促進了早產(chǎn)兒精神運動發(fā)育[18-20]?；谶@些研究，積極營養(yǎng)方案的概念就一直被廣泛接受，建議早產(chǎn)兒蛋白質(zhì)盡早攝入。為了避免宮外生長發(fā)育遲緩，美國兒科學(xué)會提出早產(chǎn)兒的最佳營養(yǎng)方案應(yīng)該模仿相同孕周胎兒的宮內(nèi)生長，于是“積極營養(yǎng)方案”的概念就誕生了[21]。但是，一些新生兒專家對此抱有懷疑態(tài)度，因為其對促進早產(chǎn)兒后期精神運動發(fā)育的證據(jù)有限[22,23]。所以，早產(chǎn)兒氨基酸應(yīng)用的適當(dāng)時機和劑量還存在爭議[24]。

維持胎兒在宮內(nèi)生長大概需要氨基酸4g/(kg·d)，它們通過胎盤從母親轉(zhuǎn)移到胎兒，其中一半用于蛋白質(zhì)合成，另一半被分解代謝以合成能量[25-28]。眾所周知，氨基酸作為非蛋白氮用來供能效率并不高，而且氨基酸分解產(chǎn)生的氨對人體有毒，需通過尿素循環(huán)轉(zhuǎn)化為尿素進行代謝排出，而尿素循環(huán)消耗的能量幾乎與蛋白質(zhì)分解代謝產(chǎn)生的能量相同。Van Goudoever描述了在生理條件下，胎兒氨基酸攝入量超過了蛋白質(zhì)合成所需的量。過量的氨基酸被氧化，并極大地促進了胎兒的能量生成[29]。另有研究證實胎兒中的氨基酸被氧化，臍動脈中的氨含量比臍靜脈中的氨含量高得多[30]。這些事實表明，人類胎兒通過將氨基酸轉(zhuǎn)化為氨來釋放能量，然后氨通過胎盤轉(zhuǎn)移給母親。因此，胎兒不需要消耗能量來參與氨的代謝。但是，早產(chǎn)兒在尿素循環(huán)中需要消耗能量?；谶@些考慮，至少在蛋白質(zhì)代謝方面，早產(chǎn)兒與胎兒完全不同。換句話說，蛋白質(zhì)是胎兒的有效能源，但不是早產(chǎn)兒的有效能源。因此Masahiko Kawai認為盡管胎兒可以耐受4 g/kg的氨基酸，但早產(chǎn)兒可能無法耐受與胎兒相同的氨基酸，過多的氨基酸只是作為分解供能，并未得到充分利用[31]。

盡管目前大多數(shù)研究支持早期給予高劑量氨基酸的營養(yǎng)策略，認為補充2-4g/(kg·d)氨基酸有利于促進過渡期蛋白合成，維持正氮平衡，普遍提高血游離氨基酸水平，增加體重增長速度，而對血生化指標(biāo)(肌酐、尿素氮、甘油三酯、 膽固醇、膽紅素等)無明顯影響，或僅有尿素氮一過性升高[32]。但也有研究發(fā)現(xiàn)過高的氨基酸劑量及蛋白質(zhì)與非蛋白能量攝入的比例不恰當(dāng)反而導(dǎo)致生長發(fā)育受限[33]。因此，國內(nèi)外指南目前推薦推氮與非蛋白熱卡的比例在lg：100 - 200 kcal，以確保蛋白質(zhì)的充分利用[13,14]。因此氨基酸補充最優(yōu)營養(yǎng)策略應(yīng)該是個體化方案。

3 氨基酸代謝組學(xué)與早產(chǎn)兒疾病的關(guān)系

通過對早產(chǎn)兒氨基酸代謝組學(xué)的研究，發(fā)現(xiàn)其在追趕性生長、疾病及遠期發(fā)生的糖尿病、肥胖、心血管疾病等代謝綜合征中具有異常的代謝產(chǎn)物變化，從而尋找相應(yīng)的生物分子標(biāo)志物是目前臨床研究的熱點。

3.1 新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎(necrotizing enterocolitis,NEC)

新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎是新生兒期常見的嚴重威脅患兒生命的疾病，90%以上為早產(chǎn)兒，病死率高達10-50%[34]。病因及發(fā)病機制仍未完全明了，主要是因為早產(chǎn)兒腸道發(fā)育不成熟，血供調(diào)節(jié)能力差，腸蠕動弱，導(dǎo)致食物易滯留及發(fā)酵，再加上胃酸低，對致病菌殺滅弱，并且腸道對各種分子和細菌的通透性高，腸道SIgA低下，細菌就更容易侵入腸道繁殖。研究表明，早產(chǎn)兒 NEC 中血漿瓜氨酸和精氨酸水平較低[35]，而這兩種物質(zhì)對腸道完整性至關(guān)重要。另有研究證實精氨酸、精氨酸/不對稱二甲基精氨酸的比例與NEC 患兒的死亡率相關(guān)[36,37]，故補充L- 精氨酸已經(jīng)作為預(yù)防 NEC 的重要臨床手段。目前國內(nèi)外研究還發(fā)現(xiàn) NEC 發(fā)病時即伴有谷氨酸、谷氨酰胺、酮體和丙氨酸代謝通路的異常以及脂質(zhì)代謝的紊亂，并且代謝紊亂的程度與 NEC 的嚴重程度正相關(guān)[38,39]。而張雯婷等[40]在NEC大鼠腸內(nèi)容物代謝譜中發(fā)現(xiàn)精氨酸、脯氨酸、組氨酸和谷胱甘肽代謝通路氨基酸產(chǎn)物顯著高于正常大鼠。檢測腸內(nèi)容物尤其是氨基酸代謝組對NEC診斷可能有重要意義，改善腸道微環(huán)境可能是防治NEC的重要手段。

3.2 支氣管肺發(fā)育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD)

支氣管肺發(fā)育不良又稱為新生兒慢性肺病，是早產(chǎn)兒呼吸系統(tǒng)常見疾病，能嚴重影響早產(chǎn)兒的存活率及生活質(zhì)量[41]。其發(fā)生由多種因素引起，本質(zhì)是在遺傳易感性的基礎(chǔ)上，氧中毒，感染或炎癥等因素對發(fā)育不成熟的肺導(dǎo)致的損傷。Pintus[42]等人在研究了18例新生兒，其中7例發(fā)展BPD，在生后第7天收集尿液樣本，發(fā)現(xiàn)BPD組和非BPD組之間的代謝模式不同，他們確定的鑒別代謝物是丙氨酸、甜菜堿、氧化三甲胺、乳酸和甘氨酸。BPD 組的新生兒尿甘氨酸水平較低。甘氨酸在谷胱甘肽合成中起著重要的作用，它具有重要的抗氧化作用，因此甘氨酸的減少可能與氧化應(yīng)激的增加或缺乏抗氧化防御有關(guān)。另有學(xué)者在早產(chǎn)兒生后第一天取支氣管肺泡灌洗液檢測，發(fā)現(xiàn)其后發(fā)展成BPD的新生兒的丙氨酸、絲氨酸、牛磺酸和瓜氨酸水平高于未發(fā)展為BPD組[43]。?；撬嵩跐B透調(diào)節(jié)、膜穩(wěn)定和解毒方面具有基本的生物學(xué)作用，它的升高似乎與缺氧有關(guān)。而瓜氨酸是一種非必需氨基酸，它是精氨酸的前體，是生產(chǎn)一氧化氮的底物。李思濤[44]等研究BPD患兒生后36 h內(nèi)及生后第3周血液代謝物特征性變化發(fā)現(xiàn)甘氨酸、脯氨酸、色氨酸均低于對照組，提示它們在BPD早期診斷中可能具有潛在的應(yīng)用價值。

3.3 早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(retinopathy of prematurity,ROP)

早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變常見于孕36周以下、低出生體重、長時間吸氧的早產(chǎn)兒，其本質(zhì)為在各種原因作用下未血管化的視網(wǎng)膜發(fā)生纖維血管瘤增生、收縮，并進一步牽拉導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫離和失明。Sarici等[45]在一項前瞻性病例對照研究，對胎齡＜34 周的80例早產(chǎn)兒的研究中發(fā)現(xiàn)ROP患兒同型半胱氨酸水平較對照組明顯升高。羅曉燕等[46]研究發(fā)現(xiàn)谷氨酸濃度與ROP病變的發(fā)生呈正相關(guān)，是ROP的獨立危險因素。因此檢測谷氨酸濃度可能有助于ROP的篩查[47]。

3.4 早產(chǎn)兒腦白質(zhì)損傷(premature infant injury in white matter of brain)

早產(chǎn)兒腦白質(zhì)損傷是早產(chǎn)兒特有的腦損傷形式之一，會造成小兒神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥，如腦癱、視聽功能異常，認知障礙等。目前臨床上主要測量特定區(qū)域的N-乙酰天門冬氨酸、乳酸的含量及其與膽堿、 肌酸的相應(yīng)的比值反映其腦代謝及腦發(fā)育的情況。通常認為，腦白質(zhì)損傷患兒乳酸明顯升高，N-乙酰天門冬氨酸明顯降低[48]。另有研究發(fā)現(xiàn)超低出生體重早產(chǎn)兒的早期尿液代謝譜能夠區(qū)分具有中、重度異常的皮質(zhì)灰質(zhì)和白質(zhì)患兒的代謝特征。腦白質(zhì)中/重度異常的患兒尿液中乳酸及亮氨酸顯著增加，尿液代謝譜可能在早期識別腦損傷風(fēng)險的新生兒具有一定價值[49]。

3.5 代謝綜合征

代謝綜合征是人體的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等物質(zhì)發(fā)生代謝紊亂的病理狀態(tài)，并以中心性肥胖、高血壓、高血糖及血脂異常為特征的一組復(fù)雜的代謝紊亂癥候群。健康與疾病的生命起源假說指出，代謝異常可能起源于胎兒期，故在出生早期就表現(xiàn)出代謝異常。在大鼠動物研究發(fā)現(xiàn)，支鏈氨基酸中異亮氨酸水平的增加與肥胖癥和胰島素抵抗有關(guān)[50]。另有研究在5-7歲兒童中根據(jù)其出生分為足月兒組及早產(chǎn)組(＜32周)，通過檢測血中氨基酸的變化發(fā)現(xiàn)在早產(chǎn)人群中，支鏈氨基酸含量較低，丙氨酸/賴氨酸比值明顯較高。這與發(fā)生心血管疾病風(fēng)險密切相關(guān)，可能需要長期隨訪[51]。

3.6 其他疾病

此外在早產(chǎn)兒顱內(nèi)出血、早產(chǎn)兒膽紅素腦病等都發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝的異常[52-54]。氨基酸代謝只是早產(chǎn)兒代謝組學(xué)的一個方面，代謝的變化還涉及糖、脂肪、激素及輔酶等物質(zhì)。只有全面綜合分析才能體現(xiàn)氨基酸代謝的特點及意義。

4 總結(jié)與展望

早產(chǎn)兒的氨基酸代謝與早產(chǎn)兒營養(yǎng)、生長發(fā)育、疾病發(fā)生及預(yù)后密切相關(guān)。積極開展氨基酸代謝組學(xué)在早產(chǎn)兒營養(yǎng)、疾病發(fā)生及生長發(fā)育等方面的研究，將有助于對早產(chǎn)兒進行個性化的營養(yǎng)強化，積極預(yù)防各種危重早產(chǎn)兒并發(fā)癥，提高早產(chǎn)兒救治水平，達到改善早產(chǎn)兒均衡營養(yǎng)、促進早產(chǎn)兒生長發(fā)育，降低代謝綜合征的發(fā)生，改善早產(chǎn)兒遠期預(yù)后的目的。