妊娠期糖尿病孕婦血液中不同類型物質(zhì)的代謝組學(xué)特點

陳銳聰，香鈺婷，李仲均

（1.廣東醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 湛江 524023；2.東莞市人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，廣東 東莞 523058）

妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus，GDM）是妊娠期最常見的合并癥，是由于妊娠后母體血糖代謝異常而首次發(fā)生的糖尿病[1]，可影響母體內(nèi)代謝狀況及胎兒宮內(nèi)發(fā)育，致母嬰不良結(jié)局[2]。近年來GDM 發(fā)病率明顯上升，我國GDM 發(fā)病率達13.0%～20.9%[3]，患者再次妊娠復(fù)發(fā)率及以后發(fā)展為2 型糖尿病的幾率均明顯上升[4，5]。GDM 可引起孕婦和圍生兒危險的并發(fā)癥[6]，故早期預(yù)測或診斷并進行干預(yù)，對改善母兒結(jié)局和降低并發(fā)癥非常重要。代謝組學(xué)是一門近年來發(fā)展起來的技術(shù)，機體受到外源刺激及內(nèi)在病理生理變化時產(chǎn)生的代謝改變能被代謝組學(xué)技術(shù)檢測到，通過代謝組學(xué)分析，可探索GDM 發(fā)生發(fā)展過程中的重要小分子代謝物，挖掘疾病潛在發(fā)病機制。近年來，GDM 代謝組學(xué)研究中采取的標(biāo)本類型有血清或血漿、尿液、羊水、臍帶血等，最常見的標(biāo)本類型為血清或血漿[7]，是代謝組學(xué)研究領(lǐng)域中重要的體液樣本，血清或血漿所含小分子代謝物種類多、跨度大，能較穩(wěn)定反映孕婦體內(nèi)代謝狀況，故研究GDM 孕婦血清或血漿的代謝組學(xué)特點有重要意義。氨基酸、脂質(zhì)及膽汁酸有關(guān)代謝與GDM 發(fā)病密切相關(guān)，此外還有其它未分類的物質(zhì)。本文主要對上述不同類別物質(zhì)的代謝組學(xué)特點進行綜述，以期為認(rèn)識GDM 的發(fā)病機制以及尋找GDM發(fā)病的預(yù)測或診斷因子提供參考。

1 氨基酸代謝組學(xué)

1.1 人體氨基酸與GDM 的關(guān)系 Zhao H 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，GDM 組的6 種人體氨基酸低于對照組，說明體內(nèi)氨基酸濃度異常與GDM 發(fā)病可能有關(guān)。Diboun I等[9]分析了中孕期的血漿代謝組學(xué)，發(fā)現(xiàn)GDM 孕婦中孕期血漿的谷氨酸較對照組升高。Hou W 等[10]的研究對早孕期血清進行分析發(fā)現(xiàn)，GDM 孕婦早孕期血清丙氨酸及谷氨酸濃度顯著升高。此外，還有關(guān)于GDM 產(chǎn)褥期的血液代謝組學(xué)的研究。Lai M 等[11]分析了1035 例GDM 孕婦產(chǎn)后早期的血漿，發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險進展為2 型糖尿病的產(chǎn)婦血漿中許多支鏈氨基酸及其代謝物顯著升高。以上均未對孕婦BMI 進行分組，而White SL 等[12]分析了646 例BMI≥28 kg/m2的孕婦早、中孕期血清（其中198 例在中孕期診斷為GDM），發(fā)現(xiàn)GDM 組纈氨酸及苯丙氨酸顯著升高，而丙氨酸在兩組間無差異，說明體內(nèi)芳香族氨基酸及支鏈氨基酸異?？赡芘cGDM 發(fā)病有關(guān)。GDM 孕婦的支鏈氨基酸代謝異常已有研究。Mokkala K 等[13]分析了100 例GDM 和252 例正常孕婦的血清，發(fā)現(xiàn)GDM 組的支鏈氨基酸（尤其是亮氨酸、異亮氨酸）顯著升高，另一項研究[14]得出相同的結(jié)果。以上研究可看出，同一種氨基酸在不同的GDM 代謝組學(xué)研究中得出的結(jié)果有時不同，可能是檢測技術(shù)的不統(tǒng)一或者采樣時間不同導(dǎo)致。且上述研究中，多數(shù)發(fā)現(xiàn)GDM 孕婦血液中支鏈氨基酸濃度較正常孕婦顯著升高，極少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)GDM 孕婦血液中支鏈氨基酸減少，還有少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)[15]，GDM 孕婦和正常孕婦的支鏈氨基酸水平無顯著差異。對于支鏈氨基酸與GDM 的關(guān)系，支鏈氨基酸水平升高導(dǎo)致mTOR/S6K1 途徑激活和IRS1 的絲氨酸磷酸化，從而抑制胰島素誘導(dǎo)的PI3K 激活進而導(dǎo)致胰島素抵抗可能一種潛在的機制[16]。此外，支鏈氨基酸代謝紊亂可能導(dǎo)致有毒支鏈氨基酸代謝產(chǎn)物的累積，從而導(dǎo)致β 細(xì)胞線粒體功能障礙和導(dǎo)致胰島素抵抗[17]。故認(rèn)為血清或血漿氨基酸水平異常，特別是支鏈氨基酸水平升高，與GDM 發(fā)病關(guān)系密切，部分支鏈氨基酸有望作為GDM 的診斷或預(yù)測因子。

1.2 氨基酸衍生物與GDM 的關(guān)系 He XL 等[18]發(fā)現(xiàn)35～40 歲GDM 孕婦早孕期血漿的賴氨酸、N-α-乙酰賴氨酸、3-氨基丙酸、蛋氨酸濃度顯著高于對照組，而半胱氨酸顯著偏低。在晚孕期，GDM 血漿中有25 種代謝物顯著升高，包括大多數(shù)氨基酸及氨基酸衍生物，而14 種代謝物濃度偏低，包括3 種氨基酸衍生物[半胱氨酸、N-（羧甲基）-L-丙氨酸、β-甲氨基丙氨酸]。He XL 等[18]的縱向研究表明，部分氨基酸衍生物及含硫氨基酸可能與GDM 發(fā)病有關(guān)。Lu W 等[19]發(fā)現(xiàn)，GDM 孕婦晚孕期血清酮亮氨酸和L-色氨酸濃度低于對照組，說明了氨基酸衍生物及芳香族氨基酸與GDM 的潛在關(guān)系。Chen X 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，GDM 組血清2-氨基丁酸較對照組顯著增加。而Tian M 等[21]采用非靶向HPLC-MS 代謝組學(xué)方法研究了我國人群中早孕期孕婦血清代謝物與GDM 風(fēng)險之間的關(guān)系。該研究分析了51 例正常孕婦及51 例后續(xù)診斷為GDM 的早孕期孕婦血清，發(fā)現(xiàn)血清中差異代謝物主要是谷氨酸、4-乙酰氨基丁酸和焦谷氨酸，孕早期這些差異代謝產(chǎn)物及其相應(yīng)的代謝途徑可能與GDM 的后續(xù)發(fā)展有關(guān)。上述研究顯示，部分GDM 血液代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)GDM 組的一些氨基酸衍生物較對照組有顯著差異，這些氨基酸衍生物可能是由人體常見氨基酸轉(zhuǎn)化而來，其與GDM 的關(guān)系尚不清楚，有待驗證。

2 脂質(zhì)代謝組學(xué)

2.1 飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸與GDM 的關(guān)系Lu W 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，GDM 孕婦組的血清中棕櫚酸濃度高于正常孕婦組。Raczkowska BA 等[22]發(fā)現(xiàn)GDM 組早孕期血清的肉豆蔻酸濃度顯著升高，在中孕期時，GDM 組的飽和脂肪酸（辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、七烷酸和壬酸）和不飽和脂肪酸（棕櫚烯酸、油酸和亞油酸）均顯著高于對照組。He XL 等[18]發(fā)現(xiàn)GDM 組早孕期血漿的花生四烯酸濃度較對照組顯著偏低，GDM 組晚孕期的血漿中有25 種代謝物顯著升高，包括己酸及肉豆蔻烯酸，而有14 種代謝物濃度偏低，包括2-甲基硬脂酸、硬脂酸、二十二碳四烯酸、剛烯二酸、8,11,14-二十碳三烯酸、11，14-二十碳二烯酸、11-順-十八碳烯酸及11-反-十八烯酸。以上3 項研究均發(fā)現(xiàn)中、長鏈飽和及不飽和脂肪酸與GDM 的潛在關(guān)系，也有有關(guān)短鏈飽和脂肪酸的代謝組學(xué)研究。Gao Y 等[23]發(fā)現(xiàn)GDM 組血清的戊酸、己酸、異丁酸和異戊酸濃度顯著升高，然而乙酸、丙酸和丁酸濃度與對照組相比無差異。和上述研究不同，Meng X 等[24]對中孕期GDM的差異代謝物相關(guān)代謝途徑進行分析，發(fā)現(xiàn)GDM組的二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸及花生四烯酸相關(guān)代謝途徑均活躍。上述所列研究中提到的棕櫚烯酸和棕櫚酸是兩種不同的脂肪酸，棕櫚烯酸是單不飽和脂肪酸，其存在于人體皮膚真皮層中，具有抗炎的作用，在動植物油中鮮有存在，而棕櫚酸是飽和脂肪酸，廣泛存在于各種動植物油中，屬于常見油脂，可在肝細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞中誘導(dǎo)胰島素抵抗，并在糖尿病等疾病的形成中發(fā)揮重要作用[25，26]。棕櫚酸可通過減弱胰島素受體底物的酪氨酸磷酸化和激活mTOR 途徑，而抑制胰島素刺激的細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運導(dǎo)致血糖升高[27]。不飽和脂肪酸，如花生四烯酸，在GDM 孕婦血液中呈上升趨勢[28]，這可能是由于GDM 孕婦體內(nèi)處于一種低度炎癥狀態(tài)，體現(xiàn)為血液中炎癥因子濃度的上升，而花生四烯酸是一些炎癥因子的直接前體，故其在GDM 孕婦體內(nèi)可能增高。另外一些研究則得出相反的結(jié)果，如花生四烯酸及其它部分不飽和脂肪酸在GDM 孕婦體內(nèi)呈減少趨勢，其中可能的解釋是由于GDM 孕婦血液中處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，導(dǎo)致具有抗氧化作用的不飽和脂肪酸被氧化而消耗[29]。而飽和脂肪酸的結(jié)果在大多數(shù)研究中則較為統(tǒng)一，即均呈上升趨勢，這可能是GDM 孕婦的飲食及其體內(nèi)血液的氧化應(yīng)激所致[30]。飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的比例失衡與胰島素抵抗有關(guān)[31]，其與GDM發(fā)病關(guān)系密切?？傊?，部分不飽和脂肪酸或飽和脂肪酸具有較好的診斷或預(yù)測GDM 的作用。

2.2 磷脂與GDM 的關(guān)系 Wang Y 等[32]分析了1008例早孕期孕婦的血清（其中336 例被診斷為GDM，672例為正常），發(fā)現(xiàn)GDM 組的磷脂酰肌醇、羥基磷脂酰膽堿、縮醛磷脂酰乙醇胺、二乙?；视王ゼ傲u基磷脂酰乙醇胺均較對照組顯著上調(diào)，而鞘磷脂、二己糖神經(jīng)酰胺、己糖神經(jīng)酰胺及磷脂酰膽堿顯著下調(diào)。Diboun I 等[9]研究發(fā)現(xiàn)GDM 組血漿的二酰基磷脂酰膽堿、花生四烯酸及?；?烷基磷脂酰膽堿較對照組有顯著差異。此外，還有關(guān)于GDM 產(chǎn)褥期的血漿研究。Lai M 等[11]發(fā)現(xiàn)那些后來進展為2 型糖尿病的產(chǎn)婦的產(chǎn)后早期血漿中二酰基甘油磷脂顯著升高，而鞘脂及酰基-烷基甘油磷脂則顯著下降。與上述3 項研究不同，Tan B 等[33]的研究發(fā)現(xiàn)了溶血磷脂的差異，29 例GDM 孕婦組血清的溶血磷脂酰膽堿、肉桂酸、棕櫚酸、鞘氨醇及1,25-二羥膽骨化醇類脂的濃度較對照組有顯著差異。而Law KP 等[34]進行縱向隊列研究發(fā)現(xiàn)早孕期GDM 組血漿的多不飽和或化學(xué)修飾磷脂濃度明顯低于對照組。上述研究表明GDM 血液代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)GDM 組中部分類型磷脂較對照組有顯著差異，可能是由于GDM 孕婦的脂代謝異常影響磷脂水平，許多研究顯示磷脂類物質(zhì)具有較好的診斷或預(yù)測GDM 的潛能。

3 膽汁酸代謝組學(xué)

血清膽汁酸代謝在葡萄糖、脂肪和能量代謝中起著重要作用[35]。Li J 等[36]分析243 例GDM 孕婦早孕期血清，發(fā)現(xiàn)膽酸、鵝脫氧膽酸、脫氧膽酸、甘氨熊脫氧膽酸、甘氨鵝脫氧膽酸、甘氨脫氧膽酸、?；敲撗跄懰?、甘氨膽酸和?；悄懰釢舛仍趦山M間有顯著差異，其證明脫氧膽酸和甘氨熊脫氧膽酸的濃度降低，與患GDM 風(fēng)險增加獨立相關(guān)。然而，Hou W 等[10]的研究得出的結(jié)果與前者不同，其未檢測到脫氧膽酸、熊脫氧膽酸和甘氨熊脫氧膽酸在兩組間的差異，但在單變量分析中觀察到GDM 組的初級膽汁酸下調(diào)，而其他一些次級膽汁酸上調(diào)。而與Li J 等[36]的研究結(jié)果類似，Diboun I 等[9]發(fā)現(xiàn)GDM 組血漿的甘氨鵝脫氧膽酸濃度較對照組有顯著差異。以上研究表明，血清膽汁酸代謝與GDM 發(fā)病可能有關(guān)，兩者之間關(guān)系的相關(guān)代謝組學(xué)研究較少。膽汁酸代謝的腸肝循環(huán)需要腸道微生物的作用來協(xié)助完成，猜測可能是由于GDM 孕婦腸道微生物組的紊亂導(dǎo)致膽汁酸在腸道內(nèi)轉(zhuǎn)化發(fā)生障礙，進而導(dǎo)致測得血清中某些類型膽汁酸有變化。以后仍需更多的GDM 血液膽汁酸代謝組學(xué)的相關(guān)研究來驗證。

4 其它物質(zhì)代謝組學(xué)

Zhao H 等[8]發(fā)現(xiàn)GDM 組血清的尿酸明顯低于對照組。Tian M 等[21]發(fā)現(xiàn)GDM 組早孕期血清的黃嘌呤、4-氧丙啉、二氫胸腺嘧啶和苯乙酸濃度較正常孕婦組有顯著差異，尿酸、黃嘌呤均是嘌呤核苷酸代謝的相關(guān)產(chǎn)物，說明GDM 孕婦體內(nèi)嘌呤核苷酸代謝可能發(fā)生紊亂。另有研究發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)代謝與GDM 的密切關(guān)系。He XL 等[18]發(fā)現(xiàn)GDM 組早孕期血漿的檸檬酸濃度高于對照組，晚孕期GDM 組有25 種代謝物顯著升高，包括三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物；而有14 種代謝物濃度低于對照組，包括2 種有機酸（丙二酸、苯甲酸）。在以下兩項研究也得出了類似的結(jié)果。Mokkala K 等[13]發(fā)現(xiàn)GDM 組血清的檸檬酸濃度較對照組顯著升高。Lu W 等[19]發(fā)現(xiàn)GDM 組中孕期血清的3-甲基-2-氧戊酸、3-羥基丁酸、α-羥基異丁酸和乙酸濃度高于對照組，晚孕期GDM組的α-酮異戊酸、丙酮酸和琥珀酸濃度則偏低，而丙酮酸和琥珀酸亦是三羧酸循環(huán)代謝的中間產(chǎn)物。β-羥丁酸是重要酮體之一。Raczkowska BA 等[22]發(fā)現(xiàn)GDM 組早孕期血清的α-羥丁酸和β-羥丁酸濃度高于對照組，且空腹血糖異常的GDM 組血清中甘露醇、十六醇、阿拉伯醇和對甲酚濃度較對照組存有顯著差異。Meng X 等[24]除了發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)代謝物的差異，還發(fā)現(xiàn)一些其它少見物質(zhì)的差異。比如，GDM 組的檸檬酸、α-酮戊二酸、磷酸、脫氫抗壞血酸、2-呋喃甲酸、吐根酚堿及茉莉酸甲酯均上調(diào)，異甘草苷元、染料木素、大豆苷元和黃樟醇均下調(diào)。Shokry E 等[37]關(guān)于GDM 六碳糖的研究發(fā)現(xiàn)，GDM組晚孕期血清的己糖含量（葡萄糖、甘露糖、果糖）較正常孕婦組顯著增加。另有研究發(fā)現(xiàn)，GDM 組的血清中1,5 脫水葡萄糖醇濃度顯著低于對照組[38]，表明1,5 脫水葡萄糖醇是GDM 早期識別的潛在標(biāo)志物，1,5 脫水葡萄糖醇可能通過抑制蔗糖酶、乳糖分解酶活性和腸道葡萄糖吸收來抑制血糖升高[39]。由以上各項研究可看出，有機酸濃度在GDM 孕婦組及正常孕婦組體內(nèi)存在顯著差異，部分有機酸具有很好的區(qū)分和預(yù)測潛力，其產(chǎn)生可能與孕婦體內(nèi)氧化應(yīng)激或三羧酸循環(huán)代謝異常有關(guān)。除了有機酸外，其它一些少見物質(zhì)亦在兩組間有顯著差異，其原因機制不明，仍待更多研究來驗證。

5 總結(jié)與展望

大量GDM 血清或血漿的代謝組學(xué)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，血液中飽和與不飽和脂肪酸代謝、氨基酸代謝、碳水化合物代謝、嘌呤核苷酸代謝、膽汁酸代謝及有機酸代謝與GDM 發(fā)病可能有關(guān)，且不同妊娠階段其代謝組學(xué)特點亦有相應(yīng)的變化，提示上述多種代謝途徑與GDM 進展可能有關(guān)。關(guān)于GDM 的代謝組學(xué)研究多集中于橫斷面病例研究，且樣本量往往較小。關(guān)于GDM 孕婦妊娠早期、妊娠中期、妊娠晚期3個時期的縱向研究，特別是大樣本量的研究，報道很少。且在GDM 代謝組學(xué)研究領(lǐng)域，很少有研究包括有關(guān)飲食攝入的信息，而飲食會對個人血液、尿液或其他組織中的代謝物水平產(chǎn)生重大影響，尤其是氨基酸和脂肪酸及其相關(guān)代謝物，為了讓結(jié)果盡量不受混雜因素影響，未來的GDM 代謝組學(xué)研究需要做好組間飲食因素的匹配。GDM 的預(yù)測和診斷一直是難點，目前OGTT 檢查方法并不能在早期篩查出血糖代謝異常的孕婦，不利于改善母兒結(jié)局。由于癥狀或疾病在發(fā)生之前，體內(nèi)代謝可能已經(jīng)有顯著改變，而這些代謝改變可能會被代謝組學(xué)技術(shù)方法檢測得到，故代謝組學(xué)技術(shù)在尋找GDM 的早期預(yù)測因子方面具有重大優(yōu)勢。隨著代謝組學(xué)檢測技術(shù)的完善和優(yōu)化，希望其以后能在GDM 預(yù)測和診斷方面及認(rèn)識發(fā)病機制方面做出重大貢獻，更精準(zhǔn)、更靈敏地發(fā)現(xiàn)GDM 的預(yù)測和診斷因子，挖掘GDM 的發(fā)病機制，造福孕產(chǎn)婦及新生兒，改善母嬰結(jié)局。