文献解读 | 中风患者福音！用于脑卒中亚型分析的靶向代谢组生物标志物

　　在世界范围内，缺血性卒中是导致死亡和残疾的主因，其发生是由于脑部血流中断。根据目前采用的ORG 10172急性卒中治疗试验（TOAST）分类系统，缺血性卒中主要有五种亚型：大动脉粥样硬化（LAA）、心脏栓塞（CE）、小动脉闭塞（SVO）、其他病因的卒中和未确定病因的卒中。

　　CE型卒中应建议采用抗凝治疗，而其他TOAST机制的卒中则建议采用抗血小板治疗。由于SVO的大小、形状和位置各不相同，如何及时区分CE和LAA卒中可能是最具挑战性的任务。

　　由于脑卒中的病因机制不同，代谢组生物标志物有望灵敏而特异地区分不同的亚型。本研究旨在确定新的代谢组学生物标志物，以区分LAA和CE卒中，并阐明相关代谢物参与的病理生理学途径。

　　01 研究方法

　　我们从某医院的急性卒中登记处（症状出现后3天内的缺血性卒中）获得血清样本和临床数据。纳入346名参与者（169名LAA，147名CE，和30名健康的老年人），分为训练和测试组。

　　使用液相色谱与串联质谱法进行目标代谢组分析，利用代谢组学特征建立了一个多变量回归模型，可以独立区分LAA和CE中风。

　　02 研究结果

　　我们观察到LAA和CE卒中的代谢物存在明显差异。靶向代谢组学可能为卒中亚型提供更多的诊断结果。在未来研究中，应探讨所确定的代谢物的病理生理学途径。

　　经过有针对性的代谢组分析和对协同学的调整，6个代谢组生物标志物，即赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸、犬尿氨酸、腐胺和溶血磷脂酰胆碱酰基C16:0，被确立并验证为可以作为区分LAA和CE卒中亚型的生物标志物。

　　需要进一步进行大规模的前瞻性研究，以确定关键代谢物之间更系统的关系，并提高其对识别卒中亚型的诊断能力。

　　03 文献摘要

　　1. 研究人群的基线特征

　　表1列出了训练组（n = 193）和测试组（n = 123）中患者的基线特征，两组患者的特征具有可比性。

 

　　表1参与者的基线特征

　　根据卒中亚型，每组的患者被分为LAA和CE卒中组。在训练组中，两组的临床特征相似，只是CE组的平均年龄明显偏大（71.10±12.02岁 vs. 67.42±11.27岁，P=0.029）。CE组中女性更常见（51.04% vs. 36.08%，P = 0.043）。

　　此外，心房颤动的发生率明显较高（80.2% vs. 5.2%，p < 0.001），入院时由美国国立卫生研究院卒中量表评分评估卒中严重程度，CE组高于LAA组（9.55 ± 7.31 vs. 6.03 ± 4.80，p < 0.001）。

　　实验室检查结果显示，LAA组的总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平高于CE组（P < 0.001）。此外，LAA组的糖化血红蛋白水平（P = 0.002）和吸烟率（P = 0.003）都明显高于CE组。超声心动图结果显示，CE组的LA明显大于LAA组（p = 0.031）。

　　2. 识别LAA和CE卒中中不同浓度的代谢物

　　为了确定LAA组和CE组之间具有明显不同浓度的代谢物，使用LC-MS/MS对氨基酸、生物胺、甘油磷脂和鞘氨醇进行了定量。不同大小和数值的差异性代谢物显示在图1中。

 

图1 训练组中区分大动脉粥样硬化和心脏栓塞性卒中的血清代谢物估计。红色的圆圈表示心栓塞性卒中患者，蓝色的圆圈表示大动脉粥样硬化卒中患者。b 火山图显示发现的最重要的代谢物的单变量分析。红色圆圈表示大动脉粥样硬化卒中组的代谢物上调，蓝色表示下调的代谢物。c 热图显示大动脉粥样硬化和心脏栓塞性卒中之间明显变化的代谢物。LAA，大动脉粥样硬化；CE，心脏栓塞。

　　如图1（a）所示，从LC-MS/MS分析中获得的代谢特征被归入无监督模式识别分析。在训练组中，对区分LAA和CE的代谢生物标志物进行了比较，从而可以选择更多独特的标志物候选人。图1（a）表明蓝色圆圈（LAA）与红色圆圈（CE）被分开，显示了各组之间不同的代谢组特征，二维评分图的血清样本的总体准确率为90%。

　　图1（b）中显示了通过单变量分析发现的最重要的代谢物。代谢物是根据它们的p值经FDR调整后选择的。在图1（b）中，红点代表LAA组比CE组更高的代谢物，蓝点代表LAA组更高的代谢物。圆点分别代表下调的代谢物。

 

　　表2 大动脉粥样硬化和心脏栓塞性卒中之间代谢物浓度的显著不同

　　图1(c)中还显示了明显改变的代谢物的调节情况。经FDR调整后，两组26种代谢物的浓度有明显差异（见上图表2）。

　　3. 识别有可能区分LAA和CE卒中的代谢生物标志物

 

        为了研究区分LAA和CE卒中的代谢组生物标志物，我们进行单变量及多变量二元逻辑回归分析是以CE作为训练组的因变量，并调整了年龄、性别、体重指数、合并症、初始卒中严重程度以及患者是否接受再灌注治疗，如静脉注射重组组织蛋白酶原激活剂或机械血栓切除术。

 

　　表3 与心脏栓塞性卒中相关的临床因素和代谢物较高的犬尿喹啉（调整后的几率[aOR]=1.6551，p=0.034）和腐胺（aOR=9.4827，p=0.042）的血清水平显示与CE卒中有明显的关联。然而，赖氨酸（aOR = 0.9949，p = 0.042）、丝氨酸（aOR = 0.9920，p = 0.022）、苏氨酸（aOR = 0.9854，p = 0.010）和溶血磷脂酰胆碱酰基C16：0（aOR = 0.9797，p = 0.043）的浓度与CE卒中呈负相关。

　　其他临床因素和各种代谢物的浓度与CE或LAA卒中没有独立关系。结果见上图表3。

　　4. 鉴别LAA和CE卒中的潜在代谢组生物标志物的验证为了确定潜在的有价值的生物标志物，我们评估了在训练组中确定的生物标志物在测试组中是否保持相同的趋势。

 

　　图2 生物标志物小组区分

大动脉粥样硬化和心脏栓塞性卒中的能力

　　在调整了可能影响代谢物浓度变化的因素后，保留了6种代谢物，特别是赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸、腐胺酸、犬尿喹啉和赖氨酰胆碱酰基C16:0。这些代谢物的浓度和趋势在训练组和测试组都是相似的（图2）。

 

　　表4 缺血性脑卒中患者与健康对照组的6种代谢物的比较

 

        为了预测效应方向，我们比较了30个健康老年人（年龄：66.7±6.5岁，男性：15 [50%]).赖氨酸和溶血磷脂酰胆碱酰基C16:0的较高水平与卒中本身以及LAA亚型有关，而犬尿氨酸和腐胺的较低水平与LAA亚型有关，丝氨酸和苏氨酸的较低水平与CE亚型有关（见上图表4）。

　　将这六种代谢物的预测效果与根据以往研究和我们的数据集[23，26]选择的现有临床生物标志物进行比较，包括年龄、性别、初始卒中严重程度和合并症。

　　与传统的临床生物标志物相比，六个代谢组生物标志物小组能够更好地区分LAA和CE卒中亚型，如训练组中的AUC为0.895（95%置信区间[CI]为0.8560.934）与0.715（95%CI为0.6880.741）所显示的。

　　在测试组中，代谢组生物标志物的表现也优于临床生物标志物（AUC 0.811，95% CI 0.7690.841 vs. AUC 0.712，95% CI 0.5650.865）。

　　此外，这两个特异性(94.9% vs. 76.5%)和敏感性(80.2% vs. 66.8%)都比训练组中的代谢组生物标志物更好(见上图2和表2)。

　　04 研究结论

　　本研究中，6种代谢物：3种氨基酸（赖氨酸、丝氨酸和苏氨酸）、2种生物胺（犬尿氨酸和腐胺）和1种溶血磷脂酰胆碱（溶血磷脂酰胆碱C16:0），被确定为关键的代谢组学生物标志物，在调整后的LAA和CE卒中患者中显示出不同的浓度。

　　在调整了传统的血管风险因素后，LAA和CE卒中患者的浓度不同。通过比较健康老年人和卒中患者组内的数值，我们推断这些代谢物可能与LAA和CE卒中的发展独立相关。此外，这些发现在测试组中得到了验证，并显示出比传统临床生物标志物更高的准确性。

　　05 总结与启发

　　尽管具有高度的提示性，研究中并没有确定代谢组生物标志物和卒中亚型之间的因果关系。血液样本仅在卒中发生后的某个时间点收集。如果进行更大规模的研究，连续采集血样，检测每种代谢物的变化，或许能提供因果关系和机制方面的答案。

　　华测艾研多组学研究中心具有丰富的代谢组学科研服务经验，包含非靶向代谢组、靶向代谢组、脂质组学、代谢流组学等检测服务，帮助客户实现多组学联合分析，赋能高分文章。服务直达：精准医疗科研服务

　　参考文献
　　Lee, EJ., Kim, D.J., Kang, DW. et al. Targeted Metabolomic Biomarkers for Stroke Subtyping. Transl. Stroke Res. (2023). https://doi.org/10.1007/s12975-023-01137-5.