文献解读 | 突破性研究：揭秘罕见疾病黏多糖贮积症的代谢组学奥秘！

       黏多糖贮积症(mucopolysaccharidoses，MPS)是一组罕见的溶酶体病，由于溶酶体内酶的缺乏，导致黏多糖（长链糖分子）在细胞内、血液和结缔组织中沉积，引发临床症状。

　　目前已有针对部分MPS类型的治疗方法，然而，对于MPS III尚缺乏具体方法，为了更好理解MPS III的代谢变化，靶向和非靶向代谢组学的联合应用，对于揭示该疾病的整体代谢变化、理解相关分子机制、以及寻找治疗方法具有重要意义。

　　01研究方法

　　1.尿液样本采集：共采集49名未经治疗的MPS III患者和66名健康受试者的尿液样本。

　　2.代谢组学研究：针对尿液样本，开展非靶向代谢组学研究；对于氨基酸代谢开展靶向代谢组学分析。

　　3.数据分析：统计学分析实现差异代谢物的筛选鉴别；生物信息学分析揭示功能通路变化以及氨基酸类代谢物富集情况。

　　02研究结果

　　非靶向代谢组学分析揭示了疾病组（分为MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIID四个亚型）与对照组之间的明显区别，并挖掘出包含N-乙酰-5-羟色胺、N-琥珀酰-l,l-2,6-二氨基苯甲酸、辛烷酰葡萄糖醛酸和3-2-羟基苯基-丙酸等在内的差异代谢物。

　　发现了在MPSIII中氨基酸代谢和脂肪酸通路显著改变。因此，研究人员开展靶向代谢组学分析，对24种氨基酸检测分析，结果显示MPS III各亚型样本中多种氨基酸存在代谢异常。

　　进一步聚类和相关性分析显示，某些氨基酸在不同的MPS III亚型中具有诊断指标潜在价值。

　　03研究结论

　　该研究报道了MPS III患者的尿液代谢组学研究相关结果，并筛选出具有潜在诊断价值的生化指标。代谢组学结果显示，疾病与氨基酸相关代谢密切联系，其中精氨酸-脯氨酸代谢和尿素循环途径变化显著。

　　此发现可关联到该疾病的溶酶体功能障碍，精氨酸、天冬氨酸、N-乙酰-L-天冬酸（NAA）及其衍生物N-乙酰天冬酰谷氨酸（NAAG）的代谢缺陷，可见于多种溶酶体贮积病。该研究揭示了关键氨基酸的显著代谢紊乱，证实了MPSIII深刻的代谢途径重塑。

　　04 研究结果展开

　　图1.MPS III开展代谢组学研究推进流程，包含实验设计、数据采集、通路分析与文献挖掘

       图2.非靶向代谢组学挖掘MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIID四个亚型的代谢谱特征

　　a.热图显示聚类分析结果，展示5组样本之间差异代谢物。

　　b.OPLSDA分析显示MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C、MPSIIID与对照组之间的代谢物差异。

　　c.OPLSDA分析显示MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIIC之间的代谢物差异。

　　d.OPLSDA分析显示MPSIIIA和对照组之间代谢物差异。

　　e.OPLSDA分析显示MPSIIIB和对照组之间代谢物差异。

　　f.OPLSDA分析显示MPSIIIC和对照组之间代谢物差异。

　　g.OPLSDA分析显示MPSIIID和对照组之间代谢物差异。

 

 

　　表1.非靶向代谢组学鉴定出MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIID四个疾病亚型的代表性差异代谢物

 

 

　　表2.MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIID四个疾病亚型的代表性差异代谢物相关量值

 

表3.MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIID四个疾病亚型的异常代谢通路

 

表4.24种氨基酸、游离肉碱和酰基肉碱的曲线下面积/可信度/倍数变化

 

　　图3.靶向代谢组学挖掘MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIID四个亚型的氨基酸代谢谱特征

　　a.热图显示MPSIIIA、MPSIIIB、MPSIII C和MPSIIIC之间的24种氨基酸代谢物差异。

　　b.Spearman等级相关系数分析展示MPSIIIA样本间24种氨基酸代谢物。

　　c.Spearman等级相关系数分析展示MPSIIIB样本间24种氨基酸代谢物。

　　d.Spearman等级相关系数分析展示MPSIIIC样本间24种氨基酸代谢物。

　　e.Spearman等级相关系数分析展示MPSIIID样本间24种氨基酸代谢物。

 

　　图4.环状柱形图展示MPS IIIA、B、C和D四组中24种氨基酸及相关p值（可见表4）

 

 

       图5.基于氨基酸差异变化的代谢通路富集分析

　　a.MPS IIIA组样本与对照组间氨基酸代谢通路富集分析。

　　b.MPS IIIB组样本与对照组间氨基酸代谢通路富集分析。

　　c.MPS IIIC组样本与对照组间氨基酸代谢通路富集分析。

　　d.MPS IIID组样本与对照组间氨基酸代谢通路富集分析。

　　e.韦恩图展示四个亚组均展示2个异常通路（精氨酸-脯氨酸代谢和尿素循环途径）。

 

　　05总结与启发

　　该篇文献发表于Journal of Translational Medicine（IF=8.4），从这篇文章中，我们可以了解或借鉴到：

　　1.实验队列：研究收集49名MPS III患者尿液样本，并以66名健康受试者尿液样本作为对照。

　　2.组学方法：利用非靶向代谢组学进行了代谢物差异的初步筛选分析；利用靶向代谢组学进行氨基酸代谢物的进一步靶向验证。

　　总之，该文献主要是基于代谢组学的研究，所有内容均涉及代谢组学相关范畴，临床科研老师基于罕见病中代谢类罕见疾病尿液样本的收集，合理应用代谢组学这种强大的工具，提供全面的代谢信息，为罕见疾病的诊断和治疗提供重要依据。

　　参考文献

　　Tebani,A.,Abily-Donval,L.,Schmitz-Afonso,I.,Héron,B.,Piraud,M.,Ausseil,J.,Zerimech,F.,Gonzalez,B.,Marret,S.,Afonso,C.,&Bekri,S.(2018).Unveiling metabolic remodeling in mucopolysaccharidosis type III through integrative metabolomics and pathway analysis.Journal of Translational Medicine,16(1),248.doi:10.1186/s12967-018-1625-1.