还在纠结于单个代谢物？原来是它们共同引起疾病的！

　　在一项发表于eBioMedicine的前期研究中，澳大利亚新南威尔士州韦斯特米德儿童医院生物化学系Sushil Bandodkar及其同事通过LC-MS/MS，开发并验证一组用于神经炎症性疾病诊断的炎性生物标志物。这与阿尔茨海默病目前的研究路线相似，有效丰富了以临床结果评估(COA)为基础的神经炎症性疾病生物学参数诊断仪器。AD诊断常采用CSF、PET/CT检测，液质的引入有效满足神经精神病学检测的迫切需求。

　　在本研究中，团队采集急性脑炎患者、对照人群脑脊液，共检测13种代谢物。同时采用正交偏最小二乘判别分析和热图聚类分析，对脑炎组（n=10）和对照组（n=10）进行统计学区分。对测量的代谢物进行统计分析，发现在急性神经炎症患者中，色氨酸-犬尿氨酸途径中的七种代谢物（色氨酸、犬尿氨酸、犬尿氨酸、3-羟基犬尿氨酸、邻氨基苯甲酸、3-羟基邻氨基苯甲酸、喹啉酸）、精氨酸和新喋呤）发生显著改变。此外，脑脊液犬尿氨酸/色氨酸比值、喹啉酸/犬尿氨酸和邻氨基苯甲酸/3-羟基邻氨基苯甲酸比值的升高为神经炎症改变更加提示炎症状态。当然，仍需要对各种神经系统疾病进行研究，以论证代谢物组合用于神经炎症诊断的敏感性和特异性。

图1 人类脑脊液中目标代谢物的代表性提取离子色谱图

　　由于免疫异常会引发和/或维持神经精神疾病，因此团队对炎性标志物在鉴别诊断中的潜力开展研究。研究发现，谷氨酸能信号在精神和神经疾病的病理生理学中发挥作用，犬尿氨酸途径的多种代谢产物对其具有调节作用，该途径在免疫调节障碍后引发改变的神经传递，故有研究者假设犬尿氨酸代谢物成为比非特异性炎性标志物如急性期蛋白(如C反应蛋白)或细胞因子(如IL-6)更有前景的生物标志物。迄今为止，尚未有单个炎性生物标志物实现疾病准确诊断。Bandodkar等试图绕过这一点，将多重生物标志物组作为研究方向，从而总结不同疾病更为特异的“生物指纹”。

　　一个好的生物标志物需要能够区分不同疾病但相似的诊断，要求其具有良好的灵敏度和特异性，以及精确性、可靠性和可重复地，并且检测成本低。本研究中，Bandodkar等将患者样本与对照进行比较时，证明了候选生物标志物组的可靠性、精确性。而13种化合物组用于不同神经精神病理判定，仍有待验证。然而，由于不同的神经精神疾病在这些途径中具有相似性，以及这些代谢物也受生活方式因素的影响，如调节身体质量指数效应、葡萄糖和脂质概况及其他代谢标志物、吸烟习惯和营养状况，且生活因素受神经疾病的影响，故用于临床诊断仍具有挑战性。

　　除了该组代谢物的诊断潜力，部分已发表的研究也同样引人瞩目。在神经和精神疾病中，色氨酸-犬尿氨酸代谢产物和一氧化氮途径标记物随时间的推移而偏离，这取决于年龄和疾病持续时间。因此，通过量化疾病转归和治疗反应，实现将该组代谢物作为预后和预测性生物标志物，将是一件非常激动人心的事情。

　　此外，如果对外周血中的生物标记作用近似于CSF，将会进一步提升应用价值。由于相对较高的采集、操作和维护成本，LC-MS不像免疫测定等其他自动配对分析那样易于进行高通量诊断筛选。因此，Bandodkar课题组的未来工作需要证明液质诊断的成本支出对于临床诊断是有意义的。

　　关于LC-MS在生物标志物发现应用的其他批评质疑，源于同时研究数千个特征，不可避免地会导致高假发现率，以及缺乏验证工作。正如本文作者指出的，n = 10，样本量较小，样本的异质性限制了实验结果在临床应用性、鉴别能力和诊断范围方面的结论。话虽如此，但仍值得进行验证，因为该试点研究延续了作者之前在急性脑炎同质患者群体的脑脊液中发现非目标代谢组学生物标志物的工作。此次实验中，14例急性脑炎病患者中超过75%的患者与健康对照个体的35种代谢产物存在显著差异，定义见方差分析(ANOVA)，p值界限值为0.001。Cave，需要谨慎，因为母研究在样本量方面也不突出(尽管每组病例数50个，检测数值出现1.2倍的变化，功率为80%，p < 0.059)，也不会应用建议的最新统计数据，如Storey的q值，来控制基于LC-MS的生物标记物发现工作的错误发现率（FDR）。

图2 与神经炎症相关的目标通路

　　总之，Bandodkar等人提出了一种细致详细的LC-MS/MS方法来区分各种形式脑炎的患者与健康个体，并验证了他们之前发现的13种犬尿氨酸和一氧化氮途径代谢物作为区分的生物标志物。因此，他们在随后的初步和假阳性倾向非目标组学数据中，在临床同质性较低的患者样本中进行轨迹验证。仍需进行全面细致的随访研究，以揭示该代谢物组合在更大的随机患者样本中的熟练程度。严格地说，应在不同的神经炎症诊断中进一步确立其诊断价值，可研究该方法应用于不同神经疾病的诊断，并评估该代谢物组合作为预后和/或预测性生物标志物的价值。

　　[1] Yan J, Han VX, Heng B, Guillemin GJ, Bandodkar S, Dale RC. Development of a translational inflammation panel for the quantification of cerebrospinal fluid Pterin, Tryptophan-Kynurenine and Nitric oxide pathway metabolites. EBioMedicine. 2022 Mar；77:103917. doi: 10.1016/j.ebiom.2022.103917. Epub 2022 Mar 10. PMID: 35279631； PMCID: PMC8914118.

　　[2] Morrens M, Coppens V. LC-MS biomarker diagnostics for neuroinflammatory disorders. EBioMedicine. 2022 Apr 1；78:103984. doi: 10.1016/j.ebiom.2022.103984. Epub ahead of print. PMID: 35378378.