基于代谢组学策略筛选抑郁症血浆、尿液的诊断标志物

摘要

背景：
　　抑郁症是一种严重的精神疾病，患病率约为15％。目前，抑郁症防治面临的主要困难在于：（1）发病机制不清：抑郁症发病机制假说众多，主要包括单胺类神经递质紊乱、神经营养因子缺乏、氧化应激障碍等。这些假说为揭示抑郁症的病理生理机制提供了一定的理论依据，但未获得广泛的认同；（2）缺乏客观的实验室诊断方法：抑郁症的诊断主要依靠医生主观鉴别患者的临床症状。然而，抑郁症的临床症状异质性高，使得基于症状的诊断方法准确率低。综上，筛选抑郁症相关生物标志物将有助于揭示其潜在的病理生理机制，开发出客观的诊断方法。
　　代谢组学能够同时测量生物样本（血液、尿液以及脑脊液）中的小分子代谢物质，广泛运用于神经精神疾病的研究。前期，抑郁动物模型代谢组学研究提示中枢与外周的代谢紊乱可能与抑郁发病相关。鉴于抑郁动物模型不能完全模拟人的抑郁发作，因此进一步开展抑郁症患者的代谢组学分析仍十分必要。
　　目的:
　　1.采用代谢组学方法比较抑郁症患者与正常对照的血浆、尿液的代谢谱，筛选出抑郁相关的血液、尿液差异代谢物质。
　　2.分析相关差异代谢物质的分子功能，初步探讨这些差异代谢物在抑郁症发病中的可能作用。
　　3.采用独立样本验证潜在生物标志物的临床诊断价值。
　　方法：
　　1.样本：训练集样本用于筛选抑郁相关的潜在生物标志物；测试集样本用于独立验证潜在生物的临床诊断价值。
　　血浆：训练集（58例首发未用药的抑郁症患者，42例正常对照）；测试集（14例首发未用药的抑郁症患者，12例正常对照）。
　　尿液：训练集（82例首发未用药的抑郁症患者，82例正常对照）；测试集（44例非选择的抑郁症患者，52例正常对照）。
　　2.样本检测：核磁共振(NMR)的代谢组学平台。
　　3.数据分析：采用多变量统计方法，开展抑郁组与正常组的聚类分析，筛选抑郁症相关的血浆与尿液差异代谢物质。
　　4.血液潜在生物标志物的独立验证：采用差异代谢物建立的OPLS-DA诊断模型，区分独立样本（14例首发未用药的抑郁症患者，12例正常对照），评价其潜在临床诊断价值。
　　5.尿液潜在生物标志物的筛选与独立验证：采用分步优化法筛选抑郁症的简单尿液诊断标志物组。采用ROC定量判别该生物标志物组区分尿液训练集与测试集样本的能力。
　　结果：
　　1.抑郁症血浆代谢组学研究
　　采用NMR的血浆代谢组学方法，比较58例抑郁组患者与42例正常对照的血浆代谢谱。OPLS-DA得分图显示抑郁组能够与正常组相区分。分析OPLS-DA载荷图，我们发现低密度脂蛋白（Low-DensityLipoprotein),极低密度脂蛋白（VeryLow-DensityLipoprotein),N-乙酰糖蛋白（N-Acetylglycoprotein）以及不饱和脂质（UnsaturatedLipid）在抑郁症患者中表达量增高；甘氨酸（Glycine）,牛磺酸（Taurine）,谷氨酰胺（Glutamine）,丙氨酸（Alanine）,缬氨酸（Valine），亮氨酸（Leucine），葡萄糖（Glucose）,肌醇（Myo-Inositol）,肌酐（Creatinine）,肌酸（Creatine）,乙酸（Acetate）,乳酸（Lactate）以及丙酮酸（Pyrurate）在抑郁症患者中表达量降低。这些差异代谢物质主要与血浆脂质、氨基酸以及能量代谢相关。独立样本验证发现这些差异代谢物组成的生物标志物组够有效区分抑郁组与正常组，其敏感性为92.8%，特异性为83.3%。
　　2.抑郁症尿液代谢组学研究
　　采用NMR的代谢组学研究技术，比较82例首发未用药的抑郁症患者与82例正常对照的尿液代谢谱。OPLS-DA得分图显示抑郁组与正常组能够明显区分。分析OPLS-DA载荷图，我们发现丙氨酸（Alanine）,枸橼酸（Citrate）,甲酸酯（Formate）,甘氨酸（Glycine）,异丁酸（Isobutyrate）,甲基丙二酸（Methylmalonate）,烟胺（Nicotinate）,琥珀酸（Succinate）,牛磺酸（Taurine）以及α-酮戊二酸(α-ketoglutarate)在抑郁症患者中表达量增高；3,4二羟基苯乙醇酸（3,4-dihydroxy-mandelate）,胆碱（Choline）,肌酐（Creatinine）,二甲胺（Dimethylamine）,二甲基甘氨酸（Dimethylglycine）,α-甘油磷酸胆碱（α-glyceroylphosphocholine）,马尿酸（Hippurate）,丙二酸（Malonate）,m-羟苯基乙酸（m-hydroxyphenylacetate）,N-甲基烟酰胺（N-methylnicotinamide）,苯乙酰甘氨酸（Phenylacetyglycine）,p-羟苯基乙酸（p-hydroxyphenylacetate）以及三甲胺-N-氧化物（Trimethylamine-N-oxide）在抑郁症患者中表达量降低。这些差异代谢物质主要与肠道微生物异常、能量代谢以及神经递质代谢紊乱相关。在这23个差异代谢物中，丙二酸,甲酸酯,N-甲基烟酰胺,m-羟苯基乙酸以及丙氨酸组成的生物标志物组具有潜在的临床价值：区分训练集与测试集的曲线下面积分别为0.81和0.89.
　　结论：
　　通过抑郁症患者体液（血液、尿液）的代谢组学分析，我们鉴定出抑郁症相关的血浆、尿液差异代谢物质。分析了这些差异代谢物质的分子功能，为揭示抑郁症的病理生理机制提供了代谢层面的证据。并采用独立样本验证了相关差异代谢物的临床诊断价值，为开发出抑郁症的客观诊断方法提供了候选标志物。

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前 言

参考文献

第一部分 基于代谢组学策略筛选 抑郁症血浆的诊断标志物

1材料与方法

2结 果

3.讨 论

4小结

参考文献

第二部分 基于代谢组学策略筛选 抑郁症尿液的诊断标志物

1材料与方法

2结 果

3 讨 论

4小结

参考文献

第三部分 全文总结与展望

1.研究工作总结

2.本研究的结论

3.本研究的创新点

4.思考与展望

文献综述: 抑郁症的代谢组学研究进展

致谢

攻读博士学位期间的研究成果