代谢组学在新生儿窒息研究中的应用

谭秀兰



代谢组学在新生儿窒息研究中的应用

谭秀兰①

【摘要】新生儿窒息是导致新生儿死亡的主要原因之一，缺氧导致机体病理生理过程变化，最终引起代谢产物发生相应的改变。代谢组学在新陈代谢的动态进程中，可以系统研究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质。本文将代谢组学在新生儿窒息的应用现状进行综述。总结新生儿窒息相关的生物标志物，期望对新生儿窒息临床诊断、疗效及预后等方面具有重要的指导作用。

【关键词】代谢组学； 生物标志物； 新生儿窒息

①厦门大学附属第一医院 福建 厦门 361000

First-author’s address：The First Affiliated Hospital of Xiamen University，Xiamen 361000，China

新生儿窒息，又称围产窒息（perinatal asphyxia，PA），是新生儿发病和死亡的主要原因，根据WHO统计结果，每年有400～900万的新生儿出现PA[1]。窒息可造成多器官功能障碍，如中枢神经系统、肾脏、心血管系统、肺等，进而导致循环代谢组的变化[2]。

代谢组学是研究生物体系受到内在和外在因素刺激产生内源性代谢变化的一门科学。它主要关注小分子代谢物（MW＜1000），包括糖、脂质、氨基酸、维生素等。代谢组学检测的生物样品，包括生物体的各种体液和组织[3]。代谢组学已成为整体研究生命体系功能变化的有力的分析手段，现就其在新生儿窒息方面的研究作一综述。

1　PA

1.1现状 PA，是指由于产前、产中或产后的各种病因，使胎儿缺氧而发生的宫内窘迫或娩出过程发生的呼吸和循环障碍，致使胎儿出生后1 min内无自主呼吸或未能建立规律呼吸。其主要病理表现为低氧血症、高碳酸血症以及酸中毒[4]。

PA在新生儿的发病率和致死率居首位，每年约有290万新生儿由于不同原因死亡，而死于窒息的新生儿有100万[5-6]。PA会导致多种器官的障碍，包括心血管、肾脏和肺部等，其中脑损伤后果最为严重，每年1000名新生儿中有1～2名会受到缺血缺氧脑病（hypoxic ischemic encephalopathy，HIE）的影响[7]。

1.2代谢标记物 PA导致循环代谢组很大的改变，鉴别这些改变的代谢物，或生物标记，可以提供关于损伤严重程度的敏感和特异的信息。一些潜在的标记物，如神经特异性稀醇酶和S100已经被发现并且正在进行进一步研究[8-9]。暴露于严重缺氧/长期缺氧后，窒息新生儿游离和总肉毒碱水平较低，而长链酰基肉碱较高[10]。作为无氧呼吸的副产物，乳酸被视为新生儿缺氧的早期标志物[11]。缺氧时左旋肉碱缺乏导致细胞损伤的风险增加，而补充左旋肉碱可降低神经功能损伤[12-13]。左旋肉碱已经在儿科临床广泛使用，可能是一个围产期窒息有吸引力的治疗用药[14]。

1.3检测方法 美国儿科学会和美国妇产科医师学会关于PA诊断标准：新生儿动脉脐带血pH＜7；胎儿出生5 min后Apgar评分在0～3分；胎儿出生表现出神经系统和多器官疾病[15]。

Apgar评分仍是目前PA最常用的评估手段，但Apgar评分存在不准确和主观评分偏高的情况，且不能判断复苏后患儿是否存在脏器损伤、脏器损伤情况、性质和严重程度等[16]。

因此，开发一种新方法去探寻新生儿窒息发生发展各个阶段机体内环境的变化、阐明其复杂机制，对早期预防、诊断和预后判断都有重要意义[17]。

2　代谢组学

2.1特征 代谢组学是在基因组学和蛋白质组学之后兴起的一门学科，属于系统生物学的重要组成部分，其概念来源于代谢组，是指针对某一生物或细胞在一定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行的定性和定量分析的一门学科[18]。

代谢组学通常有两种研究方法，一是代谢物指纹分析，主要采用液相色谱联合质谱的方法，比较不同血样间代谢产物；另一种是代谢轮廓分析，先假定一个特定的代谢途径，针对该途径进行深入研究。

代谢物代表了基因表达和细胞活性的终点，代谢组学对于理解生物体及其变化发挥了重要的作用，如基因的影响、环境、生活方式以及细胞和组织器官的药物干预等[19]。

2.2在新生儿中的应用 目前，代谢组学在新生儿科的运用还处于初始阶段，针对新生儿整体代谢状况的研究很少。Fanos等[20]报道了新生儿代谢组学一些应用，包括：胎儿宫内生长受限、围生期窒息、脑损伤、亚低温、母乳的评价、出生后的成熟、支气管炎、脓毒症、动脉导管未闭、呼吸窘迫综合征、代谢性疾病、抗生素治疗等。

新生儿尿液代谢组学，简单/非侵入性的收集技术使尿液作为一个特别合适的生物样本来研究新生儿医学的代谢组学[21]。

脐带血代谢组学，包括低出生体重、极低出生体重儿、胎儿生长受限、小于胎龄妊娠、新生儿窒息、缺氧缺血性脑病等方面的研究[22-23]。

3　代谢组学与PA

动物PA模型已成功用于研究窒息对代谢物水平的影响[24]。Beckstroma等[25]应用质谱法研究非人灵长类动物PA模型，结果显示窒息前后50种代谢产物发生变化，15种在窒息后水平显著上升。其中，乳酸和肌酐为窒息的标志物，并发现新的代谢产物——琥珀酸、苹果酸和花生四烯酸。Skappak 等[26]采用代谢组学测定新生仔猪缺氧模型，明确了乳酸、丙酮酸、乙酰甘氨酸、丙氨酸等代谢产物的表达情况。Atzori等[27]通过代谢组学方法描述低氧-复氧后新生小猪的代谢状况，收集并测定不同吸入氧浓度复苏新生猪的尿样，结果显示，存活动物与死亡动物在低氧诱导之前的尿样代谢图谱存在差异，模型小猪尿样代谢组学基础值与复苏后相比，其代谢变化存在差异。Solberg等[28]对新生小猪进行不同时间的窒息缺氧处理后使用氧气复苏，结果发现丙氨酸、甘氨酸和支链氨基酸的比例与缺氧持续时间呈正相关，100％氧气延迟了细胞的代谢恢复，而21％氧气复苏可以表现出更早的线粒体功能的恢复。Fanos等[29]的研究结果也提示21％氧气复苏效果较好。

Longini等[30]应用代谢组学1H-NMR方法分析了6例PA新生儿的尿样，发现部分代谢产物水平增加，包括乳酸、苏氨酸和葡萄糖等，而醋酸、甲酸和尿素等代谢产物水平减少。Walsh等[31]用代谢组学LC-MS/MS方法分析了31例HIE新生儿和40例PA新生儿脐带血代谢产物的表达情况，发现HIE组和缺氧组不仅能量供给途径受到破坏，而且氮和脂质代谢也受到影响。Reinke等[32]用1H-NMR代谢组学方法对HIE新生儿的脐带血进行了分析，得到4种与HIE程度相关的代谢产物：3-羟基丁酸酯、甘油、O-磷酸胆碱和琥珀酸。Liu等[33-34]运用基于1H-NMR技术研究亚低温治疗HIE鼠模型，发现亚低温治疗可明显减少缺氧后的组织学损伤，而其对神经的保护作用则是通过抑制细胞乙酰辅酶A介导的乙酰化作用来实现的。

4　小结

PA是新生儿死亡和脑损伤的主要原因，窒息的临床反应是多样的，用目前的诊断方法很难预测和判断，需要可靠的生物标志物帮助预判窒息的时间和严重程度以及对治疗的反应。

代谢组学可以监测新生儿出生后代谢物水平的情况，但代谢物变化个体差异较大，易受到多种因素的影响，如环境、胎龄等。因此单独应用代谢组学无法准确评价，需要结合蛋白质组学、基因组学等多学科数据。另外，代谢组学的研究方法如1H-NMR仅能检测到微摩尔水平，而LC/MS和CG/ MS可以检测到皮摩尔水平[18]，因此需要结合多种方法才能准确评价个体代谢物的表达情况，以提供更多关于在围产期窒息及新生儿的发育过程及其代谢的背景信息。

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Application of Metabolomics in Neonatal Asphyxia Research

/TAN Xiu-lan.//Medical Innovation of China，2016，13（02）：142-145

【Abstract】Neonatal asphyxia is one of main causes of neonatal death，lack of oxygen influences the process of pathophysiology，leading to the corresponding changes in the metabolic product.In the dynamic process of metabolism，metabolomics systematically studies the rule of metabolites and reveals the nature of life activity metabolism.In this paper，the application of metabolomics in neonatal asphyxia are reviewed.Biological markers associated with neonatal asphyxia are concluded.Our aim is to offer instructions for diagnosis，curative effect and prognosis in neonatal asphyxia.

【Key words】Metabolomics； Biomarkers； Neonatal asphyxia

收稿日期：（2015-07-15） （本文编辑：欧丽）

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.02.040

通信作者：谭秀兰