早期预测妊娠期糖尿病生物标志物的研究进展

胡 琴，赵丹青

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus, GDM)是妊娠期间首次发生，以糖代谢紊乱为主要临床表现的一种内分泌代谢性疾病，不包括妊娠前已经存在的糖尿病，是妊娠期间常见的并发症之一，其发病率根据不同诊断方式、地区和人种而有所差异[1]。在2013年国内一项多中心研究调查结果显示，我国孕妇GDM的发病率高达17.5%[2]。然而，随着人们生活水平的提高、生活方式的改变，超重和肥胖人口增加，以及高龄孕妇增加，导致GDM的发病率可能还会逐渐升高。GDM常伴发先兆子痫、巨大儿、围产儿畸形、死亡等，并与子代及孕妇发生代谢综合征、糖尿病等疾病密切相关，严重影响孕产妇及胎儿的健康，并为将来发生2型糖尿病、心血管疾病等埋下隐患[3-7]。

临床上对GDM的诊断时间通常为妊娠24～28周，通过75 g葡萄糖耐量试验进行诊断[8]。筛查时间在妊娠24～28周主要是由于妊娠早期的孕妇胰岛素敏感性正常，而孕中晚期由于胎盘分泌的胎盘催乳素、孕酮、皮质醇等激素逐渐增加，使机体胰岛素敏感性开始明显下降，而GDM是由于胰岛素分泌不足或作用缺陷出现的糖代谢紊乱[9]。临床实践表明，在上述孕周确诊GDM时，尽管通过积极干预可使患者和胎儿的症状得到改善，但在干预前，患者及胎儿的健康已经受到了不同程度的影响[10-11]。因此，如果能在妊娠早期对孕妇是否发生GDM进行预测，将GDM的诊断时间提前，能够为预防和干预争取更多时间，降低该病对孕妇和胎儿的危害，意义重大。

随着高通量组学技术的不断进步与发展，近年来有许多学者将上述方法用于GDM早期预测及诊断标志物的研究，研究的方向包括转录组学中微小RNA(miRNAs)、蛋白质组学、代谢组学及外泌体等，现已发现很多生物标志物能预测GDM发生，为早期发现及干预提供新的临床思路。因此本文将从以下几个方面就GDM的早期诊断标志物研究进展进行综述。

1 miRNAs

miRNAs是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，其大小为20～25个核苷酸，通过促进mRNA降解或抑制蛋白质翻译来调节基因表达[12]。miRNAs在物种间的广泛分布凸显了其在基因调控中的关键作用。此外，miRNAs的表达失调与各种疾病具有显著相关性，作为生物标志物在人类各种疾病中的作用已经被广泛研究，特别是在癌症中[13-16]。在糖尿病的研究中，循环miRNAs被认为是潜在的早期生物标志物[17]，主要用于1型糖尿病和2型糖尿病的诊断，并提出了一些潜在的miRNAs生物标志物[18-19]。近年来，临床学者也对miRNAs在GDM中的表达进行了临床试验研究，探讨其作为GDM早期诊断生物标志物的可能性。

有国外学者对妊娠早期GDM患者尿液中分离的胎盘外泌体进行miRNAs分析，结果发现与正常妊娠组比较，GDM组miRNAs的表达水平均显著增高，其中miR-16-5p、miR-517-5p、miR-518-3p预测GDM的曲线下面积(AUC)值均为1，miR-222-3p、miR-516b-5p的AUC分别为0.688、0.938[20]。生物标志物的预测效能由AUC来评估，根据生物标志物敏感度和特异度的配对值进行计算。一般来说，当AUC值在0.6以上时，预测模型被认为是可以接受的[21]。AUC值大于0.8则表示非常好的准确性，而大于0.9表示良好的诊断准确性[22]。Yoffe等[23]对妊娠早期孕妇外周血血浆进行定量逆转录聚合酶链反应检测发现，在GDM组和正常妊娠组中发现2个上调的miRNAs(miR-223和miR-23a)，其AUC值均为0.91，表明循环中的miRNAs可能是预测GDM的潜在生物标志物。Zhao等[24]对我国妊娠中期诊断GDM之前孕妇外周血进行低密度miRNAs阵列分析，随后进行定量逆转录聚合酶链反应验证，结果表明，有3个miRNAs(miR-132、miR-29a和miR-222)在GDM患者外周血中的表达水平与孕周相似的对照组比较显著降低，miR-132、miR-29a和miR-222的AUC值分别为0.64、0.65和0.65，当联合检测上述3个miRNAs时，AUC值增加至0.67，表明联合多种miRNAs生物标志物检测，可提高对GDM的预测能力。Cao等[25]采用定量逆转录聚合酶链反应检测我国妊娠中期孕妇外周血血浆miRNAs发现，GDM孕妇血浆中miR-16-5p、miR-17-5p和miR-20a-5p的相对和绝对表达均显著上调，AUC值分别为0.92、0.88和0.74。

2 蛋白质组学

众所周知，蛋白是生命功能的执行者，且疾病的发生和发展并非某一特定的蛋白在单独起作用，而是多个细胞及多种蛋白相互作用、相互影响导致的。蛋白质组学是特定的空间和(或)时间下，一个细胞、一类组织或一种生物的基因组所表达的全部蛋白质，旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。蛋白质组学是在“整体”蛋白质组范围内对蛋白质样品进行高通量的“全组”蛋白质直接鉴定，得到蛋白质组的“全组信息”，并在鉴定蛋白质的同时，对蛋白质组进行比较和相对定量分析，筛选出差异表达的蛋白质，并借助生物信息学手段构建差异表达蛋白质的功能调控网络，从整体水平揭示疾病发生的分子调控机制。这一研究方法能够监测生物样品中蛋白质的表达水平，发现生物标志物，了解疾病的潜在发病机制。对于疾病早期诊断、治疗及预后研究有着重大意义。近年来，越来越多的学者利用蛋白质组学研究方法来构建差异表达图谱或寻找诊断GDM的潜在生物标志物，试图把GDM的诊断时间提至妊娠早期，为预防和干预争取更多时间，降低该病对孕妇和胎儿的不良影响。

Ravnsborg等[26]采用靶向蛋白质组学技术对妊娠8～14周孕妇外周血进行研究，发现6种蛋白质差异显著，包括脂联素、载脂蛋白M、载脂蛋白D等；对于肥胖组(体质量指数≥27 kg/m2)，载脂蛋白M能很好地预测GDM，其AUC值为0.633；非肥胖组(体质量指数<27 kg/m2)，载脂蛋白D能很好地预测GDM，其AUC值为0.659；但无论是肥胖组还是非肥胖组，脂联素预测GDM的AUC值分别为0.712、0.671，均高于载脂蛋白的预测能力，表明脂联素是预测GDM最佳独立预测因子。Guo等[27]采用iTRAQ定量技术对妊娠15～20周孕妇尿液进行蛋白质组学研究，并通过酶联免疫吸附试验验证发现，孕妇尿液中有2种候选蛋白标志物(CD59和IL1RA)可作为GDM的早期无创诊断指标，IL1RA的AUC值为0.899，CD59的AUC值为0.729；而当CD59和IL1RA联合预测GDM时，其AUC值增加至0.906。Shen等[28]利用iTRAQ定量技术对妊娠12～16周及24～28周孕妇外周血血浆中的差异蛋白进行研究，发现共同存在的差异蛋白质有11个，并通过酶联免疫吸附试验验证发现，AOPE、F9、FGA对GDM均有较高诊断价值，其中APOE的AUC值高达0.965。Liu等[29]采用液相色谱-串联质谱技术对妊娠16～18周孕妇外周血进行蛋白质组学研究，结果表明GDM可诱导24种蛋白质表达水平发生变化，这些蛋白质包括妊娠相关蛋白、蛋白质代谢过程相关蛋白质、免疫球蛋白、C反应蛋白和其他蛋白质，并通过酶联免疫吸附试验证实了妊娠早期孕妇血浆中C反应蛋白和IGFBP2的异常表达，其AUC值分别为0.953和1。

3 代谢组学

代谢组学是采用高通量检测方法对某一生物或细胞在某一特定生理时期的所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。代谢组学的研究对象是小分子代谢产物，能够精确反映体内代谢的细微变化。GDM是一种妊娠期间糖代谢异常的代谢性疾病，因此有学者利用代谢组学方法对GDM进行相关研究，并发现一些GDM的早期诊断生物标志物。

Diboun等[30]采用串联质谱技术对妊娠中期孕妇外周血进行代谢组学研究，结果显示谷氨酸是GDM最好的预测因子，其AUC值高达0.81。联合多种代谢物分子或者GDM高危因素可获得更好的预测能力。Jiang等[31]利用高效液相色谱-电喷雾串联技术对我国妊娠早期孕妇外周血中氨基酸水平进行代谢组学研究，其结果表明丙氨酸、异亮氨酸和酪氨酸对预测GDM有较高的价值，其AUC值分别为0.604、0.594和0.588，然而异亮氨酸和酪氨酸联合预测GDM时，其AUC值增加到0.737。异亮氨酸和酪氨酸联合传统的GDM高危因素预测时，AUC值再次增加。Lu等[32]利用液相色谱-质谱法对妊娠早期孕妇外周血脂质代谢组学研究，发现联合三酰甘油(碳原子数双键数目为51∶1)、三酰甘油(48∶1)、卵磷脂(32∶1)和醚磷脂胆碱(40∶4)对预测GDM也具有较高的价值，其AUC值为0.71，当4种代谢产物分子联合年龄和体质量指数预测GDM时，其AUC值增加到0.74。Hou等[33]利用气液相色谱-质谱联合技术对我国妊娠中期孕妇外周血进行代谢组学研究，发现游离脂肪酸、支链氨基酸、有机酸和含氧有机化合物在GDM和正常孕妇间都有显著差异，2-氧-4-甲基颉草酸和氨基丁酸的AUC值均为0.687；当体质量指数、视黄醇结合蛋白4联合代谢产物乙酰基天冬氨酸、顺-7-十六碳烯酸预测GDM时，AUC值增加到0.751；由体质量指数、半胱氨酸C联合代谢产物乙酰天冬氨酸和6，7-二酮-LCA预测GDM时，AUC值则增加到0.749。Law等[34]采用超高效液相色谱-混合四极杆飞行时间质谱法对我国GDM不同时间段尿液进行代谢组学研究，其结果表明参与色氨酸代谢的6种代谢产物及嘌呤代谢的4种代谢产物都显示出作为较好候选生物标志物的能力，特别是在妊娠的前3个月和第二个3个月，其AUC值为0.72～0.77。Liu等[35]利用超高效液相色谱-混合四极杆飞行时间质谱法对我国GDM不同时间段尿液进行代谢组学研究，其研究结果表明L-苯基丙氨酸-L-脯氨酸、2-羟基嘌呤肉碱和左旋葡聚糖单独早期预测GDM的AUC值在0.70左右，而3种代谢物联合预测GDM时，其AUC值增加至0.96；该研究还显示在妊娠晚期，GDM和正常组之间的代谢谱无明显差异。这表明尿液代谢组学研究不仅可以预测妊娠早期的GDM，还可反映妊娠期GDM的进展，临床干预可在一定程度上恢复GDM代谢。

4 外泌体

外泌体是近年来新起的疾病研究方向，是由多种细胞分泌的一种双层脂质微型囊泡，内容物丰富，携带有蛋白、脂质和核酸等，可释放到血液、淋巴、羊水、唾液、泪液、尿液和乳腺分泌物等多种生物体液中，在细胞间通讯中发挥重要作用，也在妊娠并发症的病理生理过程中起着重要作用[36-37]。胎盘外泌体是妊娠期间由胎盘的组成细胞如合体滋养细胞、细胞滋养细胞、绒毛外滋养层细胞及胎盘血管内皮细胞等释放的微型囊泡，其中被覆胎盘绒毛的合体滋养细胞是产生胎盘外泌体的主要细胞[38]。胎盘来源的外泌体早在妊娠6周时就可在母体血浆中被检测到，并随着孕周的增加(妊娠6～12周)，母体血浆中的外泌体浓度也随之增加[39]。Liu等[40]通过比较正常孕妇和GDM孕妇不同孕期(早期妊娠11～14周、中期妊娠22～24周、晚期妊娠32～36周)胎盘外泌体发现，正常孕妇和GDM孕妇血浆中的外泌体浓度均随胎龄增加而升高，但GDM孕妇血浆中的外泌体浓度升高更为显著(分别是正常孕妇妊娠早期、中期和晚期的2.2、1.5和1.8倍)。表明血浆外泌体检测可作为无症状GDM的诊断工具。Arias等[41]同样评估了妊娠早期(妊娠11～14周)孕妇外周血中胎盘来源外泌体浓度，其预测GDM的AUC值为0.7982。胎盘外泌体携带从胎盘传导的大量信息，参与母体内多种反应，如血管生成、免疫调节和炎症反应等，在GDM的发病过程中扮演重要角色[39,42-44]。随着外泌体在GDM病理生理过程中研究的深入，外泌体作为预测GDM潜在生物标志物也成为一大研究热点。

综上所述，随着高通量组学及研究技术的兴起，已发现许多预测GDM的潜在生物标志物，这些标志物在任何孕周均可容易获取，不仅有助于了解GDM发病机制，还可为早期预测GDM提供新的思路与方向，从而能及早干预病情发展、改善患者妊娠结局及胎儿的预后。但也存在着许多问题，例如同一高通量组学研究的检测技术没有标准化；而且检测结果在文献中重复率较低等。这些生物标志物尚未得到大量临床数据证实，未达成统一的预测标准。因此还需对更大规模的不同人群进行更多的前瞻性研究，进一步探讨其应用价值。