尿有機酸代謝異常與早產兒視網膜病變的相關性分析_《中華眼底病雜志》

作者：

何露 ,  孫慧清

鄭州大學附屬兒童醫院河南省兒童醫院新生兒科系, 鄭州 450000;

關鍵詞：

早產兒尿代謝早產兒視網膜病變尿氨基酸尿代謝產物

DOI：

10.3760/cma.j.cn511434-20240116-00029

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目的觀察早產兒視網膜病變（ROP）患兒尿代謝產物氨基酸水平變化及其對ROP的影響，初步分析其可能參與ROP發生的氨基酸代謝途徑。方法回顧性隊列研究。2020年1月至2023年12月于鄭州大學附屬兒童醫院住院治療且出生胎齡＜32周的重度ROP患兒65例（ROP組）納入研究。選取性別、孕周匹配且眼底無ROP的早產兒50名作為對照組。采用氣相色譜質譜聯用儀檢測尿液中尿氨基酸及衍生物。兩組比較采用獨立樣本t檢驗。采用正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）模型對尿氨基酸進行代謝組學分析，變量投影重要性（VIP）分值＞1提示該物質為兩組差異表達氨基酸。采用受試者工作特征（ROC）曲線和曲線下面積比較尿氨基酸對重度ROP的預測價值。對t檢驗及代謝組學分析兩組差異較大的氨基酸歸一化后進行對比并行Pearson相關性分析。采用京都基因和基因組百科全書數據庫富集分析差異表達氨基酸參與ROP發生的代謝通路。結果與對照組比較，ROP組患兒尿代謝產物中草酸-2、亞硫基二乙酸-2濃度明顯降低，4-羥基丁酸-2、3-甲基戊烯二酸-2（1）、2-酮戊二酸-OX-2（2）、3,6-環氧-十二烷二酸-2濃度明顯升高，差異有統計學意義（t=0.036、0.005、0.038、0.032、0.022、0.011，P＜0.05）。OPLS-DA分析結果顯示，ROP組、對照組受檢兒尿代謝產物氨基酸分布于散點圖的左右兩個區域，兩組之間呈現滿意分離趨勢（R²Ycum=0.057 4，Q2cum=0.025 7，P＜0.05）；S-plot圖顯示偏向兩極的氨基酸分別是乙醇酸-2、磷酸-3、草酸-2、亞硫基二乙酸-2、4-羥基丁酸-2、3-甲基巴豆酰甘氨酸-1、3-甲基戊烯二酸-2（1）、2-酮戊二酸-OX-2（2）、3,6-環氧-十二烷二酸-2；篩選出VIP分值＞1的差異表達氨基酸11個，其中VIP分值最高的是草酸-2、甘油酸-3、磷酸-3、3-甲基巴豆酰甘氨酸-1、尿黑酸-3、亞硫基二乙酸-2。兩組氨基酸濃度差異最大的為4-羥基丁酸-2和亞硫基二乙酸-2；草酸-2與甘油酸-3之間相關性最大（r=0.830，P＜0.001），多數氨基酸之間表現為正相關。ROC曲線擬合分析結果顯示，11個差異表達的氨基酸聯合預測ROP的曲線下面積最大（0.816），截斷值為0.531，靈敏度和特異性分別為83.1%和70.0%。富集分析提示，11個差異表達的氨基酸涉及的主要通路途徑包括丁酯酸代謝、乙醛酸和二羧酸代謝、硫辛酸代謝。結論 4-羥基丁酸-2、3-甲基戊烯二酸-2（1）、亞硫基二乙酸-2、2-酮戊二酸-OX-2（2）、3,6-環氧-十二烷二酸-2氨基酸代謝異常可能對ROP的發生有一定影響。

引用本文： 何露, 孫慧清. 尿有機酸代謝異常與早產兒視網膜病變的相關性分析. 中華眼底病雜志, 2024, 40(6): 434-442. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20240116-00029 復制

早產兒視網膜病變（ROP）是引起早產兒童弱視、斜視、甚至失明的主要原因^[1]。近年隨著醫學的進步，早產兒成活率逐步增加，ROP患病率也相應增加。 ROP是一種多因素的視網膜血管生成異常增生性疾病，氨基酸代謝在血管生成中起著非常重要的作用^[2-3]。血管內皮細胞需依賴特定氨基酸進行增殖、遷移和存活，在血管生成的病理生理中具有既定功能的氨基酸和其中間體的代謝物參與其中^[4]。氨基酸代謝對視網膜血管生成影響具體機制目前尚不明確，營養也是影響ROP發生的主要因素，早產兒經腸內或腸外營養影響氨基酸代謝濃度^[5]。尿代謝篩查（尿有機酸分析）尿草酸測定是通過氣相色譜質譜技術進行無創、準確、快速的氨基酸代謝篩查，尿液中含有氨基酸、糖類、有機酸、醇類等代謝終產物，其濃度高于血清，是篩查和診斷有機酸尿癥及氨基酸代謝異常的重要方法。本研究采用氣相色譜-串聯質譜技術檢測一組ROP患兒的尿有機酸代謝情況，初步探討氨基酸代謝異常對ROP的影響。現將結果報道如下。

1 對象和方法

回顧性隊列研究。本研究經鄭州大學附屬兒童醫院倫理委員會審核（批準號：2024-K-079）；遵循《赫爾辛基宣言》原則；患兒監護人均獲知情并簽署書面知情同意書。

2020年1月至2023年12月于鄭州大學附屬兒童醫院住院接受篩查并治療的重度ROP患兒65例（ROP組）納入本研究。納入標準：（1）符合ROP國際分類修訂版診斷標準^[6]；（2）出生胎齡（GA）25～32周的重度ROP；（3）患兒母親無酗酒、吸煙、藥物濫用史及吸毒史等。排除標準：（1）先天性畸形、先天性遺傳代謝病或肝腎功能異常；（2）自動出院未能完成ROP篩查；（3）患有嚴重心、腦、肺等可能危及生命的嚴重全身疾病不能耐受檢查者；（4）死亡病例。

重度ROP定義為需進行抗血管內皮生長因子藥物或激光光凝治療的ROP，包括冷凍治療ROP定義的閾值ROP、早期治療ROP研究定義的閾值前I型ROP^[7]、急進型ROP、首次篩查診斷為4、5期的ROP^[8-9]。選取性別、孕周匹配且眼底無ROP的早產兒50名作為對照組。無ROP定義為未成熟或成熟血管形成。

ROP組65例中，男性37例（56.9%，37/65）；女性28例（43.1%，28/65）。GA（28.360±1.344）（25～32）周；出生體重（BW）（1 096.77±247.93）（600～2 000）g。對照組50名中，男性30名（60.0%，30/50）名；女性20名（40.0%，20/50）。GA（28.640±0.917）（25～32）周；BW（1 188.36±273.71）（770～2 160）g。兩組受檢兒之間GA、BW、母親年齡、1 min Apgar評分平均值比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）；性別構成比、肺表面活性物質（PS）及咖啡因應用、是否為通過輔助生殖技術受孕、生產方式、出生時是否患新生兒呼吸窘迫綜合征（RDS）、是否胎膜早破以及母親妊娠期糖尿病、高血壓發生率比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）；5 min Apgar評分平均值比較，差異有統計學意義（P＜0.05）（表1）。

表1 ROP組和對照組受檢兒基線資料比較

表選項

下載CSV

基線資料	ROP組（n=65）	對照組（n=50）	t/χ²值	P值
出生胎齡（周，x±s）	28.360±1.344	28.640±0.917	?1.318	0.190
出生體重（g，x±s）	1 096.77±247.93	1 188.36±273.71	?1.923	0.057
男性（例，%）	37，56.9	30，60.0	0.110	0.740
母親年齡（歲）	30.72±4.96	30.15±5.36	0.606	0.546
Apgar評分
1 min	5.84±2.50	6.59±2.39	?1.404	0.164
5 min	6.46±2.24	7.45±1.42	?2.243	0.029
PS應用（例，%）	42，68.9	31，67.4	0.026	0.872
咖啡因應用（例，%）	45，72.6	35，81.4	1.088	0.297
RDS（例，%）	49，75.4	35，70.0	0.416	0.519
輔助生殖技術受孕（例，%）	9，13.8	5，10.0	0.391	0.532
生產方式（順產）（例，%）	36，55.4	29，58.0	0.079	0.779
產前類固醇應用（例，%）	9，15.8	4，8.5	1.248	0.264
多產（例，%）			2.376	0.305
1	41，63.1	38，76.0
2	21，32.3	11，22.0
3	3，4.6	1，2.0
胎膜早破（≥24 h）（例，%）	15，28.3	10，25.0	0.126	0.722
妊娠期糖尿病（例，%）	10，16.9	10，21.3	0.320	0.572
妊娠期高血壓（例，%）	14，23.7	12，25.5	0.046	0.830
注：ROP：早產兒視網膜病變；PS：肺表面活性物質；RDS：新生兒呼吸窘迫綜合征

尿液標本于早產兒出生7 d內使用未開封尿管收集，置于0～4℃冰箱中保存。48 h內采用日本島津公司GCMS-QP2020 NX氣相色譜質譜聯用儀檢測尿液中134種尿氨基酸及衍生物。

采用SPSS25.0軟件行統計學分析。符合正態分布的計量資料以均數±標準差（x±s）表示，兩組比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以例（%）表示，兩組比較采用χ²檢驗。采用正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）進行多維建模，平面化數據集，使用R²Ycum（擬合優度）和cum相關Q2（Q2cum，預測優度）驗證模型質量；變量投影重要性（VIP）分值＞1為兩組差異表達氨基酸，VIP分值越大即該氨基酸對ROP影響越大。采用受試者工作特征（ROC）曲線和曲線下面積（AUC）比較尿氨基酸對重度ROP的預測價值，并確定其靈敏度和特異性。AUC＜0.5為無診斷價值；0.5～0.7為有較低的準確性；＞0.7～0.9為有較高的準確性；＞0.9為高準確性。對t檢驗及代謝組學分析兩組差異較大的氨基酸歸一化后進行對比并行Pearson相關性分析。采用京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路富集分析差異表達氨基酸的生物學功能。顯著性水平雙側α=0.05。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 尿代謝產物氨基酸濃度比較

與對照組比較，ROP組患兒尿代謝產物中草酸-2、亞硫基二乙酸-2水平明顯降低，4-羥基丁酸-2、3-甲基戊烯二酸-2（1）、2-酮戊二酸-OX-2（2）、3,6-環氧-十二烷二酸-2水平明顯升高，差異有統計學意義（P＜0.05）（表2）。

表2 ROP組、對照組尿代謝產物氨基酸篩查結果比較（μmol/mmol， x±s）

表選項

下載CSV

尿代謝產物氨基酸	ROP（n=65）	非ROP（n=50）	t值	P值
草酸-2	12.09± 21.01	24.39± 36.35	?2.134	0.036
4-羥基丁酸-2	0.07± 1.00	0.04± 0.07	2.104	0.038
亞硫基二乙酸-2	7.46± 9.38	3.51± 5.05	2.891	0.005
乳酸-2	11.10± 2.59	14.86± 25.38	?0.838	0.404
3-甲基戊烯二酸-2（1）	2.25± 1.49	1.70± 1.15	2.172	0.032
2-酮戊二酸-OX-2（2）	0.89± 1.47	0.04± 0.70	2.335	0.022
3,6-環氧-十二烷二酸-2	0.73± 0.71	0.43± 0.49	2.593	0.011
2-羥基異丁酸-2	0.23± 0.30	0.53± 1.59	?1.314	0.195
己酸-1	0.18± 0.20	0.17± 0.25	0.274	0.785
乙醇酸-2	1.16± 0.98	1.29± 1.15	?0.622	0.535
2-羥基丁酸-2	0.52± 1.88	0.61± 1.45	?0.285	0.777
乙醛酸-OX-2	6.86± 6.17	8.07± 10.00	?0.756	0.452
3-羥基丙酸-2	1.34± 1.73	1.32± 1.57	0.064	0.949
丙酮酸-OX-2	15.67± 18.74	47.28±183.67	?1.212	0.231
丙戊酸-1	0.05± 0.09	0.07± 0.12	?1.315	0.191
3-羥基丁酸-2	1.74± 4.33	1.77± 4.83	?0.029	0.977
3-羥基異丁酸-2	3.57± 4.03	4.18± 5.79	?0.659	0.511
2-羥基異戊酸-2	0.64± 1.82	0.68± 1.47	?0.136	0.892
2-甲基-3-羥基丁酸-2	0.24± 0.77	0.14± 0.17	0.913	0.363
丙二酸-2	0.30± 0.77	0.14± 0.17	0.026	0.979
3-羥基異戊酸-2	3.12± 4.43	2.98± 3.71	0.182	0.856
2-酮異戊酸-OX-2	0.14± 0.20	0.25± 0.51	?1.381	0.172
甲基丙二酸-2	0.61± 0.50	0.65± 0.63	?0.365	0.716
2-羥甲基丁酸-2	3.50± 4.16	2.35± 2.78	1.767	0.080
尿素-2	56.65±155.16	30.59± 65.35	1.113	0.268
注：ROP：早產兒視網膜病變

2.2 尿代謝產物氨基酸OPLS-DA模型分析

OPLS-DA模型分析散點圖結果顯示，ROP組、對照組可以達到較好的分離效果和預測效果。ROP組、對照組受檢兒尿代謝產物氨基酸分布于散點圖的左右兩個區域，分別裝載負分數、正分數（圖1），兩組之間呈現滿意分離趨勢（R²Ycum=0.057 4，Q2cum=0.025 7，P＜0.05）。

圖1 ROP組、對照組受檢兒尿代謝產物氨基酸OPLS-DA模型分析散點圖

橫坐標示預測組成分，呈現組內差異；縱坐標示正交組成分，呈現組內離散程度　ROP：早產兒視網膜病變；OPLS-DA：正交偏最小二乘判別分析

圖選項

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《中華眼底病雜志》

尿有機酸代謝異常與早產兒視網膜病變的相關性分析

摘要 全文 圖表 視頻 參考文獻 施引文獻 補充材料

1 對象和方法

2 結果

2.1 尿代謝產物氨基酸濃度比較

2.2 尿代謝產物氨基酸OPLS-DA模型分析

2.3 ROC曲線分析

2.4 與ROP相關的尿代謝產物氨基酸之間的相關性分析

2.5 差異氨基酸信號通路富集分析

3 討論

1 對象和方法

2 結果

2.1 尿代謝產物氨基酸濃度比較

2.2 尿代謝產物氨基酸OPLS-DA模型分析

2.3 ROC曲線分析

2.4 與ROP相關的尿代謝產物氨基酸之間的相關性分析

2.5 差異氨基酸信號通路富集分析

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