快报 | 氨基酸代谢谱作为活动性肺结核免疫诊断和预后的生物标志物

作者：孙运梅，廖云莉，熊娜婷，贺星，张惠华，陈晓敏，肖国辉，王召钦，饶维桥，张国良

第一作者及单位：孙运梅，深圳市第三人民医院/国家感染性疾病临床医学研究中心；廖云莉，深圳华大医学检验实验室；熊娜婷，广东医科大学；贺星，深圳市第三人民医院/国家感染性疾病临床医学研究中心

通信作者及单位: 饶维桥，深圳华大医学检验实验室；张国良，深圳市第三人民医院/国家感染性疾病临床医学研究中心

Amino acid profiling as a screening and prognostic biomarker in active tuberculosis patients

Sun Y, Liao Y, Xiong N, He X, Zhang H, Chen X, Xiao G, Wang Z, Rao W, Zhang G.

Clin Chim Acta, 2023, 548:117523.

doi: 10.1016/j.cca.2023.117523.

PMID: 37625512.

研究背景

结核病 (TB) 是世界上最致命的慢性传染病之一，早期诊断有助于减少疾病在人群中的传播。诊断结核病的传统方法依赖于痰培养、涂片镜检和Ｘ线摄片。其中，痰培养是结核病诊断的金标准，但检测周期长；涂片镜检敏感度低，且合格的痰液标本不易获取。因此，发展非痰液标本诊断方法是结核病研究领域的一个重要课题。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是生物体的基本组成部分。它们除了在蛋白质合成中的作用外，也是宿主免疫细胞的重要营养物质。氨基酸通过腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）合成、核苷酸产生和氧化还原平衡来协助宿主细胞内的代谢途径，激活生长因子和T细胞刺激氨基酸快速增殖。基于氨基酸在生物功能和结构以及能量来源中的作用，认为了解临床患者氨基酸的动态变化对于发现新的生物标志物、诊断工具以及结核感染的病理生理过程是有益的，但血液中必需氨基酸的含量在活动性结核病筛查中的作用尚不明确。

研究方法

本研究收集健康人 (HC组)、肺结核患者 (PTB组)、治愈肺结核患者 (RxPTB组) 和其他非结核性肺炎患者 (PN组) 的血液样本，采用超高效液相色谱-串联质谱技术检测全血和血浆中的氨基酸谱水平。统计分析20种氨基酸在HC、PTB、PN和RxTB不同组别中的差异，并评估单一差异氨基酸和Random Forest模型对结核病的诊断效果，以及结核病患者高分辨率CT（HRCT）评分与氨基酸水平的关联性分析。

研究结果

1.氨基酸在血浆和全血中的含量及其对结核病的筛查效果：血浆中20种氨基酸的数据表明，谷氨酰胺和鸟氨酸水平在HC和PTB患者组间表现出显著变化（P值均 <0.05）（图1A）。全血的数据显示，瓜氨酸在HC和PTB及PTB和PN之间的差异均有统计学意义（ P值均<0.05） (图1B)。此外，我们分析了它们在血浆中与全血中的含量比例。结果显示，苯丙氨酸在PTB组中的比值明显高于HC组（P <0.05） (图1C)。ROC曲线分析表明：苯丙氨酸对区分HC和PTB的筛选效果较好 (AUC = 0.924)。

2. Random Forest模型分析：为了更客观地评估氨基酸水平是否能够将PTB组与HC组区分开，本实验构建了Random Forest模型（图2）。结果表明，基于氨基酸在血浆/全血中的含量建立的Random Forest模型显示出良好的PTB筛查效果，其敏感度为84% (95%CI：60%～97%)，特异度为97% (95%CI：83%～100%)。

3.氨基酸水平与HRCT评分的相关性分析：进一步分析PTB患者的HRCT评分发现，氨基酸水平与其具有相关性（图3）。在血浆中，谷氨酰胺水平与HRCT评分显著负相关（r = -0.300, P= 0.002）；而在全血中所有氨基酸的水平均与HRCT评分无显著相关性。酪氨酸在血浆/全血中含量的比值与PTB患者的HRCT评分呈负相关（r = -0.238, P= 0.027）。

4.治疗后血浆与全血氨基酸的差异：通过比较分析PTB组与RxTB组之间血浆和全血中的氨基酸水平，可以发现血浆中鸟氨酸水平和全血中谷氨酸水平在治疗后均出现明显下降，而天冬酰胺呈现上升结果。

研究结论

HC、PTB、PN和RxTB等不同组别的氨基酸谱有较大差异，血浆中苯丙氨酸水平/全血中苯丙氨酸的比值和以氨基酸在血浆中含量/全血中含量的比值建立的Random Forest模型均可在HC组和PTB组之间有效地诊断出PTB。HRCT评分与氨基酸水平的相关结果表明：血浆谷氨酰胺含量与疾病严重程度呈显著负相关。综上所述，氨基酸谱可用于结核病筛查，氨基酸含量也可以反映肺损伤的严重程度和抗结核治疗的疗效。

本文来自于“中国防痨杂志期刊社”公众号