文摘
尽管医学知识和技术的进步,摘要肺发育不良(BPD)的发病机理尚未完全理解虽然氧化应激似乎发挥了作用,导致新生儿学专家要求很高的管理这些病人。在这种背景下,代谢组学可用于理解,诊断和治疗这种疾病,因为它是最新的代谢物组学科学分析个体通过调查生物液体如尿液和血液。在这项研究中,18例承认卡利亚里大学医院的新生儿重症监护室登记。其中,11例对照组和7代表病人随后开发的桶。从每个病人的尿液样本收集7天的生活和分析1核磁共振耦合与多元统计分析。两组之间的判别代谢物指出丙氨酸、甜菜碱、trimethylamine-N-oxide,乳酸和甘氨酸。利用代谢组学,可以检测尿代谢组学指纹的新生儿的生命第一周后来出现桶。未来的研究需要确定这些有前途的结果表明可能的微生物群和氧化应激的作用,并将这些技术应用在临床实践中。
1。介绍
新生儿尤其是早产儿,特别容易受到氧化应激,作为他们的抗氧化酶水平是不够的,无法保护快速增长的组织,包括发展中肺癌、氧化损伤。摘要肺发育不良(BPD)的一个主要的并发症早产的光谱中包含“氧自由基疾病新生儿学”(1]。氧化应激的发病机理中发挥着关键作用早产新生儿的呼吸系统疾病,由于存在多个氧化抗氧化能力不足和增加刺激,引起早产,重症监护治疗,感染和炎症状态(2]。
桶是最常见的肺并发症在早产新生儿和它代表死亡的主要原因之一,极早产儿出生之前的第32周妊娠或出生时体重小于1500克。桶是一个非常复杂的病理和它已经广泛地查阅生理病理学、诊断、治疗和预防近年来(3]。
在过去的十年中,围产期医学的进步使一个更好的定义的发病机理和桶的特点,提高这类早产新生儿的存活率,但迄今为止它仍然是极其困难的坚定和有效治疗新生儿患有这种病(4]。
因此,减少发病率桶代表一个基本步骤减少有害后果的病理学和进一步减少其他疾病的发病率,破坏患者的肺功能和神经发展。
因此,能够识别早熟地受试者的风险更高的桶将允许一个改善这些患者的结果,为个性化医学[铺平道路5]。
个性化药物使用等新医疗技术在过去的十年中发现“组学”科学。其中有代谢组学相结合的多学科科学来源于几个方面不同的分支(物理、化学、生物学和医学)。
代谢组学的定义是“定量衡量multiparametric生命系统的动态代谢反应physiopathological刺激或基因修改”(6]。因此,它是科学研究的代谢物,即复杂系统的最终产品的代谢物的生化反应,释放在生物组织和体液。研究个体的代谢物可以概括其生化表型(7- - - - - -9),在这个意义上,代谢组学能够提供高分辨率的图片里面正在发生什么它的生命有机体在一定的时刻。这提供了一种系统研究的生化细胞过程产生的指纹。
此外,还可以准确地定义一个病理状态和执行监控有机体代谢反应的特殊疗法,但最有趣的一个方面是,它允许早熟甚至某些疾病在临床前阶段的识别。场,这似乎非常相关的是新生儿期。事实上,代谢分析可以提供关于风险的信息,预测、诊断和预后的各种疾病(10- - - - - -13]。因此,代谢组学出现相关工具提供有用信息的早期识别和管理复杂的儿科疾病如桶。寻找尿代谢轮廓区分早产新生儿谁将开发桶控制允许的最佳管理疾病及其并发症。我们已经发表了一项研究分析尿液出生时,在桶的发展14]。这些数据被研究证实羊水(15]。只有在目前的研究中,侧重于收集的尿液样本在产后生活的第七天,出生后的潜在影响进行了第一周的生活。本研究的主要目的是描述新生儿尿代谢物的影响桶使用1核磁共振光谱来检测代谢指纹作为预测和诊断工具用于病理。已经在这方面,尝试找到一个独特的代谢轮廓,从那些不歧视发展中桶早产,为了确定尽早后来在新生儿将病理学的发展。众所周知,氧化应激是重要的在各种类型的新生儿疾病的发病机制(例如,桶,呼吸窘迫综合征,早产儿视网膜病变,坏死性小肠结肠炎,和先天性畸形)。然而,需要更多的信息关于氧化应激相关的预测和诊断新生儿的状况。缺乏知识在个人进化条件对氧化应激损伤的易感性存在在早产儿的情况下倾向于桶。
2。患者和方法
2.1。病人
本研究包括18早产新生儿承认新生儿重症监护室(NICU)的卡利亚里大学医院从2012年1月1日到2014年9月30日。妊娠年龄在28周,出生体重低于1500克。父母被告知这项研究的目的和他们的书面同意。随后患者分为两组:第一组(12控制)由新生儿不受桶和第二组(7例),包括新生儿发达的桶。第一个病例组(3男性,女性9)平均27.9±0.9周的胎龄和出生体重平均1017±200 g。研究小组(4男性,3雌性)意味着孕龄27周,平均出生体重784±87克(见补充材料(可用在这里)孕产妇和新生儿人口统计信息)。从每个新生儿尿液收集的样本(大约1毫升),使用非侵入性方法在生活的第七天。如前所述(11),一个棉花球是插入到纸尿裤;然后尿液吸气通过使用注射器和转移到无菌2毫升瓶。收集后,所有的瓶后被立即冻结的叠氮化钠0.1% (w/v)和存储在−80°C到代谢组学分析。
2.2。试剂
在这项研究中使用的所有化学品均为分析纯。氧化氘(D)纯度99.9%和内部标准trimethylsilylpropanoic酸(TSP)核磁共振分析从Sigma-Aldrich购买(米兰,意大利)。氘磷酸盐缓冲剂(pH值7.4;1.5米)和TSP准备和用于pH值调整10%。
2.3。核磁共振分析
总共540毫升尿液样本的与60毫升的水混合磷酸盐缓冲溶液1.5米(pH值7.4)。TSP在D2O添加到提供一个内部参考化学变化(0 ppm)。样本随机分析如前所述[11]。不久,所有的1核磁共振光谱获得在500 MHz Inova(瓦里安公司,帕洛阿尔托,CA)光谱仪配备了5毫米三重共振探测z设在脉冲场梯度。一维1核磁共振光谱收集27°C Presat 1 d Noesy脉冲序列对水的抑制。校准和使用的相关参数如下:使用光谱宽度为7997.6赫兹,收购时间1.5秒,放松延迟2女士,90°脉冲的10.7毫秒,和扫描128。光谱处理执行使用MestReNova软件(版本7,S.L. Mestrelab研究西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉)。4.36和5.40 ppm之间的共振区域,水,是排除为了消除残余水信号,以及尿素,在5.40和6.16之间。随后,每个光谱连续划分为固定大小的“水桶”,0.04 ppm,排除TSP共振区域,和相应的光谱区域整合。最后的区域包括0.4和10 ppm之间的地区执行矩阵行样本,称为观察,和列桶,被称为变量。生成的矩阵归一化集成区域固定的总额100为了减少尿液样本的不同浓度的影响16]。
2.4。统计分析
最后的数据集是导入到SIMCA-P(版本14.0,Umetrics,瑞典)计划和之前帕累托扩展分析。主成分分析(PCA)和正交偏最小squares-discriminant分析(OPLS-DA),无监督和监督方法,分别应用于核磁共振数据集。PCA是一个投影方法用于获得样本的总体概述,强调集群,趋势,或离群值。
OPLS-DA分类方法,最大化的测量数据之间的协方差变量(NMR谱峰强度)的反应组内变量(类赋值)。生成的和值描述的预测能力和合适的可靠性,分别。排列的模型验证测试( )。排列测试是用来检查的有效性和over-fit程度模型。识别变量的重要性被表示为贵宾(变量投影重要性的)。使用贵宾名单,最重要的变量是翻译和识别通过Chenomx NMR套件软件(版本7,Chenomx Inc .,埃德蒙顿,加拿大)和HMDB数据库(17]。
3所示。结果
一个代表性的频谱1核磁共振尿分析如图1指出最相关的代谢物。的1应用核磁共振光谱学以及多元统计分析为了找出可能的代谢特征的早产新生儿早产新生儿相比发达桶不开发桶。数据集的主成分分析并没有显示任何集群的存在(未发表的结果)。基于霍特林的测试在95%信心和DModX测试,没有样品确认为异常值。因此,OPLS-DA应用以识别不同的两个类之间的可能的代谢。
OPLS-DA模型图2(一个)(黑点:控制,灰点:桶)。获得的结果表明,样本明显分为两组,表明控制和BPD-prone新生儿提供了一个明显不同的代谢轮廓。模型的参数= 0.81,= 0.66。高于0.5,这些参数支持模型的善良。验证OPLS-DA模型中,排列测试相应的PLS-DA模型。模型评估的意义到200年,所有的应用程序值的排列向量是低于原来的回归线有一个拦截零下(图2 (b))。结果清楚地表明,OPLS-DA模型在统计学上有效。
(一)
(b)
歧视的代谢物两类被确定通过分析S-plot和VIP列表(未出版)。变量(代谢物)与VIP得分> 1被认为是决定使用Chenomx NMR套件7.1。主要判别代谢物是识别和报告在表1。在细节,代谢物之间的分离导致控制和桶丙氨酸甜菜碱(增加桶组),trimethylamine-N-oxide (TMAO),乳酸和甘氨酸(减少桶组)。
4所示。讨论
我们研究的主要目的是描述新生儿受到尿代谢物的桶,以确定一个代谢组学指纹作为预测和诊断工具用于病理。在我们的研究人群中,1核磁共振分析尿液样本表明,早产的继续发展桶显示不同的代谢轮廓与健康对照组相比。
特别是,尿的多变量分析光谱强调集群分布,明显分离的早产儿的两组样本。法诺等人于2014年在前一个工作,尿液代谢轮廓的极度早产在生命的最初几个小时后来发达桶进行了研究。在这项研究中,这是推测,这个条件相关的细胞代谢活动能产生一种独特的代谢模型,区分的新陈代谢健康的新生儿。此外,它也表明,航空公司描述的毁灭桶可以广泛的细胞应激的原因(14]。虽然有一些由此产生的代谢物的差异,本研究的主要结果证实的假设。
丙氨酸是一种非必需的氨基酸使体内碳水化合物转换的丙酮酸或DNA的分解和二肽肌肽和愚笨的,哪些功能作为主要的能源资源。在骨骼肌,丙氨酸的合成成正比时主要增加的细胞内浓度的丙酮酸的降解率高脂肪酸为充满活力的目的,随后的经济放缓的三羧酸循环和酮体的形成。丙酮酸,在厌氧条件下,不能在克雷布斯循环氧化,所以它被转换成丙氨酸和乳酸。这些化合物被释放在循环系统,因此丙氨酸的原生质的增加可以解释其尿液的增加。此外,glucose-alanine周期刺激的增加血浆的糖皮质激素(皮质醇)的水平,以应对压力事件的物理起源、桶发生。丙氨酸水平平行的血糖水平。丙氨酸是一种重要的参与者和监管者的葡萄糖代谢。它已经表明,静脉注射葡萄糖负荷与桶婴儿导致静息能量消耗(净增加18]。出于这个原因,肺动脉压力的风险引起的基底的耗氧量和二氧化碳产量的增加导致葡萄糖负荷已经提出,我们观察到的丙氨酸水平可能与放松管制的葡萄糖和氧代谢。
乳酸在几个生化过程中扮演了重要的角色。乳酸是厌氧葡萄糖代谢的最终产物。减少乳酸BPD患者尿浓度相关也可以改变在三羧酸循环和科里循环。法诺等人的研究指出,在第一个24小时的生活,在新生儿将开发桶,有乳酸水平的增加是由于无氧糖酵解的活化反应减少氧含量(14]。经过7天的生命,作为本研究证明了,尿的乳酸水平相比下降的控制,可能由于代偿反应。事实上,乳酸在这个阶段可以运送到肝脏和用作gluconeogenetic前体(科里循环)。减少乳酸可以与氧化应激增加有关。乳酸可以有保护作用通过减少活性氧的形成或超氧化物阴离子的生产,减少我们的病人可以建议一个氧化应激条件的存在(19]。
在我们的研究中,甜菜碱的浓度在BPD患者增加。甜菜碱是胆碱氧化的产物和甲基供体,并参与许多生物过程,特别是DNA甲基化。
甲基化和巯基团体发挥关键作用在不同的细胞功能如DNA控制、信号转导和代谢途径。氧化应激对这些机制有显著影响(20.,21]。甲基捐助者是必要的代谢途径产生S-adenosyl-methionine,甲基的万能供血者,因此,对DNA的甲基化过程(至关重要22]。在这项研究由王et al .,它已经表明,口服摄入D9-betaine有关代循环D9-TMAO不管肠道菌群(23]。蓝玉,TMAO的前兆,不通过中间代谢产生;相反,它取决于肠道微生物胆碱和其他的前驱体分解掉。因此,肠道菌群有义务参与TMAO[的形成24,25和在TMAO生产中起着举足轻重的作用26]。出于这个原因,减少水平的TMAO BPD患者的尿液显示肠道菌群的改变。因为我们在之前的研究发现这种代谢物增加出生时,微生物群,这是合理的修改定性影响成熟过程。
关于甘氨酸,其新生儿受到桶尿水平较低相比在控制。甘氨酸在谷胱甘肽合成中扮演着重要角色,这是一种强大的抗氧化剂氧自由基等活性物种。一些早产的病态,如桶,与氧化应激相关的低水平的谷胱甘肽(27]。此外,甘氨酸干预在有机体的解毒的过程,因为它可以共轭和一些有害物质如苯甲酸、形成尿液中可消除的无毒的化合物,如马尿酸(28]。甘氨酸的抗氧化作用。甘氨酸改善氧化应激和抗氧化损伤酶活性,抑制NF -κB活化,阻止伊诺的表达(29日]。观察甘氨酸(乳酸)下降可能表明存在一个氧化应激条件或缺乏抗氧化防御。
高水平的马尿酸被发现在新生儿患反复呼吸道感染(RRI),桶是一个诱发因素。Bozzetto等人在2017年进行的代谢组学分析儿童的尿液样本群体遭受RRI,显示关于健康控制马尿酸的增加。最新的肠道微生物群的具体成分有关,似乎改变RRI儿童(30.]。
此外,航空公司的微生物群能够修改肺免疫系统的正常发育,导致微生物群本身的生态失调,易诱发肺部疾病的发生如桶(31日]。呼吸道微生物群组成的差异也与呼出的不同代谢呼吸冷凝(EBC)。之前已经观察到通过代谢组学分析,青少年受到桶保持在EBC代谢剖面不同于健康对照组(32]。
我们的研究结果支持所有这些假设自甘氨酸尿水平低桶中发现新生儿可能与必要性不消除这种氨基酸通过尿液,因为它是基础在不同的生物过程,如微生物群内稳态的解毒和维护。
当我们发表我们的第一个研究中,我们关注的可能性预测结果和桶的发展在6周的生命出生时尿液样本的考试。事实上,标题包含一个问号。我们的数据表明遗传因素决定论的桶(已经众所周知的文学),关联到一个子宫内的表观遗传组件如氧化应激和炎症(4]。Baraldi等人的发现羊水似乎支持我们的假设15]。本研究证实一些尿代谢物已经先前发现的参与(TMAO、乳酸)表示一个可能的微生物群作用实际修改第一周的生活。
5。结论
我们的结果确定了尿代谢指纹的新生儿患有BPD的第一周的生活。的1核磁共振代谢组学分析早产新生儿的尿液的代谢物的病人建立了趋势将开发桶与健康对照组相比。
这项初步研究的结果,铺平了道路,一个潜在的预测和早期诊断的桶。
未来的研究应该调查的代谢组学方法的诊断价值定义的演变早产儿与桶和其他氧化跟压力失调。
数据可用性
所有生成的数据或分析在研究过程中都包含在这篇文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
补充材料
表显示孕产妇和新生儿两组新生儿的人口统计信息。(补充材料)