Metabolomic Profiling of the Aqueous Humor in Patients with Wet Age-Related Macular Degeneration Using UHPLC-MS/MS （使用UHPLC-MS/MS对老年湿性黄斑退化患者房水进行代谢组学分析）
文献名：Metabolomic Profiling of the Aqueous Humor in Patients with Wet Age-Related Macular Degeneration Using UHPLC-MS/MS （使用UHPLC-MS/MS对老年湿性黄斑退化患者房水进行代谢组学分析）
期刊名：Journal of proteome research
发表时间：2020年4月15日
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jproteome.0c00036
影响因子：3.780
单位：天津市眼科医院，天津市眼科学与视觉科学重点实验室，天津医科大学眼科中心，天津医科大学眼视光学院
物种：人类
样品类型：房水
技术：非靶向代谢组学
一、 概述：
评估老年黄斑退化（AMD）的代谢组学改变情况可以为其发病机制提供更多见解。本文比较了湿性AMD患者(n = 26)和年龄、性别匹配的无AMD的白内障手术患者(n = 20)的房水代谢组学特征，采用超高效液相色谱串联质谱法进行了一项全球范围的非靶向代谢组学研究。伪发现校正后的单变量分析显示，291个代谢物中有18个代谢物发生了显著变化。这些差异代谢组学结果指出了三个相互关联的代谢通路：肉毒碱相关线粒体氧化通路，在衰老和免疫过程中发挥作用的碳水化合物代谢通路，和可能导致疾病的发病机理的激活渗透保护通路。这些结果表明，AMD的代谢功能障碍是以线粒体为中心的，后续可为湿性AMD的病理生理学和新的治疗策略研究提供新思路。
二、 研究背景：
老年黄斑退化(AMD）又称黄斑退化病，是导致老年人不可逆失明的主要原因之一。迄今为止，AMD的全球发病率达到1.96亿，并且预计2040年将增大到约2.88亿。AMD可分为无新生血管AMD和新生血管性AMD（也称为湿性AMD），后者是严重黄斑退化患者视力丧失的主要原因。该病的发病机制尚不清楚，通常被认为是由遗传线粒体缺陷和代谢功能障碍引起的多因素疾病。目前，代谢组学研究将重点放在确定AMD患者血浆水平代谢变化上，然而，血浆代谢组经常受到潜在的混杂变量如饮食和生活方式影响。房水（AH）可以部分反映发生于眼内的代谢改变，其代谢组学已经在其他眼病的前、后发展阶段得到了广泛的研究，包括青光眼、糖尿病视网膜病（DR）和近视等，这些研究表明，房水引起的代谢改变可以反映特定眼病的当前表型。本文利用UHPLC MS/MS来鉴别湿性AMD的差异代谢物和代谢通路的改变，从而为湿性AMD的发病机制和代谢通路改变研究提供更深入的证据。
三、实验设计：
四、研究成果：
1. 对照组和湿性AMD受试者的AH代谢谱
在正离子(A)和负离子(B) ESI模式下，对照和湿性AMD受试者的代表性房水代谢谱如下：
使用OPLS-DA比较两组之间的代谢物分布。结果显示湿性AMD和对照组之间有明显的分离（图2A）。同时，通过交叉验证和排列检验得到累积R2Y为0.993，Q2为0.736(图2B)。使用验证图可视化了一个包含200个置换模型的集群，排列检验结果显示，左侧的R2和Q2值均低于右侧原始点，Q2回归线截距为负，说明模型拟合良好。
2. 基于代谢产物改变的代谢网络变异
整体而言，在湿性AMD组与对照组间，291个代谢物中有18种代谢物的浓度出现显著差异。其中湿性AMD组5种代谢物浓度明显高于对照组，13种代谢物浓度低于对照组。这些结果表明，湿性AMD具有结合线粒体功能异常相关的异常氨基酸代谢(l -脯氨酸)、能量底物(肉碱、脱氧肉碱、TML)和碳水化合物代谢(顺式-附子酸和依他卡酸)的综合代谢特征。在这些代谢物中，已知顺式-附子酸和依他酸与年龄相关的氧化应激和先天免疫有关。其他参与渗透保护的代谢物如甘氨酸甜菜碱和肌酸，在AMD发病中也扮演重要角色。
3. 代谢通路分析
在发现湿性AMD与对照组之间的代谢物显著改变后，进行KEGG通路分析，以确定影响湿性AMD的生物通路。在湿性AMD患者中发现10条通路被改变，其中最显著富集的通路涉及精氨酸和脯氨酸代谢（P-value = 4.9×10-6）、赖氨酸降解(P-value = 4.37×10-5)以及ABC转运(P-value = 1.59×10-5)。
4. AH代谢物的关联分析
在代谢物之间进行Pearson两两相关分析，以研究湿性AMD个体调节代谢网络。值得注意的是，顺式-附子酸与依他康酸的正相关最显著，而顺式-附子酸和依他康酸与l -脯氨酸均负相关。此外，肉毒碱和肌酸之间有很强的相关性。
五、文章亮点（结论讨论）：
这是首次对湿性AMD患者AH代谢组学进行评估的研究。文章发现了四个主要特征：(1)氨基酸代谢改变，包括脯氨酸水平降低，赖氨酸降解导致的TML和脱氧肉碱浓度增加；(2)游离肉碱水平显著下降，某些酰基肉碱浓度增加，表明碱穿梭通路参与其中；(3)三羧酸循环和碳水化合物的代谢重构，(4)参与渗透通路的GB浓度增加。这些结果提示线粒体功能障碍以及改变的碳水化合物、氨基酸和脂肪酸代谢可能与湿性AMD的发病机制有关。
进一步的研究需要证实上述结果，并进一步研究湿性AMD的代谢途径，从而更全面地了解湿性AMD的病理生理机制。
阅读人：孙国莹
