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【代谢专栏】代谢分型:氨基酸代谢失调可诊断自闭症亚型

2018-11-27
中科新生命
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前一段时间,我们写过一篇软文:【代谢专栏七】实验组,对照组,傻傻分不清楚?用代谢组抢救一下!在这篇软文中,我们针对分组或表型差异不明确的情况,给大家介绍了靶向代谢组学技术在建立分组和表型上的应用。今天我们继续代谢分型这个话题,给大家介绍一篇靶向代谢组学技术在疾病亚型诊断上应用的文献。



研究背景


自闭症谱系障碍(ADS,Autism Spectrum Disorder)的病征包括异常的语言能力、异常的交往能力、狭窄的兴趣以及固执的行为模式。全球目前自闭症患儿已经超过6700万,在美国自闭症的发病率为1:59。大多数自闭症患者还伴随着其他的一些症状,40%的自闭症患者智力残障,50%自闭症患者伴随着交流情绪,25%的自闭症患者患有癫痫,25%的自闭症患者患有胃肠道疾病。目前自闭症的病因未知,或是由基因、代谢和环境等一些列因素共同引起

闭症孩子在3岁之前,通过后天的特殊教育辅导进行干预治疗可以帮助孩子在后天社会适应能力方面的提高起到良好的作用,且效果越早越好。然而目前并没有特别可靠的生物标志物可以用于自闭症的诊断。其他科研人员的研究以及作者之前的研究都观察到自闭症患者的氨基酸代谢失调现象,因此作者想要确定氨基酸代谢失调是否是自闭症患者中的普遍现象,并希望找到这一亚型


文献小笔记

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Biological Psychiatry 2018 IF=11.982

样本:血浆

技术:靶向氨基酸检测

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实验流程




研究结论

1. 样本选择

这项研究中一共包含516名自闭症(ASD)儿童和164名年龄匹配的正常发育的儿童(TYP),分为训练集和测试集。训练集招募了338名儿童,其中自闭症儿童253名,年龄匹配且发育正常的儿童作为对照组85名。测试集 342名儿童,自闭症儿童263名, 对照组79名。训练集和测试集的人口统计特征如下:


从这个表中可以看出,自闭症儿童的占比(ASD Prevalence (%)、儿童发育商数(DQ)、性别组成在训练集和测试集中没有明显差别(p>0.05),但是,男性在总的ASD儿童中所占的比例比在总的TYP儿童中所占的比例要高16.5%(p<0.01)。ASD儿童比TYP儿童大3.3个月(p<0.01)。训练集中的ASD儿童比测试集中的ASD儿童大1.4个月(p<0.01)。

2. 氨基酸含量不受样本组成的影响

为了进一步验证ASD和TYP的组成差异是否对氨基酸的检测结果有影响,作者采用协方差分析(ANCOVA)对训练集中检测到的31种氨基酸进行了分析,结果显示诊断、年龄、性别以及它们之间的相互作用都不会对检测到的氨基酸含量有显著影响。部分协方差分析结果如下所示:

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3. 聚类分析

作者首先是对训练集中检测到的氨基酸两两之间进行皮尔森相关性分析,然后根据相关性分析的结果进行聚类分析,结果如下所示。从图中可以看到3个呈正相关的cluster。Cluster 1包括丝氨酸,甘氨酸,鸟氨酸,4-羟基脯氨酸,丙氨酸,谷氨酰胺,高丝氨酸和脯氨酸等代谢物;Cluster 2包括支链氨基酸BACC(亮氨酸,异亮氨酸和缬氨酸)和苯丙氨酸,其中BCAAs之间的相关性比BCAA与苯丙氨酸的相关性更高。Cluster 3包括谷氨酸和天冬氨酸。图中黄色框标记的部分是甘氨酸Cluster与BACCCluster交叉的地方,呈负相关。作者决定将他们的分析集中在与BCAA负相关的甘氨酸Cluster的代谢物上。因为脯氨酸与BCAAs没有负相关,所以被除去。苯丙氨酸不是支链氨基酸,所以也被除去了。

                          

4. 自闭症亚型的鉴定

作者将氨基酸与BACC的比率(AA:BACC)作为ASD诊断的预测因子进行评价。BCAA中的氨基酸作为分母,甘氨酸Cluster中的氨基酸作为分子。研究结果显示谷氨酰胺、甘氨酸和鸟氨酸与支链氨基酸的比值失衡,存在于16.7%的ASD儿童中,可作为诊断标志物,特异度达96.3%,阳性预测值达93.5%。ASD儿童中80%氨基酸代谢失调的患者都可以被区分,为自闭症亚型。


综上,自闭症的诊断目前缺乏可靠的生物标志物,作者通过分析18-48月龄的自闭症患儿和正常儿童的血浆氨基酸组成,鉴定出可用于准确诊断一部分自闭症患儿的生物标志物,为ASD诊断和个体化干预的提供了依据。




小编心得


1. 氨基酸

氨基酸是蛋白质组成的单位、重要的能量物质来源和前体物质,也是生命活动最重要的功能物质,参与能量代谢、免疫调控、内分泌调节、信号传导等生物过程,与肿瘤、心血管疾病、代谢性疾病、神经系统疾病的研究密切相关。

在神经系统疾病方向,氨基酸除了与自闭症相关之外,也与抑郁症有关。详见APT客户文献解读:代谢组学研究 | 儿童青少年抑郁的潜在独立诊断标志物


2. 靶向代谢组学

因为作者只关注氨基酸,所以作者采用的是靶向氨基酸的检测方法。靶向代谢组学采用的是MRM的检测方法,比非靶代谢组学具有更高的特异性、灵敏度和精确度中科新生命可以提供氨基酸、能量代谢、短链脂肪酸、中长链脂肪酸、花生四烯酸、胆汁酸和植物激素等多种靶向kit,欢迎感兴趣的各位老师前来咨询。