项目文章Med | 首次！北京大学/中医科学院/安贞等团队多组学绘制人急性升主动脉综合征代谢图谱！
2026-10-16
中科新生命多组学服务
31
急性 A 型主动脉夹层（ATAAD）是临床最凶险的急性主动脉综合征之一。它约占急性胸主动脉疾病的 75%，发病初期死亡率以每小时 1%–2% 的速度攀升，若得不到及时干预，一周内死亡率高达 90%。尽管医学界已明确 ATAAD 的核心病理表现为主动脉中膜退变与炎症细胞浸润，但其背后的代谢重编程机制尚不清楚——过去相关研究多停留在血液等体液层面，对“病变主动脉组织本身发生了什么代谢改变”缺乏系统、定量的刻画。
这正是深度空间代谢组与多组学整合的最佳发力点。近期，首都医科大学附属北京安贞医院杜芸辉、杨秀滨和杜智勇联合北京大学逯颖媛等研究团队在《Med》上发表重磅研究“Large-scale quantitative metabolomics and mass spectrometry imaging define the metabolic atlas in human acute type A aortic dissection”，首次以“定量 + 空间”双视角，绘制了人 ATAAD 升主动脉的大规模代谢图谱，并为提升ATAAD的风险评估以及未来预防性干预措施的开发提供了有前景的候选目标。中科新生命荣幸为该研究提供深度空间代谢组、代谢组、脂质组和转录组服务。
ATAAD 患者 20 例、主动脉瘤（ATAA）患者 20 例、健康供体（NATA）20 例，采集主动脉组织；196 例ATAAD患者，中位随访 5 年，用于关键代谢物的独立预后验证（期间 22 例发生主要不良主动脉事件 MAAE）；小鼠主动脉夹层模型；体外细胞模型。
所有人体样本均经 CTA 确诊与 H&E 染色分型，受试者均为中国人群。
研究整合了四大组学数据，构成“定量 + 空间”的完整证据链：
1）靶向代谢组：覆盖 486 种亲水/极性中性代谢物，实际检测 374 种（17 个亚类）；
2）广靶脂质组：覆盖 2,061 种脂质，实际检测 975 种（20 个亚类）；
3）转录组：鉴定差异表达基因，与代谢物联合构建调控网络；
4）深度空间代谢组（MALDI 2 质谱成像）：对主动脉组织原位成像，直接定位关键代谢物在中膜、内膜的空间分布。
在急性胸主动脉夹层（ATAAD）、胸主动脉瘤（ATAA）和健康供体组之间，年龄、性别分布、高血压、2型糖尿病、高胆固醇血症、吸烟或饮酒状况均无显著差异（所有p > 0.05），仅 ATAAD 组 D-二聚体显著升高，排除了混杂干扰。靶向代谢组 PCA 清晰显示ATAAD 与 ATAA、健康组存在明显差异。与正常相比，ATAAD 患者主动脉中多种羧酸及衍生物、氨基酸、含氮有机物、吡啶核苷酸、嘌呤核苷等普遍上调；与 ATAA 相比，有机酸及其衍生物、氨基酸、嘌呤核苷、胺类等同样显著升高。ATAA患者与健康供体在多个代谢物类别上存在显著差异，例如羧酸及其衍生物、脂质样分子以及有机杂环化合物。
图1 本文总览
图2 对来自ATAAD患者、ATAA患者和健康供体的主动脉组织样本中亲水性代谢物定量数据集进行模式分析
广靶脂质组检测到 975 种脂质，PCA分析同样展示出 ATAAD 独立聚类；但其改变集中在少数甘油磷脂亚类（PC、PE、PS）、二酰甘油与鞘脂等，且 ATAA 与健康对照的脂质谱高度重叠，仅硬脂酸、二甘油酯、磷脂酰丝氨酸及四种磷脂酰甘油在表达上存在差异。
图3 来自健康供体、ATAAD患者和ATAA患者的主动脉组织样本中脂质组数据的模式分析
KEGG 富集显示，ATAAD 的差异代谢物显著富集于嘌呤/嘧啶代谢、氨基酸代谢、尿素循环、烟酸/烟酰胺代谢与磷脂合成；转录组-代谢组联合网络进一步印证嘌呤和嘧啶代谢、精氨酸代谢、丙氨酸代谢、烟酰胺/烟酸代谢等通路中基因与代谢物的强关联。
图4 与ATAAD相关的代谢改变的通路富集及代谢网络
深度空间代谢组检测将结果划分为 8 个代谢亚群，ATAAD 与另外两组存在显著差异的代谢物主要定位于中膜（clusters 1/3/5）与内膜（cluster 7）的代谢亚群，空间质谱成像结果显示，通过通路富集分析发现，在ATAAD与NATA及ATAA相比时，代谢物的变化结果显示，中膜和内膜层中嘧啶/嘌呤代谢以及谷氨酸/谷胱甘肽代谢通路显著富集。血管损伤与炎症相关通路（平滑肌收缩、NF-κB、血小板活化、MAPK）亦显著富集。包括血管平滑肌收缩、NF-κB信号通路、血小板活化以及丝裂原活化蛋白激酶信号通路。
图5 深度空间代谢组揭示来自ATAAD患者、ATAA患者以及健康供体主动脉组织中代谢物主要差异
图6 深度空间代谢组直观展示在ATAAD、ATAA和NATA中差异代谢物及其相关代谢通路的空间分布
研究同时展示了深度空间代谢组分析中所有样本的H&E染色结果。在嘧啶和嘌呤代谢方面，与其他两组相比ATAAD主动脉组织的中膜和内膜层中，包括次黄嘌呤、尿苷、脱氧胞苷、甲基丙二酸、二氢尿嘧啶、鸟苷、腺嘌呤、肌苷和尿酸等代谢物显著升高。在氨基酸代谢方面，谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和酪氨酸的代谢出现异常，焦谷氨酸、酪氨酸和谷氨酰缬氨酸等代谢物在ATAAD样本的中膜和内膜层中富集。此外，研究展示了富集钙信号通路和血管平滑肌收缩通路等通路失调的代谢物空间分布。
研究从核心通路中锁定焦谷氨酸（谷氨酸代谢）和次黄嘌呤（嘌呤代谢）。在 196例ATAAD患者组成的前瞻性队列中，二者基线血浆水平与发生主要不良主动脉事件（MAAE）正相关：AUC 分别为 0.74 与 0.71；多因素 Cox 回归 HR 达 2.68 与 2.61（均 p<0.005）。Kaplan-Meier 显示基线代谢物水平位于上半部分的患者，其无 MAAE 生存率显著低于下半部分患者。
随后的体内实验证实，补充次黄嘌呤或焦谷氨酸加重小鼠夹层、提高死亡率，而对应抑制剂显著降低夹层发生率与死亡率。体外实验显示，二者均可诱导血管平滑肌由收缩表型向合成表型转换（α-SMA 下降、MMP-2 上升）、增加迁移，并增强内皮通透性、损害管形成、诱导凋亡与炎症黏附分子上调；RNA-seq 锁定 SMAD7、EGR1、CYP1B1、ICAM-1 等上调基因，效应可被抑制剂逆转。
图7 ATAAD调控关键代谢物的空间可视化与预后验证
该研究首次构建了人主动脉在 ATAAD、ATAA 与正常状态下的“定量 + 空间”代谢图谱，揭示以中膜/内膜为核心的嘌呤与氨基酸代谢重编程，并证明次黄嘌呤、焦谷氨酸可作为急性主动脉疾病的风险分层标志物与潜在治疗靶点，为后续机制研究与靶向干预奠定了坚实基础。
中科优品推荐
中科新生命·深度空间代谢组——让每一张切片，都讲出分子空间分布的故事。
· MALDI 2离子化策略—检测更灵敏、覆盖更全面；
· 离子淌度分离—离子利用更高效、鉴定更准确
关于中科新生命
上海中科新生命生物科技有限公司（APTBIO）创立于 2004 年，由原中国科学院上海生命科学研究院蛋白质组研究中心孵化而来，是国内质谱多组学应用领域的开拓者。公司以 “AI + 质谱多组学” 双核驱动创新，构建智能化组学生态。拥有自主知识产权的质谱检测平台与 AI 大数据分析系统，聚焦科技服务、生物医药及大健康消费三大领域，为全球科研机构、医院、药企提供从基础研究到临床转化的一站式解决方案。融合多组学技术与人工智能，围绕生物标志物发掘、药物靶点筛选及个性化诊疗等方向，构建具有国际竞争力的组学数据库与算法模型，推动转化医学进程，加速创新药物研发，成为推动生命科学数字化升级的核心引领者。
