Diabetologia: 增殖性糖尿病视网膜病变的玻璃体代谢组学分析

2020年10月，哈佛医学院等单位的相关研究人员在《Diabetologia》（IF: 7.52）上发表了题为“Vitreous metabolomics profiling of proliferative diabetic retinopathy”的研究论文，证实了先前研究中确定的玻璃体代谢物的变化，并确定了可能导致PDR治疗策略的新型失调代谢物。

亮点概述：

验证了在糖尿病性视网膜病中发现的许多玻璃体代谢物；还发现了一个新的目标：与对照组相比，PDR患者的玻璃体液中的肌酸水平降低了。

与正常氧相比，小鼠氧气诱发的视网膜病变模型中的肌酸水平也降低了。

补充肌酸可抑制小鼠氧诱发的视网膜病变中的视网膜新血管形成。

研究背景：

糖尿病的患病率正在增加，并且糖尿病性视网膜病是全世界视力丧失的主要原因。增殖性糖尿病视网膜病变（PDR）是糖尿病性视网膜病变的最晚期，其特征在于新血管形成（NV），并伴有黄斑水肿，牵引性视网膜脱离和出血，导致视力减退。PDR的当前治疗策略如激光光凝术和抗血管内皮生长因子（VEGF）注射并不总是能控制疾病的进展。因此，重要的是确定视网膜NV的新途径，以开发替代性的预防性治疗方法来治疗PDR。

代谢组学以基因组学、转录组学和蛋白质组学为基础，旨在鉴定低分子量（<1500da）的代谢物，如脂类、氨基酸、核苷酸、维生素和多元醇。在眼科学中，玻璃体体液的成分被用作视网膜代谢的读数。在PDR患者中，玻璃体体液中的生化变化反映了视网膜内稳态的变化。

研究人员采用超高效液相色谱-质谱联用技术分析了43例PDR患者和21例非糖尿病视网膜前膜对照（ERM）患者（年龄27～80岁）玻璃体样品中的代谢物。使用0.05的FDR，我们发现158种代谢产物（在玻璃体样品中检测到354种）在PDR和ERM患者的玻璃体液之间存在差异。在这158种代谢产物中，PDR样品增加了74种，而ERM样品增加了84种。为了更好地了解与PDR患者玻璃体代谢谱变化相关的代谢途径，研究人员对前50种变化最严重的代谢物进行了代谢物集富集分析，发现甘氨酸、丝氨酸、精氨酸和脯氨酸氨基酸代谢显著富集。

玻璃体液中的代谢组学分析

人体玻璃体代谢物的富集分析

为了确认患者队列和我们分析的有效性，接着，研究人员将数据与已发表研究进行了比较，以验证分析的有效性。结果表明，在PDR中丙酮酸、乳酸、脯氨酸和尿囊素增加，这在以前的研究中得到证实。我们还发现以下先前未报告的代谢产物在PDR玻璃质样品与对照玻璃质样品之间有显着差异：肌酸，二甲基甘氨酸，N乙酰基丝氨酸，琥珀酸和α-酮戊二酸。

分层聚类方法在人类玻璃体液中形成代谢物，前30种差异表达代谢物的热图。

根据代谢物富集分析，发现与ERM对照样品相比，PDR玻璃体样品中的甘氨酸代谢产物肌酸含量较低（FDR <0.001），而甘氨酸含量较高（FDR < 0.001）。两组之间的精氨酸，磷酸肌酸和肌酐水平无显着差异。为了确定在糖尿病性视网膜病中观察到的增殖表型方面的发现的有效性，研究人员对小鼠氧诱导视网膜病变（OIR）视网膜进行了代谢分析。用混合LC-MS分析法分析样品，并对八个样品中的代谢产物进行定量，发现肌酸在OIR小鼠视网膜中减少，较低的肌酸水平与小鼠视网膜血管增生有关。