世界糖尿病日丨质谱技术在糖尿病领域的应用

世界防治糖尿病日（World Diabetes Day，简称“WDD”）是由世界卫生组织和国际糖尿病联盟于1991年共同发起的，定于每年的11月14日，其宗旨是引起全球对糖尿病的警觉和醒悟。

 

 

数据显示，2021年全球成年糖尿病患者人数达到5.37亿（10.5%），约十分之一的成年人受到影响。相比2019年，糖尿病患者增加了7400万，增幅达16%。据IDF推测，到2045年这一数字将达到7.83亿，46%的增幅是同期估计人口增长（20%）的两倍多，成年人的患病比例可能达到八分之一。

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▲ 全球20-79岁年龄组糖尿病患病率预估(单位：百万)《2021IDF全球糖尿病地图（第10版）》

 

质谱分析技术是代谢组学研究中最常用的技术之一，通过对代谢产物进行高分辨率质谱检测，可以快速、准确地分析样品中所有的化合物。通过对代谢产物的定量和定性分析，可以帮助揭示疾病发生发展的机制、发现新的生物标志物以及评估治疗效果和药物代谢特征。

 

质谱技术在糖尿病方面具有广泛的应用，通过对糖尿病患者及对照组样本中代谢物的分析，确定糖尿病患者中代谢产物的特征性差异，可帮助确诊糖尿病、识别糖尿病高危人群阶段以及糖尿病个人化治疗。

 

 

 

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以妊娠期糖尿病(GDM)为例

 

 

早在2021年，2110万(16.7%)妇女在怀孕期间患有某种形式的高血糖。其中，80.3%为妊娠期糖尿病(GDM)所致，10.6%为妊娠前发现糖尿病所致，9.1%为妊娠期首次发现糖尿病(包括1型和2型)所致。

 

GDM（妊娠期糖尿病）是指在妊娠期间发生或首次发现的糖代谢异常，是妊娠期常见的并发症之一，发生率逐年升高。GDM可能引起流产、死胎、巨大儿、羊水过多、妊娠高血压新生儿低血糖等后果，严重威胁孕妇和胎儿的健康。

 

早期预测孕妇糖代谢异常的发生、进行GDM病人分型、评估其严重程度及预测转归的标志物对于临床决策十分重要。近年来开始利用组学技术高通量、敏感性和准确性高等优势筛选有利于GDM诊治的标志物，以质谱(MS)为基础的组学技术是目前在分子水平上表征GDM的首选方法。

 

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基于MS的GDM代谢组学的研究

 

 

1       LC‐QTrap‐MS/MS技术

Hajduk等人(2015)通过靶向方法评估氨基酸，结合循环肽的非靶向筛选，应用于妊娠24-28周收集的血浆样本，以确定特定的GDM生物标志物。乙醇胺、L -瓜氨酸、L -天冬酰胺以及几种多肽在GDM样品中过表达。此外，还进行了一项有针对性的分析，以评估在健康和GDM妇女妊娠24-27周期间进行75 g OGTT前后代谢物模式的可能改变。分析的重点是231种血浆代谢物，包括氨基酸、生物胺、酰基肉碱、甘油磷酸脂、鞘磷脂、己糖和游离脂肪酸。该研究确定了8种胰岛素抵抗相关代谢物，在OGTT开始后的前30分钟内表现出表达的改变。

 

2     LC‐QTrap‐MS/MS、GC‐MS/MS技术

Allalou等人(2016)研究了由于GDM中发生的代谢改变导致的产后T2D转变。产后6-9周收集血浆样本，结果显示两种新的代谢物，磷脂酰胆碱C40:5和鞘磷脂(OH) C14:1，可预测T2D的发病率。并对出生后3年内有GDM病史的妇女服用75 g OGTT后2小时内收集的血浆样品，用GC - MS方法分析氨基酸，以强调与T2M危险因素的可能相关性。

 

3     GC‐TOF‐MS技术

Chorell等人(2017)研究了从妊娠晚期到产后1年的血清代谢组学特征的变化，通过GC - MS评估了支链氨基酸作为标记物的质谱“组学”技术在妊娠糖尿病研究中的应用，与NGT受试者相比，GDM患者产后血清中亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸水平升高，故支链氨基酸和其他代谢物也被评估为妊娠前三个月收集的血清样本中预测GDM的可能标记物。

 

4     LC-MS/MS技术

HASLAM等人(2020) 研究采用 LC-MS/MS 法检测 GDM 孕妇妊娠早期血浆中的代谢物，利用主成分分析法鉴定出色氨酸、酰基肉碱、脯氨酸等代谢标志物。将 LC-MS/MS 法应用于 GDM 研究中，有望在孕早期对 GDM 进行预测，从而尽早进行干预。

 

 

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参考文献

  • Hajduk J, Klupczynska A, Dereziński P, Matysiak J, Kokot P,Nowak D, Gajęcka M, Nowak‐Markwitz E, Kokot Z. 2015. Acombined metabolomic and proteomic analysis of gestationaldiabetes mellitus.Int J Mol Sci 16(12):30034‐30045

  • Allalou A, Nalla A, Prentice KJ, Liu Y, Zhang M, Dai FF, Ning JX,Osborne LR, Cox BJ, Gunderson EP, Wheeler MB. 2016. Apredictive  metabolic  signature  for  the  transition  fromgestational diabetes mellitus to type 2 diabetes.Diabetes 65(9):2529‐2539.

  • Chorell E, Hall UA, Gustavsson C, Berntorp K, Puhkala J, Luoto R,Olsson  T,  Holmäng  A.  2017.  Pregnancy  to  postpartumtransition of serum metabolites in women with gestationaldiabetes.Metabolism 72:27‐36

  • HASLAM D E, LI Jun, LIANG Liming, et al. Changes in metabolites during an oral glucose tolerance test in early and mid-pregnancy: findings from the PEARLS randomized, controlled lifestyle trial[J]. Metabolites. 2020, 10(7):284.

 

 

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