CRITICAL CARE：使用代谢组学预测3个月和12个月的严重创伤性脑损伤结果

创伤性脑损伤（TBI）是由外部机械力引起的神经损伤，是长期神经残疾和死亡的最常见原因之一。在全球范围内，每年约有6900万人患有TBI。在美国和欧洲国家，分别有530万和770万人患有与TBI相关的残疾。严重的TBI死亡率为30-50%，30%的幸存者有严重的神经系统后遗症。受伤后头几天TBI结果的预后很困难，因为TBI的机制、脑损伤类型和多种结果的高变异性。评估脑损伤的严重程度和预后，特别是在严重创伤性脑损伤（sTBI）的情况下，是医学领域的一个重要问题。

早期预测结果对于指导治疗决策、提供适当的护理以及为患者及其家人提供支持至关重要。临床因素、神经成像发现和电生理事件（如脑电图）与预测TBI结果的很大程度的不确定性有关。近年来，血液生物标志物（蛋白质和代谢物）对sTBI调查产生了浓厚的兴趣。它们有可能改善诊断，帮助预后，并帮助管理有或没有生理参数的sTBI。

预后模型在帮助临床医生为sTBI患者做出治疗决定方面发挥着重要作用。这些模型可以为预测结果提供有价值的信息，这可以帮助满足重症监护需求、康复计划以及为幸存者及其护理人员提供支持服务。几项研究调查了蛋白质和代谢物生物标志物在sTBI预后中的作用，以预测不利和有利结果的可能性。

所有类型的TBI中研究最多的蛋白质生物标志物包括轻度/或重度神经丝（NFL/NFH）、S100B、神经胶质纤维酸蛋白（GFAP）、tau蛋白、神经元特异性烯醇酶（NSE）和髓鞘碱性蛋白（MBP）。这些生物标志物的血清和脑脊液水平用于根据格拉斯哥结果量表（GOS）或格拉斯哥结果量表扩展（GOSE）在不同时间点（受伤后3个月、6个月和12个月）预测TBI结果。

序列采样为了解蛋白质生物标志物的动力学概况提供了宝贵的见解，并评估其轨迹，这有助于提高生物标志物的临床预后价值。代谢组学研究表明了对损伤机制的潜在洞察力，并可能允许为预后模型开发敏感和特定的生物标志物。然而，很少有研究调查代谢物在TBI预后或预测所有类型TBI的严重性和分层中的潜在用途。值得注意的是，磷脂、与能量相关的代谢物（乳酸、葡萄糖和TCA循环化合物）、NAA和芳香族氨基酸已被证明与TBI结果相关。

2023年7月22日发表在CRITICAL CARE的文章，研究人员假设血清代谢物可以在受伤后3个月和12个月预测严重的TBI结果。本文旨在确定预后阈值，并将使用代谢组学生物标志物的预后模型与使用临床预测器的预后模型进行比较。因此，研究人员测量了严重TBI后1天和4天收集的血清样本中代谢物的浓度水平。

患者流程图反映了经过筛查、注册CANTBI组织库和数据库的患者，以及在3个月和12个月时测量GOSE结果的患者

在一项多中心加拿大TBI（CanTBI）研究中，研究人员前瞻性地招收了59名患有sTBI（格拉斯哥昏迷量表，GCS ≤ 8）的成年人。在受伤后的第1天和第4天提取血清样本进行代谢组学分析。格拉斯哥结果表延长（GOSE）是在受伤后3个月和12个月收集的。靶向直接输液相色谱-串联质谱法（DI/LC-MS/MS）和无靶向质子核磁共振光谱（1H-NMR）用于表征血清代谢物。使用多变量分析来确定血清代谢组学和GOSE之间的联系，二分法为有利（GOSE 5-8）和不利（GOSE 1-4）的结果。

PLS-DA散点图：鉴别模型显示，根据第4天的血清代谢组学分析，3个月的GOSE，高预测性（Q2）将有不利结果（紫色填充圆圈）的患者与有利结果（黑色填充正方形）分开

研究结果显示，受伤后第1天和第4天的血清代谢概况具有高度预测性（Q2>0.4-0.5）和高度准确（AUC>0.99），以预测受伤后3个月和12个月的GOSE结果以及3个月的死亡率。第4天的代谢概况比受伤后第1天测量的代谢概况更具预测性（Q2>0.55）。与有利的结果相比，不利的结果与从第1天到第4天的大量代谢物变化有关。溶血磷脂酰胆碱、酰基肉碱、与能量相关的代谢物（葡萄糖、乳酸）、芳香族氨基酸和谷氨酸的增加与不良结果和死亡率有关。

目前的调查结果显示，sTBI后第1天和第4天的代谢物改变具有高度预测性，与3个月和12个月的GOSE不利和有利的结果密切相关，重要的是，也可以用作预测最坏的GOSE结果，即死亡的有前途的预后工具。受伤后第4天的代谢生物信号比第1天更具预测性和显著性，预判了3个月和12个月的结果。

从总共160种代谢物中，多变量分析显示，几种代谢物有助于分离结果不利与有利结果的群体，这意味着sTBI的基本代谢改变，使人们能够以高灵敏度、特异性和AUC预测结果。第4天血清代谢生物信号对结果预后具有更高的可预测性，除了与结果相关的原发性脑损伤（由第1天代谢物反映）外，可能还可能反映继发性脑损伤（更可能反映在第4天代谢物）的贡献。

与有利的结果相比，在结果不利的患者中，从第1天到第4天，代谢物发生了相当大的改变，这可能很好地反映了这些代谢物变化对大脑的损害。目前的研究表明，代谢概况的微妙变化与已知和未知的病理生理途径相关，这些途径可用于预测3个月和12个月的结果。

尽管DI/LC-MS/MS获得的代谢生物信号对结果预后的可预测性更高，但1H-NMR平台能够显著预测结果。1H-NMR的这种能力是比DI/LC-MS/MS敏感得多的分析平台，它揭示了与结果相关的可测量的早期可检测代谢物改变。重要的是，通过两种方法测量的代谢物变化趋势具有显著的相似性，这表明使用两种不同的分析平台的量化具有高度准确性。

原文出处

Banoei, M.M., Lee, C.H., Hutchison, J. et al. Using metabolomics to predict severe traumatic brain injury outcome (GOSE) at 3 and 12 months. Crit Care 27, 295 (2023). https://doi.org/10.1186/s13054-023-04573-9