基于代谢组学的大骨节病生物标志物研究

Kaschin-Beck Disease (KBD) is an endemic osteoarthrosis，which is a kind of OA among children, and there must be some disease-causing agents in KBD areas. When the agents entered into body, a series of metabolic changes and responds inevitably occurred, so, determining the metabolites in the biological fluids could directly reflect on the pathological and physiological state of KBD area children. This project was to use metabolomics technology to investigate the change of metabolites, such as kinds, concentration and so on, in serum and urine from KBD children and control children. Combination with multivariate statistics method to map the metabolic characteristics of KBD and control children,and comparing with the external controls, to sift and confirm the distinctive metabolic biomarks or biomarker clusters between KBD patients and healthy controls, and to explore the biological contact betweenn these biomarkers and KBD, and to establish a correlation between biological information about KBD areas with KBD prevalent mechanism, so as to set up a kind of model based upon metabolomics for children KBD identification, diagnosis and forecast. In the meantime, by investigating the biomarkers of children Kaschin-Beck Disease, to searching the breakthrough point for screening the specific biomarkers of OA. On the other hand, by the animal experimental research, not only to complete and verify the study results from human population, but also to explore and improve the pathogeny theory of KBD from metabolic perspective.

大骨节病是一种地方性骨关节病，是发生在儿童的退行性骨关节炎，病区中存在肯定的致病因子,致病因子进入机体后必定使机体发生代谢方面的相应的变化应答，因此，检测体液中代谢物的变化可以直接反映病区儿童机体的病理生理状态。本课题拟利用代谢组学检测技术，研究大骨节病儿童及对照儿童血、尿中代谢物的种类、含量及其变化。通过多变量统计分析方法，描绘大骨节病病区患儿和对照儿童的代谢特征，与病区外对照相比较，筛选并确定能够区别病例与健康儿童的有意义的生物标志物或标志物簇，并探讨这些标志物与大骨节病间的生物学联系，确立病区相关的生物信息与大骨节病流行机制间的关系，从而建立一种基于代谢组的儿童大骨节病识别、诊断和预测模式。同时，借助儿童大骨节病生物标志物研究，为筛选OA的特异性生物标志物寻找突破点。另一方面，通过动物实验研究，既可以补充和验证人群研究结果，又可以从代谢组学角度探讨和完善大骨节病的病因理论学说。

大骨节病是一种地方性骨关节病，是发生在儿童的退行性骨关节炎，病区中存在肯定的致病因子,致病因子进入机体后必定使机体发生代谢方面相应的变化应答，因此，检测体液中代谢物的变化可以直接反映病区儿童机体的病理生理状态。. 本课题主要研究内容包括两大部分，即人群研究和动物实验研究，首先利用代谢组学检测技术，观察大骨节病儿童及对照儿童血、尿中代谢物的种类、含量及其变化，筛选并确定能够区别病例与健康儿童的有意义的生物标志物或标志物簇，并探讨这些标志物与大骨节病间的生物学联系。其次是动物实验研究，内容同人群研究。 . 血清代谢指纹研究发现，28种内源性差异代谢物与大骨节病相关，病例组中高表达的有17种，低表达的有11种。靶向定量检测发现19种代谢物在三组之间存在统计学差异，其中二氢（神经）鞘氨醇、1-磷酸鞘氨醇、乙酰精氨酸、亚精胺、犬尿喹啉酸为非靶向代谢组学发现的差异性代谢物，腐胺、色氨酸、脯氨酸、羟基脯氨酸、5-羟色胺和天门冬氨酸为其代谢通路中相关的上、下游物质。进一步的统计学分析发现，二氢（神经）鞘氨醇、1-磷酸鞘氨醇、亚精胺和腐胺具有大骨节病生物标志物的作用。尿液代谢指纹研究发现，27种内源性差异代谢物与大骨节病相关，与外对照组相比，26种代谢物在病例组中高表达。靶向定量检测发现19种代谢物在三组之间存在统计学差异，琥珀酸、柠檬酸、S-腺苷甲硫氨酸、亚精胺、N-乙酰色氨酸、牛磺酸、天冬酰胺具有潜在的大骨节病尿代谢生物标志物的意义，其中，柠檬酸、琥珀酸、N-乙酰色氨酸在非靶向、靶向代谢组学检测中均表现出显著的组间差异，可确定为大骨节病尿液代谢生物标志物。此外，缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸以及支链氨基酸总和与组氨酸的比值在病例组与外对照组间差异具有统计学意义，且均表现为在病例组中下降，可作为大骨节病生物标志物簇考虑。. 动物实验最终筛选出了13种与关节软骨损伤相关的差异代谢物，但与人群研究结果重合度不高，验证作用有限。