以线粒体为中心的包涵体肌炎代谢组学图谱:中心碳代谢的性别特异性改变

Mitochondria-centred metabolomic map of inclusion body myositis: sex-specific alterations in central carbon metabolism

作者信息Elie Naddaf, Ibrahim Shammas, Surendra Dasari, Xuan-Mai T Petterson, Wolfdieter Springer, Eugenia Trushina, Ian R Lanza
PMID40450407
发布时间2025-08
DOI10.1016/j.ard.2025.05.003

实验完整度

包含非靶向代谢组学、中心碳代谢平台、靶向代谢组学及RNA-代谢组学整合分析,有明确实验方法和验证结果,但缺乏功能验证或机制验证,因此完整度为中。

主要模型

IBM患者肌肉组织样本 年龄和性别匹配的对照肌肉组织样本

重点核对

模型:患者肌肉组织样本(IBM组37例,对照组22例) 来源:既存的临床肌肉活检残余组织 ~30-50mg,开放活检,禁食过夜,异戊烷-液氮冷冻,-80°C储存 分组:按性别和疾病组分层 检测指标:非靶向代谢组学(四种模式)、中心碳代谢平台、靶向代谢组学(TCA循环、糖酵解/PPP、氨基酸、酰基肉碱、乙酰辅酶A) 临床参数:病程、MMT评分、MRS评分,以及线粒体自噬标志物p-S65-Ub水平

摘要

目的:在肌肉组织中基准化包涵体肌炎(IBM)的代谢组学特征,强调性别特异性差异及其与临床参数的相关性。方法:纳入37例IBM患者和22例无肌病对照组。所有参与者先前均进行过批量RNA测序。临床参数包括病程和手动运动测试(MMT)评分。使用发现代谢物筛选和定量靶向代谢组学平台。将代谢物水平和RNA-代谢组学整合模块与临床参数以及线粒体自噬标志物p-S65-泛素(p-S65-Ub)进行相关性分析。结果:IBM肌肉样本显示TCA循环中间体和回补氨基酸升高。近端糖酵解中间体降低,而磷酸戊糖途径(PPP)代谢物升高。短链酰基肉碱在IBM男性中较低,但女性中无此差异。最后,核酸碱基升高,核苷酸降低。MMT与PPP代谢物和核酸碱基相关,并与糖酵解代谢物和单/二磷酸核苷酸呈负相关。MMT还与几种氨基酸相关,包括半胱氨酸、牛磺酸、肌肽和肌氨酸。酰基肉碱仅在男性中与病程相关。四个RNA-代谢组学整合模块显示出显著相关性。最强的相关性见于Pink模块与性别和p-S65-Ub之间。MMT和p-S65-Ub分别与三个和两个模块相关。富集通路与中心碳代谢、细胞因子/趋化因子信号传导、神经传递和MAPK/RAS信号传导有关。男性的相关性相对接近于合并性别分析,而女性与任何模块均无显著相关性。结论:IBM与中心碳代谢的临床显著改变相关,其中最强的RNA-代谢组学-临床相关性见于男性。需要进一步研究以探索这些代谢变化在IBM发病机制中的作用及其随时间的进展。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
包涵体肌炎(IBM)肌肉组织中是否存在中心碳代谢的性别特异性改变,这些改变是否与临床参数和线粒体自噬标志物相关?
核心机制
IBM肌肉组织中糖酵解向磷酸戊糖途径(PPP)的转变,以及TCA循环中间体和回补氨基酸的升高,可能反映了一种高代谢状态,并与线粒体功能障碍和氧化应激相关。
主要证据
通过非靶向、中心碳代谢和靶向代谢组学平台检测了37例IBM患者和22例对照的肌肉组织,发现TCA循环中间体和回补氨基酸升高,PPP代谢物增加而糖酵解代谢物减少,短链酰基肉碱在男性中降低,核酸碱基升高而核苷酸降低,并与临床参数和p-S65-Ub水平相关。
研究意义
该研究提供了IBM中心碳代谢改变的全面图谱,突出了与衰老和少肌症共有的通路,为未来开发基于代谢组的诊断和预后生物标志物以及潜在的治疗干预靶点奠定了基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

样本收集与临床数据获取

获取IBM患者及相应对照的肌肉组织样本和临床信息,用于代谢组学分析及与临床参数的相关性研究。

收集了37例IBM患者和22例对照的临床残余肌肉活检组织,记录了年龄、性别、病程、MMT评分和MRS评分,并获取了既往的RNA测序数据。

2

非靶向代谢组学检测

无偏地探索IBM肌肉组织中代谢物的整体变化,并初步识别性别特异性改变的代谢物。

使用四极杆飞行时间质谱(Q-TOF)和超高效液相色谱,在正负离子模式下通过亲水相互作用和反相C18柱对提取的代谢物进行检测,比较IBM组与对照组的差异代谢物。

3

中心碳代谢平台检测

聚焦中心碳代谢通路,半靶向检测相关代谢物,以弥补非靶向代谢组学的碎片化结果。

使用Agilent代谢组学动态MRM数据库和方法,监测219种中心碳代谢物,在肌肉组织匀浆上使用Agilent 6460三重四极杆质谱仪和1290 Infinity II四元泵进行测量。

4

靶向定量代谢组学

对TCA循环、糖酵解/PPP、氨基酸、酰基肉碱和乙酰辅酶A等关键代谢物进行绝对定量,验证非靶向和中心碳代谢平台的结果。

使用GC-MS和LC-MS对肌肉组织匀浆中的11种TCA循环代谢物、10种糖酵解和PPP代谢物、42种氨基酸、肉碱和13种酰基肉碱以及乙酰辅酶A进行定量,并归一化到蛋白浓度。

5

代谢物与临床参数及p-S65-Ub的相关性分析

评估代谢物水平与疾病严重程度、病程和线粒体自噬标志物之间的关系。

使用Spearman相关分析,评估代谢物数据与临床参数(MMT、MRS、病程)和p-S65-Ub水平的相关性,并按性别分层分析。

6

RNA-代谢组学数据整合分析

通过无监督整合RNA测序数据和代谢物数据,识别共变模块,并评估这些模块与临床参数和p-S65-Ub的关系。

对基因表达数据和代谢物数据进行标准化和过滤(变异系数>20%),然后使用加权基因共表达网络分析(WGCNA)构建整合模块,并通过Spearman相关分析模块与临床参数和p-S65-Ub的相关性,同时进行通路富集分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
安捷伦科技6550 Q-TOF质谱仪Agilent Technologies--
安捷伦科技1290 Infinity超高效液相色谱Agilent Technologies--
安捷伦6460三重四极杆质谱仪Agilent--
1290 Infinity II四元泵Agilent--
Meso Scale Discovery平台Meso Scale Discovery--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
样本收集与处理
样本来源:临床残余肌肉活检组织;组织重量:约30-50mg;处理方式:异戊烷-液氮冷冻,-80°C储存
阅读提示:Methods: Study population, Sample collection
非靶向代谢组学
质谱平台:Agilent 6550 Q-TOF;液相:Agilent 1290 Infinity UHPLC;模式:正负离子,亲水相互作用和反相C18柱;差异阈值:log2 fold change > |0.58|,FDR调整p<0.05
阅读提示:Methods: Metabolomics, Untargeted metabolomics
中心碳代谢平台
质谱平台:Agilent 6460三重四极杆质谱仪;液相:1290 Infinity II四元泵;检测物:219种中心碳代谢物;差异阈值:log2 fold change > |0.58|,FDR调整p<0.05
阅读提示:Methods: Metabolomics, Central Carbon metabolism
靶向代谢组学
定量平台:GC-MS和LC-MS;检测物:11种TCA循环代谢物、10种糖酵解/PPP代谢物、42种氨基酸、13种酰基肉碱和乙酰辅酶A;数据归一化:BCA蛋白测定;统计方法:t-test或Wilcoxon rank sum test
阅读提示:Methods: Metabolomics, Targeted metabolomics
相关性分析
统计方法:Spearman相关,p<0.05有统计学意义;临床参数:病程、MMT评分、MRS评分;p-S65-Ub测量:Meso Scale Discovery平台ELISA
阅读提示:Methods: Correlation between metabolite concentrations, clinical parameters and p-S65-Ubiquitin
RNA-代谢组学整合
RNA数据预处理:TMM归一化,log2转换,CV>20%过滤,z-score转换;代谢物数据预处理:TMM归一化,log2转换,CV>20%过滤,z-score转换;整合方法:加权共表达网络分析;相关方法:Spearman相关,Benjamini-Hochberg调整p值;通路富集:MetaboAnalyst 6.0,超几何检验,FDR q<0.05
阅读提示:Methods: Integration of RNA-metabolomics data and correlation with clinical parameters and p-S65-Ubiquitin levels