基于代谢组学的小儿病毒性肺炎证候学生物标记物研究

Viral pneumonia is the most common cause of hospitalization for respiratory tract infection in young children. In our previous studies, Chinese medical syndrome differentiation of viral pneumonia in children has been well established by clinical studies. However, the biological basis of each syndrome remains unclear. In this study, Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS) detection techniques, integrating with chemometric analysis techniques are applied to explore the TCM syndrome of viral pneumonia with the purpose of quantitative characterization and standardized diagnosis. Firstly, plasma and urine samples of clinicians are analyzed by LC-MS to describe the distinctive metabolic profiles of three different syndromes, including wind-cold depressing in the lung, wind-heat depressing in the lung, and phlegm-heat stagnating in the lung, and pneumonia infected by different virus. Then, the biomarker extraction are analyzed based on the multivariant analysis. Finally by metabolic network construction, the scientific essence of syndrome is demonstrated. The results of this project will guide the clinical diagnosis, provide the relationship of syndrome and disease, and reveal the potential mechanisms of each syndrome. The findings are expected to give insights into scientific essence of viral pneumonia syndrome and other diseases of Chinese medicine.

课题组前期研究建立了中医辨证论治小儿病毒性肺炎的理论基础，并通过大量临床研究验证和不断完善了辨证施治体系。为实现病毒性肺炎证候客观量化表征，促进其临床诊断、辨证的规范化和标准化，本项目采用液质联用检测技术和化学计量学分析研究技术，从整体上研究小儿病毒性肺炎疾病及主要证候的代谢组学特征和规律。通过研究病毒性肺炎患儿体液（血液和尿液）中代谢网络的变化特征，建立基于生物标记物表达差异的风寒郁肺证、风热郁肺证、痰热闭肺证以及不同病毒所致证候的特征谱库，分析代谢网络的变化并寻找最佳生物标记物，同时结合分子生物学技术揭示病毒性肺炎证候的科学实质。通过本项研究，可进一步明确小儿病毒性肺炎证候辨证依据、揭示病证关系、探讨生物学基础，进一步总结临床辨证经验，研究证候客观量化表征，为创新临床适用的病毒性肺炎辨证论治方法体系提供理论基础，同时可为中医儿科其他病种的证候学研究提供借鉴。

本课题通过对病毒性肺炎患儿血液和尿液的代谢组学检测，建立基于生物标记物表达差异的痰热闭肺证、风热犯肺证、风寒袭肺证所致的代谢物特征谱库，揭示病毒性肺炎中医证候的科学实质及代谢网络的变化特征。通过本项研究，可进一步明确小儿病毒性肺炎证候辨证依据、揭示病证关系，为病毒性肺炎辨证学体系提供客观基础；同时本课题组也将小儿病毒性肺炎痰热闭肺证、风热犯肺证、风寒袭肺证分为不同病毒感染，可进一步探讨小儿肺炎不同病毒反复感染、易感人群、疫苗研制及非侵入性早期诊断、治疗等的生理病理机制和生物学基础。. 对所得数据进行主成分分析（PCA）及偏最小二乘法-判别分析(OPLS-DA)等多元统计分析，综合单因素方差分析及倍数（Fold change，FC）变化分析结果，结果显示，血浆代谢组学筛选出小儿病毒性肺炎寒证组的生物标记物主要为溶血磷脂酰胆碱类（lysoPCs）、溶血磷脂酰乙醇胺类（lysoPEs）物质，并在寒证组呈现上调趋势，同时寒证还会影响氨基酸代谢。热证组的血浆生物标记物主要为磷脂酰胆碱类（PCs）物质及磷脂酰乙醇胺类（PEs）物质，并呈现下调趋势。热证组分为风热犯肺证组及痰热闭肺证组。风热犯肺证的血浆生物标志物为PC、lysoPC、PE、lysoPE类物质的下调趋势，血浆PC、PE类物质明显下调在痰热闭肺证组具有一定的特异性。小儿病毒性肺炎风寒组尿液特异性上调物质为3'-唾液酸乳糖（3'-Sialyllactose）；风热组尿液特异性下调物质为α-N-苯-L-谷氨酰胺（Alpha-N-Phenylacetyl-L-glutamine）；痰热组尿液特异性上调性生物标记物为磷酸胆碱（Phosphocholine）。3证型之间涉及的主要代谢通路为丙氨酸，天冬氨酸，谷氨酸代谢、缬氨酸及脯氨酸代谢、D-谷氨酸与D-谷氨酰胺代谢、甘油磷脂代谢、鞘脂代谢。同时本课题还对不同病毒(RSV/ADV/IFV/PIV) 感染、病毒检测阴性肺炎组及其与正常组之间的差异性代谢物进行了分析。以RSV为研究重点，RSV肺炎主要调控 了11个异常脂质代谢物，代谢通路分析结果表明，与RSV肺炎最为相关的是甘油磷脂代谢。本研究可能为小儿病毒性肺炎不同证型及RSV肺炎的诊断、治疗、预后研究提供基础。