發(fā)布時間: 2025-11-11 08:15:40
指甲代謝組學提供了一個新穎的非侵入性平臺,可以捕捉長期生化波動,以識別阿爾茨海默病(AD)引起的癡呆和輕度認知障礙(MCI)的可靠生物標志物。
共納入199名參與者,并根據(jù)臨床癡呆評分(CDR)評分(0、0.5、1、2和3)進行分層。收集指甲碎片,并使用基于氣相色譜-質譜(GC-MS)的代謝組學方法進行分析。利用聚類、有序邏輯回歸和機器學習方法,識別不同認知組間差異表達的代謝物(DEM)。并進行通路富集和相關性分析,以探索潛在的疾病機制和臨床相關性。
1、各組之間的差異代謝物
對指甲樣本進行非靶向GC-MS分析,鑒定出126種代謝物。其中,30種代謝物在五個CDR組(CDR=0、0.5、1、2和3)中存在差異表達,它們在認知能力下降的整個過程中呈現(xiàn)出顯著趨勢。在這些DEM中,十二烷酸從認知正常組(CDR=0)到晚期AD(CDR=3)呈現(xiàn)出尤為明顯的下降趨勢。對已鑒定的30種DEM進行聚類分析,得出8個不同的簇。如圖2C所示,包含十二烷酸的簇4在所有CDR組中均呈現(xiàn)出顯著的單調表達下降。
2、有序邏輯回歸和淀粉樣蛋白亞組分析
為了評估十二烷酸與疾病嚴重程度之間的獨立性關聯(lián),對十二烷酸采用了有序邏輯回歸模型。結果表明,在調整年齡、性別、教育、BMI、生活方式因素、營養(yǎng)和睡眠質量后,較低的十二烷酸與較高的CDR評分仍然顯著相關。為了確定觀察到的代謝物變化是否由淀粉樣蛋白病理學驅動,作者進一步根據(jù)淀粉樣蛋白PET結果進行了亞組分析。在每個CDR類別(0.5、1、2、3)中,比較了淀粉樣蛋白陽性個體和未掃描個體的指甲十二烷酸水平。發(fā)現(xiàn),在CDR=0.5、1、2和3的水平下,未觀察到顯著差異,這進一步證實了指甲代謝物反映的是疾病的嚴重程度,而不僅僅是淀粉樣蛋白的病理。
3、通路富集及其與臨床指標的相關性
作者在多組比較中總共鑒定出32個獨特的DEM。還進行了KEGG富集分析。結果發(fā)現(xiàn)十二烷酸在脂肪酸生物合成途徑中起著重要作用,這表明脂肪酸代謝紊亂在AD病理生理學中起著關鍵作用。相關性分析顯示,十二烷酸與AVLT-IR呈正相關(r?=0.29),與ADAS-Cog呈負相關(r?=?0.32)。這些關系表明,十二烷酸水平較低時,記憶力較差,認知障礙更明顯。
4、機器學習模型性能
為了評估這些代謝物的診斷潛力,作者在29個DEM上訓練了多個機器學習模型,其中深度學習算法在多類分類中取得了最高的性能,在獨立測試集上實現(xiàn)了67.24%的總體準確率。識別CDR=0、CDR=0.5和CDR≥1的精度分別為80.0%、60.0%和69.7%(表2)。此外,該模型表現(xiàn)出很強的判別能力,microAUC為80.34%,macroAUC為76.52%。各組的單因素與靜息AUC值均超過70.0%,最高可達86.85%,支持了這些代謝生物標志物的穩(wěn)健性。變量重要性分析顯示,十二烷酸為最大貢獻者,其次是蘋果酸1、膽甾-3,5-二烯和甲基13-甲基十四烷酸。這些代謝物隨著CDR評分的增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,進一步支持了它們作為AD診斷和監(jiān)測候選生物標志物的潛力。
本研究將指甲代謝組學作為一種有前景的非侵入性策略,用于AD的生物標志物發(fā)現(xiàn)和疾病分期。作者發(fā)現(xiàn)十二烷酸是一種可靠且獨立的生物標志物候選物,能夠反映AD的嚴重程度。其在AD臨床進程中的下降凸顯了脂肪酸代謝在疾病進展中的作用。指甲代謝組具有較高的患者接受度,并能提供代謝的綜合時序快照,有望為AD及其他神經(jīng)退行性疾病的早期診斷、風險分層和監(jiān)測開辟新的途徑。





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