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目的创伤性颅脑外伤(Traumatic brain injury,TBI)是由外部机械力引起的神经系统损伤,是世界范围内导致死亡和残疾的主要原因之一。本研究拟利用高效液相色谱质谱-质谱联用(High performance liquid chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry,HPLC-MS/MS)技术,鉴定 TBI 大鼠和人脑脊液(Cerebrospinal fluid,CSF)代谢产物的改变,探寻TBI大鼠和人代谢通路改变,以筛选出可用于TBI病情判断和预后相关的潜在生物标志物。方法在本研究第一部分,建立TBI大鼠模型。将24只大鼠分为模型组和对照组(n=12),模型组大鼠利用亚克力重锤自由落体造成颅脑损伤,对照组不做处理。模型组大鼠在造模后第1、3、7天分别进行改良神经功能评分(modified Neurological severity score,mNSS)。两组大鼠均造模后24h于小脑延髓池处采集脑脊液。采用 HPLC-MS/MS,运用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和正交偏最小二乘判别分析(Orthogonal Partial Least Squares-Discriminant,OPLS-DA)分析比较模型组与正常组大鼠脑脊液的代谢谱差异,通过MetaboAnalyst 3.0分析相关代谢途径。运用受试者工作曲线(receiver operating characteristic,ROC)分析检测出的差异代谢物对TBI大鼠神经功能受损情况判断的诊断价值。在本研究第二部分,收集确诊的TBI患者19例和对照组患者8例,通过腰椎穿刺收集脑脊液。TBI患者在出院3月后进行扩展格拉斯哥结局量表(Extend Glasgow Outcome Scale,GOSe)评分,1-4分认为预后不良,5-8分认为预后良好。采用HPLC-MS/MS技术,运用PCA和OPLS-DA分析比较TBI组与正常组患者脑脊液的代谢谱差异,通过MetaboAnalyst3.0分析相关代谢途径。运用ROC分析检测出的差异代谢物对TBI患者预后的诊断价值。结果第一部分,实验成功建立大鼠TBI模型。模型组和对照组大鼠脑脊液中的代谢轮廓呈现显著性差异,筛选出14个差异代谢物,包括3-甲基-2-氧基戊酸、4-羟基脯氨酸、α-酮丁酸、精氨酸、甜菜碱、胆碱、谷氨酰胺、乳酸、L-精氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、尿素、缬氨酸和N-乙酰天冬氨酸。受影响的代谢通路主要有:丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢,半胱氨酸和蛋氨酸代谢,精氨酸和脯氨酸代谢,精氨酸生物合成和甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢。通过ROC曲线分析得到精氨酸、乳酸、尿酸和N-乙酰天冬氨酸等4个有望成为TBI早期病情评估诊断的生物标志物。第二部分,TBI患者和对照患者脑脊液中代谢轮廓存在明显差异,筛选出TBI患者脑脊液中23个差异代谢物。涉及的代谢通路主要有:苯丙氨酸代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢和柠檬酸循环。通过ROC曲线分析得到8个AUC值大于0.7的代谢物:N-乙酰-D-天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酰胺、左旋肉碱、胆碱、柠檬酸、草酰乙酸和乳酸,这8个代谢物组成的代谢物组有望成为TBI预后诊断的生物标志物。结论本实验从代谢组学的角度研究TBI大鼠和患者脑脊液中的特征代谢物谱,分别找到一组有望用于疾病诊断的差异代谢物,并发现TBI后机体内所发生的一系列代谢变化。研究结果可为TBI的诊断、病情判定、发病机制和与的深入研究提供科学依据。