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目的:脑膜炎(meningitis)是常见的中枢神经感染性疾病,细菌性脑膜炎(bacterial meningitis,BM)和病毒性脑膜炎(viral meningitis,VM)为最常见的两种脑膜炎。目前,基于代谢组学技术的脑膜炎研究报道非常少,本论文将联合非靶标和靶标代谢组学技术对儿童脑膜炎患者及对照组(control group,CG)的脑脊液(cerebrospinal fluid,CSF)和血清样品分别进行研究,试图找到可有效区分脑膜炎和非脑膜炎、细菌性脑膜炎和病毒性脑膜炎的生物标志物,并对脑脊液和血清的代谢物含量相关性进行探讨。方法:1.基于核磁共振(~1H-NMR)的非靶标代谢组学技术用于67例(20VM,28BM,19CG)血清样品、58例(16VM,23BM,19CG)脑脊液样品进行非靶标代谢组学分析。2.建立相关代谢通路上代谢物的UPLC-MS/MS检测方法,共检测了622例(209VM,83BM,330CG)脑脊液样品,580例(168VM,64BM,348CG)血清样品。利用Logistic回归联合受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)分析筛选生物标志物组合。3.分析血清及脑脊液中各代谢物随年龄的变化情况;将529对脑脊液和匹配的血清数据进行相关性分析,并比较血清和脑脊液中代谢物的含量差异;年龄相匹配的脑脊液和血清样品进一步鉴别诊断分析。结果:1.~1H-NMR代谢组学结果显示,与对照相比,儿童脑膜炎脑脊液样品中,醋酸、柠檬酸和肌酐均有统计学差异,三变量组合Logistic模型预测后,AUC为0.794,分类准确度74.1%;病毒性脑膜炎和细菌性脑膜炎的脑脊液样品中,丙氨酸、异亮氨酸、乳酸和缬氨酸的组合AUC为0.891,分类准确度74.4%;脑膜炎与对照的血清样品中,醋酸和甲酸组合的AUC为0.755,分类准确度为81.8%;病毒性脑膜炎和细菌性脑膜炎的血清样品中,3-羟基丁酸、胆碱和丙氨酸的组合AUC为0.848,分类准确度76.6%。脑脊液与血清样品中,有利于脑膜炎诊断和分型的差异代谢物都包含胆碱类物质,因此,胆碱类物质值得进一步研究。2.加大临床样品量,利用UPLC-MS/MS技术在儿童脑脊液和血清中胆碱和胆汁酸类共17种代谢物进行定量分析。结果显示,病毒性脑膜炎和细菌性脑膜炎脑脊液样品中甜菜碱(43.77±0.71 vs 119.96±4.17)和胆碱(42.74±1.32 vs147.23±6.64)的含量差异明显,甜菜碱的诊断价值最高,其AUC为0.980。联合甜菜碱、胆碱和牛磺脱氧胆酸鉴别诊断,其AUC为0.993,分类准确度96.6%,敏感性和特异性分别为96.4%和95.2%;对照组和脑膜炎患者的脑脊液样品中,牛磺胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.706。联合肌酐、甜菜碱、牛磺胆酸和脱氧胆酸鉴别诊断,其AUC为0.862,分类准确度为76.2%,敏感性和特异性分别为82.2%和74.5%。3.病毒性脑膜炎和细菌性脑膜炎的血清样品中,牛磺胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.940。联合甘氨熊脱氧胆酸、胆酸和牛磺脱氧胆酸鉴别诊断,其AUC为0.972,分类准确度为95.3%,敏感性和特异性分别为95.3%和96.4%。对照组和脑膜炎患者的血清样品中,牛磺胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.739。联合甜菜碱、肉碱、牛磺胆酸和胆酸鉴别诊断,其AUC为0.814,分类准确度为72.2%,敏感性和特异性分别为61.5%和92.7%。4.253例儿童脑脊液样品分为15个年龄段(1-15岁),结果显示,脑脊液中胆碱、甜菜碱、牛磺胆酸、牛磺脱氧胆酸和甘氨胆酸随年龄增长而发生较大变化,且在一岁左右的变化最为明显,其余代谢物在一定范围内波动,相对稳定。与脑脊液匹配的253例血清样品中,甘氨石胆酸、牛磺胆酸、牛磺脱氧胆酸和甘氨胆酸在一岁左右随年龄增长而发生较大变化。大部分血清与脑脊液代谢物含量之间存在正相关,其中牛磺胆酸的Pearson相关系数达到0.666。5.脑脊液样品各组年龄匹配后,鉴别诊断病毒性和细菌性脑膜炎,牛磺胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.983。病毒性脑膜炎和对照组鉴别诊断,甘氨胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.862,联合牛磺胆酸、胆酸和甘氨胆酸为变量的Logistic模型,分类准确度为86.6%,AUC为0.911,敏感性和特异性分别为82.2%和90.0%。细菌性脑膜炎和对照组鉴别诊断,甘氨胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.852,联合肉碱、脱氧胆酸和甘氨胆酸为变量的Logistic模型,分类准确度为84.1%,AUC为0.891,敏感性和特异性分别为85.5%和82.7%。6.各组血清样品年龄匹配后鉴别诊断。病毒性和细菌性脑膜炎鉴别诊断,牛磺胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.918,联合甘氨石胆酸和脱氧胆酸为变量的Logistic模型,其分类准确度为91.7%,AUC为0.940,敏感性和特异性分别为78.9%和100.0%。病毒性脑膜炎和对照组的鉴别诊断,乙酰胆碱的诊断价值最高,其AUC为0.838,联合肉碱、乙酰胆碱和牛磺脱氧胆酸为变量的Logistic模型,其分类准确度为91.9%,AUC为0.908,敏感性和特异性分别为75.3%和100.0%。细菌性脑膜炎和对照组的鉴别诊断,牛磺胆酸的诊断价值最高,其AUC为0.935,联合甘氨石胆酸、牛磺胆酸和甘氨胆酸为变量的Logistic模型,其分类准确度为94.6%,AUC为0.971,敏感性和特异性分别为91.1%和93.0%。结论:病毒性脑膜炎、细菌性脑膜炎和对照组的脑脊液和血清样品代谢物差异明显,且受年龄影响。牛磺胆酸和甘氨胆酸等代谢物有助于各组的鉴别诊断,揭示胆汁酸类物质用于脑膜炎诊断的可行性。脑膜炎患者的血清可以为其诊断及具体分类提供参考,从而可能避免腰椎穿刺带来的不良反应。