支链氨基酸作为糖尿病的生物标志物

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  摘要:目的:探究支链氨基酸作为糖尿病的生物标志物,分析血浆氨基酸水平在糖尿病患者中的变化及联系。方法:选取某院2017年3月-2018年12月收纳的2型糖尿病患者54例作为研究对象,按照糖化血红蛋白将其分为异常组25例(HbAlc>6.5%),29例正常组(HbAlc<=6.5%),选取于我院的同期体检的25例正常人组。对三组受检人群进行血浆检测,观察体内氨基酸水平改变。结果:异常组和正常组在成酮氨基酸(赖氨酸和亮氨酸)以及支链氨基酸(异亮氨酸、亮氨酸以及缬氨酸)水平均较健康人组显著更高(P<0.05),同时正常组水平升高幅度低于异常组(P<0.05);异常组和正常组在成糖氨基酸(丝氨酸、丙氨酸、甘氨酸以及苏氨酸)水平和健康人组显著减少(P<0.05),而异常组减少水平比异常组更显著(P<0.05)。结论:针对2型糖尿病患者的疾病和代谢状态通过检验支链氨基酸等血浆氨氨基酸水平可反映出二者之间存在一定联系,有利于糖尿病患者早期的诊断。
  关键词:支链氨基酸;糖尿病;生物标志物
  近些年来,人们经济条件、生活水平以及饮食结构等不断发生变化,糖尿病在国内乃至世界范围内的患病人数处于逐年上升的趋势,而糖尿病的相关临床研究也成为热点之一,受到了较大的社会关注。糖尿病国际联盟数据表明,世界范围内糖尿病患病人数2013年统计为3.81亿,保守预计糖尿病患者在2035年将超过5.5亿。因我国人口众多等因素,糖尿病患者人数长期处于世界首位。同时,随着科研者对于血浆水平内蛋白质和氨基酸的认知不断提高,研究发现,支链氨基酸(BCAAs)水平和2型糖尿病存在一定联系。作为人体必需的氨基酸之一,支链氨基酸被制成营养剂在临床中广泛应用。支链氨基酸的研究较早,于上世纪五六十年代,国外研究发现血清中支链氨基酸出现水平上升[1]。而隨着医疗技术的发展,核磁共振、分析化学技术以及质谱法的联合应用,对于有机代谢检测起到极大的促进作用,这对于糖尿病早期诊断创造了有利条件。同时近些年来有学者发现,胰岛素敏感人群和抵抗人群中的外周血液的诸多代谢物质中,和胰岛素敏感性脂质分子并不是相关性最强的物质,而是芳香族氨基酸以及支链氨基酸及产物分子。另外还有研究表明,糖耐量不同的患者中经过横断面探究得出,糖尿病和支链氨基酸联系密切。因此,本文为探究支链氨基酸作为糖尿病的生物标志物,分析血浆氨基酸水平在糖尿病患者中的变化及联系,选取我院2017年3月-2018年12月收纳的2型糖尿病患者54例作为研究对象,结果报告如下。
  1 一般资料与方法
  1.1一般资料
  选取某院2017年3月-2018年12月收纳的2型糖尿病患者54例作为研究对象,按照糖化血红蛋白将其分为异常组25例(HbAlc>6.5%),29例正常组(HbAlc<=6.5%),选取于我院的同期体检的25例健康人组。其中,异常组患者男15例,女10例,年龄为44-73岁,平均年龄为(52.48±6.33)岁。正常组患者男14例,女15例,年龄为42-75岁,平均年龄为(53.50±6.21)岁。健康人组男10例,女15例,年龄为41-76岁,平均年龄为(55.51±6.05)岁。三组患者基线资料无明显差异,不具备统计学意义(P>0.05),有可比性。纳入标准:(1)患者年龄低于80岁;具有一定自理能力,无需他人协助;身体基本健康;诊断标准符合《中国糖尿病2型防治指南》2007版;所有受检者均知情本次实验研究且经过我院伦理委员会同意。排除标准:(1)肾脏疾病于早期诊断,如自身免疫性疾病、肾炎以及药物导致的肾脏疾病;具有冠状动脉心脏疾病,如心绞痛史以及心肌梗死等;(2)肾功能衰竭;(3)伴有严重的肝脏疾病,如肝硬化、脂肪肝等;(4)严重的基础性疾病,外周动脉硬化;(5)精神病史或意识不清者;(6)急性感染、、自身免疫力疾病、恶性肿瘤;(7)先天性心脏病及其它心脑血管疾病者;(8)哺乳期妇女、孕期女性。
  1.2糖尿病诊断依据
  口服葡萄糖耐量试验的2h血浆葡萄糖超过或等于200mg/dl或FPG超过或等于126mg/dl;前期糖尿病:FPG处于100mg/dl及125mg/dl之间;或OGTT血浆2h葡萄糖处于75-199mg/dl之间。
  1.3方法
  本次实验仪器选用有:美国公司AB Sciex的串联质谱仪(API 4000);日本岛津公司出品的液相系统:两台输液泵(LC-20AD)、1台子宫进样器(SIL-HTc)、1台在线脱气仪(DGU-20A3)、1台控制器(CBM-20A)。美国AB Sciex出品的mino Acid4.6*150mmC18分析柱;Analyl1.5.1数据处理和采集软件。
  空腹血糖监测时,于第二日早8点取静脉血液3-5ml,注意保持空腹。进行抽血样品采集和预处理:将血清等置于冰箱(78℃)冷冻保存。(1)蛋白稀释和沉淀,沉淀通过磺基水杨酸10ul以及样本40ul混合;标记缓冲液40ul加上清液10ul;取上清液稀释的约10ul将其换至离心管中,注意离心管无菌消毒。(2)标记iTRAQ,取iTRAQ115待其温度至室温,稀释加70ul异丙醇;然后加入稀释的iTRAQ115 5ul于预处理样品中,反应时间需保持30分钟;标记反应终止时可加羟胺NH2OH;使用氮气风干。(3)样品重组以及iTRAQ114试剂配制,iTRAQ114在混旋之后底部沉入;加入标准稀释液1.8ml于iTRAQ114标准液中,混合混匀约一分钟,直至沉淀消失;iTRAQ115标记样本吹干后混加iTRAQ114稀释且重组的32ul标准液。
  1.3.1液相条件
  水相:七氟丁酸水0.01%,甲酸0.1%。有机相:七氟丁酸乙腈0.01%,甲酸0.1%。氨基酸分析时,2ul进样量、50℃柱温、0.8ml/min流速。   1.2.3质谱条件  扫描方式:MRM;电喷雾离子源;极性为正离子;扫描间隔时间10ms;电压设置为5500V;温度设置为500℃;仪器参数有:EP(10V)、DP(20V)、CXP(5V)、CE(30V)。
  1.3.2检测
  氨基酸:体内氨基酸需同时监测通过液质联用方式进行(AB Amino Acid45/32TM Kit)。沉淀蛋白样品后,氨基酸衍生化通过iTRAQ115衍生化试剂进行。氨基酸浓度标记为114标准品对未知浓度样品标记[2]。氨基酸测定种类又:苏氨酸、丙氨酸、甘氨酸以及丝氨酸等成糖氨基酸;异亮氨酸、亮氨酸以及缬氨酸等支链氨基酸;赖氨酸、亮氨酸等成酮氨基酸。
  1.4统计学分析
  将研究所得的最后数据使用spss22.0统计学软件进行数据处理。在数据处理过程中,t值检验计量资料,卡方检验计数资料,组间差异经P值判定,以P<0.05具有统计学意义。
  2 结果
  异常组和正常组在成酮氨基酸(赖氨酸和亮氨酸)以及支链氨基酸(异亮氨酸、亮氨酸以及缬氨酸)水平均较健康人组显著更高(P<0.05),同时正常组水平升高幅度低于异常组(P<0.05);异常组和正常组在成糖氨基酸(丝氨酸、丙氨酸、甘氨酸以及苏氨酸)水平和健康人组显著减少(P<0.05),而异常组减少水平比异常组更显著(P<0.05)。
  3 讨论
  糖尿病患者在全球范围内患病人数极多,目前以接近4亿。而2型糖尿病患者现在任然不清楚其发病机制,但临床学者也达成普遍共识,即高血脂、高血糖以及细胞因子属于β细胞和IR细胞分泌缺陷的主要机制[3]。作为人体必需的氨基酸之一,支链氨基酸被制成营养剂在临床中广泛应用。支链氨基酸的研究较早,于上世纪五六十年代,国外研究发现血清中支链氨基酸出现水平上升。相关研究表明,通过液质联用技术等代谢组学方案对相关糖尿病患者对照研究得出,芳香族氨基酸以及支链氨基酸(异亮氨酸、亮氨酸以及缬氨酸)等当其水平提高时,糖尿病发病风险就大大增加。而经过氨基三羧酸循环后,可将葡萄糖、氨基酸以及脂质代谢紧密结合。等可氨基酸代谢生酮氨基酸和糖,其具有与糖脂代谢转化的能力。而氨基酸代谢异常可由糖代谢紊乱造成,相反,糖代谢异常也可由氨基酸代謝异常造成。而近些年来医疗技术以及生物科学的不断发展和进步,越来越多的临床研究者发现,糖类代谢结果和氨基酸代谢等相关间的影响紧密,得到了人们广泛关注。李伟,童星[4]等人通过对糖尿病模型小鼠的血浆氨基酸组分采取HPLC法进行分析乳清蛋白后发现,乳清蛋白中异亮氨酸、亮氨酸以及缬氨酸等在氨基酸总量中占比分别为5.92%、14.39%、5.31%,即总含量上支链氨基酸占比超过25%。但在造模鼠和正常鼠中,灌胃了乳清蛋白的支链氨基酸血浆含量显著增加,同时支链氨基酸浓度随着灌胃浓度升高而升高,且支链氨基酸浓度正常鼠含量远低于造模鼠,该结果提示出,血浆中氨基酸水平可能会对葡萄糖的吸收和转运造成阻碍,使得肌糖原合成减少,从而诱发胰岛素抵抗。而常盼,张晓萌[5]等为验证糖尿病心肌患者中血浆支链氨基酸水平表达通过检测后发现,两组患者中,糖尿病心肌患者的支链氨基酸(0.998±0.076)mM与对照组(0.135±0.068)mM相比其血浆含量发生明显升高,差异具有统计学意义(P<0.05);而对糖尿病心肌患者通过Tei指数和血浆支链氨基酸的相关性比较统计后发现两者间呈现正相关(r=0.820,P<0.05),差异具有统计学意义。还有学者通过对2型糖尿病进行测定血浆氨基酸发现,糖尿病患者的血浆氨基酸变化具有独特性,主要为成酮氨基酸、支链氨基酸等水平增加,而成糖氨基酸浓度则呈现降低趋势,同时正常人群受试者丙氨酸水平则不明显差异,这与本文中研究结果保持一致,因胰岛细胞内科通过谷氨酸进行信息传递,对胰岛素分泌具有影响作用,临床大量研究也证实胰岛素分泌可由氨基酸所影响决定,这也为糖代谢受氨基酸影响相关理论奠定基础[6]。而本文中,通过将糖尿病患者按照糖化血红蛋白水平分为异常组和正常组,经过实验室验证得出,异常组和正常组在成酮氨基酸(赖氨酸和亮氨酸)以及支链氨基酸(异亮氨酸、亮氨酸以及缬氨酸)水平均较健康人组显著更高(P<0.05),同时正常组水平升高幅度低于异常组(P<0.05);异常组和正常组在成糖氨基酸(丝氨酸、丙氨酸、甘氨酸以及苏氨酸)水平和健康人组显著减少(P<0.05),而异常组减少水平比异常组更显著(P<0.05),结果符合相关文献报告。本文结果提示出该机理和以下因素可能存在关联:在发生糖代谢障碍后,糖尿病患者因胰岛素缺乏而通常发生蛋白质代谢异常,而作为代谢性疾病的一种,糖尿病因胰岛素相对不足或不足进而造成阻碍脂肪酸、葡萄糖氧化,增加蛋白分解等,这也在一定程度上解释了为何运动员多采取补充相关氨基酸作为能源支持[7]。此外,如肝外的支链氨基酸降解也会因支链酮酸脱氢酶的活力降低而有所影响。机体内肌肉组织在对支链氨基酸进行摄入时因胰岛素不足而受到抑制,进而造成肌肉分解代谢亢进效果,成酮氨基酸和支链氨基酸因氨基酸产生过多而出现上升。值得注意的是,因肝脏中几乎所有氨基酸分解代谢均在其中进行,当患者肝脏器官功能发生减弱异常时,则血浆中其它必须氨基酸增上升。因此,王思阳、徐蓉[8]等认为,对于血浆支链氨基酸含量过多患者,可通过葡萄糖快速静滴或者胰岛素静脉注入从而对内生胰岛素分泌进行刺激,以降低血浆支链氨基酸含量;还可口服降糖药以及胰岛素注射后,糖尿病患者的氨基酸代谢异常以及代谢失调等可得以纠正。
  总而言之,针对2型糖尿病患者的疾病和代谢状态通过检验支链氨基酸等血浆氨氨基酸水平可反映出二者之间存在一定联系,而代谢组学对于疾病研究起到促进作用,有利于糖尿病患者早期的诊断。
  参考文献

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