早期預測妊娠期糖尿病生物標志物的研究進展

胡 琴，趙丹青

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus, GDM)是妊娠期間首次發生，以糖代謝紊亂為主要臨床表現的一種內分泌代謝性疾病，不包括妊娠前已經存在的糖尿病，是妊娠期間常見的并發癥之一，其發病率根據不同診斷方式、地區和人種而有所差異[1]。在2013年國內一項多中心研究調查結果顯示，我國孕婦GDM的發病率高達17.5%[2]。然而，隨著人們生活水平的提高、生活方式的改變，超重和肥胖人口增加，以及高齡孕婦增加，導致GDM的發病率可能還會逐漸升高。GDM常伴發先兆子癇、巨大兒、圍產兒畸形、死亡等，并與子代及孕婦發生代謝綜合征、糖尿病等疾病密切相關，嚴重影響孕產婦及胎兒的健康，并為將來發生2型糖尿病、心血管疾病等埋下隱患[3-7]。

臨床上對GDM的診斷時間通常為妊娠24～28周，通過75 g葡萄糖耐量試驗進行診斷[8]。篩查時間在妊娠24～28周主要是由于妊娠早期的孕婦胰島素敏感性正常，而孕中晚期由于胎盤分泌的胎盤催乳素、孕酮、皮質醇等激素逐漸增加，使機體胰島素敏感性開始明顯下降，而GDM是由于胰島素分泌不足或作用缺陷出現的糖代謝紊亂[9]。臨床實踐表明，在上述孕周確診GDM時，盡管通過積極干預可使患者和胎兒的癥狀得到改善，但在干預前，患者及胎兒的健康已經受到了不同程度的影響[10-11]。因此，如果能在妊娠早期對孕婦是否發生GDM進行預測，將GDM的診斷時間提前，能夠為預防和干預爭取更多時間，降低該病對孕婦和胎兒的危害，意義重大。

隨著高通量組學技術的不斷進步與發展，近年來有許多學者將上述方法用于GDM早期預測及診斷標志物的研究，研究的方向包括轉錄組學中微小RNA(miRNAs)、蛋白質組學、代謝組學及外泌體等，現已發現很多生物標志物能預測GDM發生，為早期發現及干預提供新的臨床思路。因此本文將從以下幾個方面就GDM的早期診斷標志物研究進展進行綜述。

1 miRNAs

miRNAs是在真核生物中發現的一類內源性的具有調控功能的非編碼RNA，其大小為20～25個核苷酸，通過促進mRNA降解或抑制蛋白質翻譯來調節基因表達[12]。miRNAs在物種間的廣泛分布凸顯了其在基因調控中的關鍵作用。此外，miRNAs的表達失調與各種疾病具有顯著相關性，作為生物標志物在人類各種疾病中的作用已經被廣泛研究，特別是在癌癥中[13-16]。在糖尿病的研究中，循環miRNAs被認為是潛在的早期生物標志物[17]，主要用于1型糖尿病和2型糖尿病的診斷，并提出了一些潛在的miRNAs生物標志物[18-19]。近年來，臨床學者也對miRNAs在GDM中的表達進行了臨床試驗研究，探討其作為GDM早期診斷生物標志物的可能性。

有國外學者對妊娠早期GDM患者尿液中分離的胎盤外泌體進行miRNAs分析，結果發現與正常妊娠組比較，GDM組miRNAs的表達水平均顯著增高，其中miR-16-5p、miR-517-5p、miR-518-3p預測GDM的曲線下面積(AUC)值均為1，miR-222-3p、miR-516b-5p的AUC分別為0.688、0.938[20]。生物標志物的預測效能由AUC來評估，根據生物標志物敏感度和特異度的配對值進行計算。一般來說，當AUC值在0.6以上時，預測模型被認為是可以接受的[21]。AUC值大于0.8則表示非常好的準確性，而大于0.9表示良好的診斷準確性[22]。Yoffe等[23]對妊娠早期孕婦外周血血漿進行定量逆轉錄聚合酶鏈反應檢測發現，在GDM組和正常妊娠組中發現2個上調的miRNAs(miR-223和miR-23a)，其AUC值均為0.91，表明循環中的miRNAs可能是預測GDM的潛在生物標志物。Zhao等[24]對我國妊娠中期診斷GDM之前孕婦外周血進行低密度miRNAs陣列分析，隨后進行定量逆轉錄聚合酶鏈反應驗證，結果表明，有3個miRNAs(miR-132、miR-29a和miR-222)在GDM患者外周血中的表達水平與孕周相似的對照組比較顯著降低，miR-132、miR-29a和miR-222的AUC值分別為0.64、0.65和0.65，當聯合檢測上述3個miRNAs時，AUC值增加至0.67，表明聯合多種miRNAs生物標志物檢測，可提高對GDM的預測能力。Cao等[25]采用定量逆轉錄聚合酶鏈反應檢測我國妊娠中期孕婦外周血血漿miRNAs發現，GDM孕婦血漿中miR-16-5p、miR-17-5p和miR-20a-5p的相對和絕對表達均顯著上調，AUC值分別為0.92、0.88和0.74。

2 蛋白質組學

眾所周知，蛋白是生命功能的執行者，且疾病的發生和發展并非某一特定的蛋白在單獨起作用，而是多個細胞及多種蛋白相互作用、相互影響導致的。蛋白質組學是特定的空間和(或)時間下，一個細胞、一類組織或一種生物的基因組所表達的全部蛋白質，旨在闡明生物體全部蛋白質的表達模式及功能模式。蛋白質組學是在“整體”蛋白質組范圍內對蛋白質樣品進行高通量的“全組”蛋白質直接鑒定，得到蛋白質組的“全組信息”，并在鑒定蛋白質的同時，對蛋白質組進行比較和相對定量分析，篩選出差異表達的蛋白質，并借助生物信息學手段構建差異表達蛋白質的功能調控網絡，從整體水平揭示疾病發生的分子調控機制。這一研究方法能夠監測生物樣品中蛋白質的表達水平，發現生物標志物，了解疾病的潛在發病機制。對于疾病早期診斷、治療及預后研究有著重大意義。近年來，越來越多的學者利用蛋白質組學研究方法來構建差異表達圖譜或尋找診斷GDM的潛在生物標志物，試圖把GDM的診斷時間提至妊娠早期，為預防和干預爭取更多時間，降低該病對孕婦和胎兒的不良影響。

Ravnsborg等[26]采用靶向蛋白質組學技術對妊娠8～14周孕婦外周血進行研究，發現6種蛋白質差異顯著，包括脂聯素、載脂蛋白M、載脂蛋白D等；對于肥胖組(體質量指數≥27 kg/m2)，載脂蛋白M能很好地預測GDM，其AUC值為0.633；非肥胖組(體質量指數<27 kg/m2)，載脂蛋白D能很好地預測GDM，其AUC值為0.659；但無論是肥胖組還是非肥胖組，脂聯素預測GDM的AUC值分別為0.712、0.671，均高于載脂蛋白的預測能力，表明脂聯素是預測GDM最佳獨立預測因子。Guo等[27]采用iTRAQ定量技術對妊娠15～20周孕婦尿液進行蛋白質組學研究，并通過酶聯免疫吸附試驗驗證發現，孕婦尿液中有2種候選蛋白標志物(CD59和IL1RA)可作為GDM的早期無創診斷指標，IL1RA的AUC值為0.899，CD59的AUC值為0.729；而當CD59和IL1RA聯合預測GDM時，其AUC值增加至0.906。Shen等[28]利用iTRAQ定量技術對妊娠12～16周及24～28周孕婦外周血血漿中的差異蛋白進行研究，發現共同存在的差異蛋白質有11個，并通過酶聯免疫吸附試驗驗證發現，AOPE、F9、FGA對GDM均有較高診斷價值，其中APOE的AUC值高達0.965。Liu等[29]采用液相色譜-串聯質譜技術對妊娠16～18周孕婦外周血進行蛋白質組學研究，結果表明GDM可誘導24種蛋白質表達水平發生變化，這些蛋白質包括妊娠相關蛋白、蛋白質代謝過程相關蛋白質、免疫球蛋白、C反應蛋白和其他蛋白質，并通過酶聯免疫吸附試驗證實了妊娠早期孕婦血漿中C反應蛋白和IGFBP2的異常表達，其AUC值分別為0.953和1。

3 代謝組學

代謝組學是采用高通量檢測方法對某一生物或細胞在某一特定生理時期的所有低分子量代謝產物同時進行定性和定量分析的一門新學科。代謝組學的研究對象是小分子代謝產物，能夠精確反映體內代謝的細微變化。GDM是一種妊娠期間糖代謝異常的代謝性疾病，因此有學者利用代謝組學方法對GDM進行相關研究，并發現一些GDM的早期診斷生物標志物。

Diboun等[30]采用串聯質譜技術對妊娠中期孕婦外周血進行代謝組學研究，結果顯示谷氨酸是GDM最好的預測因子，其AUC值高達0.81。聯合多種代謝物分子或者GDM高危因素可獲得更好的預測能力。Jiang等[31]利用高效液相色譜-電噴霧串聯技術對我國妊娠早期孕婦外周血中氨基酸水平進行代謝組學研究，其結果表明丙氨酸、異亮氨酸和酪氨酸對預測GDM有較高的價值，其AUC值分別為0.604、0.594和0.588，然而異亮氨酸和酪氨酸聯合預測GDM時，其AUC值增加到0.737。異亮氨酸和酪氨酸聯合傳統的GDM高危因素預測時，AUC值再次增加。Lu等[32]利用液相色譜-質譜法對妊娠早期孕婦外周血脂質代謝組學研究，發現聯合三酰甘油(碳原子數雙鍵數目為51∶1)、三酰甘油(48∶1)、卵磷脂(32∶1)和醚磷脂膽堿(40∶4)對預測GDM也具有較高的價值，其AUC值為0.71，當4種代謝產物分子聯合年齡和體質量指數預測GDM時，其AUC值增加到0.74。Hou等[33]利用氣液相色譜-質譜聯合技術對我國妊娠中期孕婦外周血進行代謝組學研究，發現游離脂肪酸、支鏈氨基酸、有機酸和含氧有機化合物在GDM和正常孕婦間都有顯著差異，2-氧-4-甲基頡草酸和氨基丁酸的AUC值均為0.687；當體質量指數、視黃醇結合蛋白4聯合代謝產物乙酰基天冬氨酸、順-7-十六碳烯酸預測GDM時，AUC值增加到0.751；由體質量指數、半胱氨酸C聯合代謝產物乙酰天冬氨酸和6，7-二酮-LCA預測GDM時，AUC值則增加到0.749。Law等[34]采用超高效液相色譜-混合四極桿飛行時間質譜法對我國GDM不同時間段尿液進行代謝組學研究，其結果表明參與色氨酸代謝的6種代謝產物及嘌呤代謝的4種代謝產物都顯示出作為較好候選生物標志物的能力，特別是在妊娠的前3個月和第二個3個月，其AUC值為0.72～0.77。Liu等[35]利用超高效液相色譜-混合四極桿飛行時間質譜法對我國GDM不同時間段尿液進行代謝組學研究，其研究結果表明L-苯基丙氨酸-L-脯氨酸、2-羥基嘌呤肉堿和左旋葡聚糖單獨早期預測GDM的AUC值在0.70左右，而3種代謝物聯合預測GDM時，其AUC值增加至0.96；該研究還顯示在妊娠晚期，GDM和正常組之間的代謝譜無明顯差異。這表明尿液代謝組學研究不僅可以預測妊娠早期的GDM，還可反映妊娠期GDM的進展，臨床干預可在一定程度上恢復GDM代謝。

4 外泌體

外泌體是近年來新起的疾病研究方向，是由多種細胞分泌的一種雙層脂質微型囊泡，內容物豐富，攜帶有蛋白、脂質和核酸等，可釋放到血液、淋巴、羊水、唾液、淚液、尿液和乳腺分泌物等多種生物體液中，在細胞間通訊中發揮重要作用，也在妊娠并發癥的病理生理過程中起著重要作用[36-37]。胎盤外泌體是妊娠期間由胎盤的組成細胞如合體滋養細胞、細胞滋養細胞、絨毛外滋養層細胞及胎盤血管內皮細胞等釋放的微型囊泡，其中被覆胎盤絨毛的合體滋養細胞是產生胎盤外泌體的主要細胞[38]。胎盤來源的外泌體早在妊娠6周時就可在母體血漿中被檢測到，并隨著孕周的增加(妊娠6～12周)，母體血漿中的外泌體濃度也隨之增加[39]。Liu等[40]通過比較正常孕婦和GDM孕婦不同孕期(早期妊娠11～14周、中期妊娠22～24周、晚期妊娠32～36周)胎盤外泌體發現，正常孕婦和GDM孕婦血漿中的外泌體濃度均隨胎齡增加而升高，但GDM孕婦血漿中的外泌體濃度升高更為顯著(分別是正常孕婦妊娠早期、中期和晚期的2.2、1.5和1.8倍)。表明血漿外泌體檢測可作為無癥狀GDM的診斷工具。Arias等[41]同樣評估了妊娠早期(妊娠11～14周)孕婦外周血中胎盤來源外泌體濃度，其預測GDM的AUC值為0.7982。胎盤外泌體攜帶從胎盤傳導的大量信息，參與母體內多種反應，如血管生成、免疫調節和炎癥反應等，在GDM的發病過程中扮演重要角色[39,42-44]。隨著外泌體在GDM病理生理過程中研究的深入，外泌體作為預測GDM潛在生物標志物也成為一大研究熱點。

綜上所述，隨著高通量組學及研究技術的興起，已發現許多預測GDM的潛在生物標志物，這些標志物在任何孕周均可容易獲取，不僅有助于了解GDM發病機制，還可為早期預測GDM提供新的思路與方向，從而能及早干預病情發展、改善患者妊娠結局及胎兒的預后。但也存在著許多問題，例如同一高通量組學研究的檢測技術沒有標準化；而且檢測結果在文獻中重復率較低等。這些生物標志物尚未得到大量臨床數據證實，未達成統一的預測標準。因此還需對更大規模的不同人群進行更多的前瞻性研究，進一步探討其應用價值。