妊娠期糖尿病孕婦血液中不同類型物質的代謝組學特點

陳銳聰，香鈺婷，李仲均

（1.廣東醫科大學第一臨床醫學院，廣東 湛江 524023；2.東莞市人民醫院婦產科，廣東 東莞 523058）

妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）是妊娠期最常見的合并癥，是由于妊娠后母體血糖代謝異常而首次發生的糖尿病[1]，可影響母體內代謝狀況及胎兒宮內發育，致母嬰不良結局[2]。近年來GDM 發病率明顯上升，我國GDM 發病率達13.0%～20.9%[3]，患者再次妊娠復發率及以后發展為2 型糖尿病的幾率均明顯上升[4，5]。GDM 可引起孕婦和圍生兒危險的并發癥[6]，故早期預測或診斷并進行干預，對改善母兒結局和降低并發癥非常重要。代謝組學是一門近年來發展起來的技術，機體受到外源刺激及內在病理生理變化時產生的代謝改變能被代謝組學技術檢測到，通過代謝組學分析，可探索GDM 發生發展過程中的重要小分子代謝物，挖掘疾病潛在發病機制。近年來，GDM 代謝組學研究中采取的標本類型有血清或血漿、尿液、羊水、臍帶血等，最常見的標本類型為血清或血漿[7]，是代謝組學研究領域中重要的體液樣本，血清或血漿所含小分子代謝物種類多、跨度大，能較穩定反映孕婦體內代謝狀況，故研究GDM 孕婦血清或血漿的代謝組學特點有重要意義。氨基酸、脂質及膽汁酸有關代謝與GDM 發病密切相關，此外還有其它未分類的物質。本文主要對上述不同類別物質的代謝組學特點進行綜述，以期為認識GDM 的發病機制以及尋找GDM發病的預測或診斷因子提供參考。

1 氨基酸代謝組學

1.1 人體氨基酸與GDM 的關系 Zhao H 等[8]研究發現，GDM 組的6 種人體氨基酸低于對照組，說明體內氨基酸濃度異常與GDM 發病可能有關。Diboun I等[9]分析了中孕期的血漿代謝組學，發現GDM 孕婦中孕期血漿的谷氨酸較對照組升高。Hou W 等[10]的研究對早孕期血清進行分析發現，GDM 孕婦早孕期血清丙氨酸及谷氨酸濃度顯著升高。此外，還有關于GDM 產褥期的血液代謝組學的研究。Lai M 等[11]分析了1035 例GDM 孕婦產后早期的血漿，發現高風險進展為2 型糖尿病的產婦血漿中許多支鏈氨基酸及其代謝物顯著升高。以上均未對孕婦BMI 進行分組，而White SL 等[12]分析了646 例BMI≥28 kg/m2的孕婦早、中孕期血清（其中198 例在中孕期診斷為GDM），發現GDM 組纈氨酸及苯丙氨酸顯著升高，而丙氨酸在兩組間無差異，說明體內芳香族氨基酸及支鏈氨基酸異常可能與GDM 發病有關。GDM 孕婦的支鏈氨基酸代謝異常已有研究。Mokkala K 等[13]分析了100 例GDM 和252 例正常孕婦的血清，發現GDM 組的支鏈氨基酸（尤其是亮氨酸、異亮氨酸）顯著升高，另一項研究[14]得出相同的結果。以上研究可看出，同一種氨基酸在不同的GDM 代謝組學研究中得出的結果有時不同，可能是檢測技術的不統一或者采樣時間不同導致。且上述研究中，多數發現GDM 孕婦血液中支鏈氨基酸濃度較正常孕婦顯著升高，極少數研究發現GDM 孕婦血液中支鏈氨基酸減少，還有少數研究發現[15]，GDM 孕婦和正常孕婦的支鏈氨基酸水平無顯著差異。對于支鏈氨基酸與GDM 的關系，支鏈氨基酸水平升高導致mTOR/S6K1 途徑激活和IRS1 的絲氨酸磷酸化，從而抑制胰島素誘導的PI3K 激活進而導致胰島素抵抗可能一種潛在的機制[16]。此外，支鏈氨基酸代謝紊亂可能導致有毒支鏈氨基酸代謝產物的累積，從而導致β 細胞線粒體功能障礙和導致胰島素抵抗[17]。故認為血清或血漿氨基酸水平異常，特別是支鏈氨基酸水平升高，與GDM 發病關系密切，部分支鏈氨基酸有望作為GDM 的診斷或預測因子。

1.2 氨基酸衍生物與GDM 的關系 He XL 等[18]發現35～40 歲GDM 孕婦早孕期血漿的賴氨酸、N-α-乙酰賴氨酸、3-氨基丙酸、蛋氨酸濃度顯著高于對照組，而半胱氨酸顯著偏低。在晚孕期，GDM 血漿中有25 種代謝物顯著升高，包括大多數氨基酸及氨基酸衍生物，而14 種代謝物濃度偏低，包括3 種氨基酸衍生物[半胱氨酸、N-（羧甲基）-L-丙氨酸、β-甲氨基丙氨酸]。He XL 等[18]的縱向研究表明，部分氨基酸衍生物及含硫氨基酸可能與GDM 發病有關。Lu W 等[19]發現，GDM 孕婦晚孕期血清酮亮氨酸和L-色氨酸濃度低于對照組，說明了氨基酸衍生物及芳香族氨基酸與GDM 的潛在關系。Chen X 等[20]研究發現，GDM 組血清2-氨基丁酸較對照組顯著增加。而Tian M 等[21]采用非靶向HPLC-MS 代謝組學方法研究了我國人群中早孕期孕婦血清代謝物與GDM 風險之間的關系。該研究分析了51 例正常孕婦及51 例后續診斷為GDM 的早孕期孕婦血清，發現血清中差異代謝物主要是谷氨酸、4-乙酰氨基丁酸和焦谷氨酸，孕早期這些差異代謝產物及其相應的代謝途徑可能與GDM 的后續發展有關。上述研究顯示，部分GDM 血液代謝組學分析發現GDM 組的一些氨基酸衍生物較對照組有顯著差異，這些氨基酸衍生物可能是由人體常見氨基酸轉化而來，其與GDM 的關系尚不清楚，有待驗證。

2 脂質代謝組學

2.1 飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸與GDM 的關系Lu W 等[19]研究發現，GDM 孕婦組的血清中棕櫚酸濃度高于正常孕婦組。Raczkowska BA 等[22]發現GDM 組早孕期血清的肉豆蔻酸濃度顯著升高，在中孕期時，GDM 組的飽和脂肪酸（辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、七烷酸和壬酸）和不飽和脂肪酸（棕櫚烯酸、油酸和亞油酸）均顯著高于對照組。He XL 等[18]發現GDM 組早孕期血漿的花生四烯酸濃度較對照組顯著偏低，GDM 組晚孕期的血漿中有25 種代謝物顯著升高，包括己酸及肉豆蔻烯酸，而有14 種代謝物濃度偏低，包括2-甲基硬脂酸、硬脂酸、二十二碳四烯酸、剛烯二酸、8,11,14-二十碳三烯酸、11，14-二十碳二烯酸、11-順-十八碳烯酸及11-反-十八烯酸。以上3 項研究均發現中、長鏈飽和及不飽和脂肪酸與GDM 的潛在關系，也有有關短鏈飽和脂肪酸的代謝組學研究。Gao Y 等[23]發現GDM 組血清的戊酸、己酸、異丁酸和異戊酸濃度顯著升高，然而乙酸、丙酸和丁酸濃度與對照組相比無差異。和上述研究不同，Meng X 等[24]對中孕期GDM的差異代謝物相關代謝途徑進行分析，發現GDM組的二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸及花生四烯酸相關代謝途徑均活躍。上述所列研究中提到的棕櫚烯酸和棕櫚酸是兩種不同的脂肪酸，棕櫚烯酸是單不飽和脂肪酸，其存在于人體皮膚真皮層中，具有抗炎的作用，在動植物油中鮮有存在，而棕櫚酸是飽和脂肪酸，廣泛存在于各種動植物油中，屬于常見油脂，可在肝細胞、骨骼肌細胞和心肌細胞中誘導胰島素抵抗，并在糖尿病等疾病的形成中發揮重要作用[25，26]。棕櫚酸可通過減弱胰島素受體底物的酪氨酸磷酸化和激活mTOR 途徑，而抑制胰島素刺激的細胞葡萄糖轉運導致血糖升高[27]。不飽和脂肪酸，如花生四烯酸，在GDM 孕婦血液中呈上升趨勢[28]，這可能是由于GDM 孕婦體內處于一種低度炎癥狀態，體現為血液中炎癥因子濃度的上升，而花生四烯酸是一些炎癥因子的直接前體，故其在GDM 孕婦體內可能增高。另外一些研究則得出相反的結果，如花生四烯酸及其它部分不飽和脂肪酸在GDM 孕婦體內呈減少趨勢，其中可能的解釋是由于GDM 孕婦血液中處于氧化應激狀態，導致具有抗氧化作用的不飽和脂肪酸被氧化而消耗[29]。而飽和脂肪酸的結果在大多數研究中則較為統一，即均呈上升趨勢，這可能是GDM 孕婦的飲食及其體內血液的氧化應激所致[30]。飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的比例失衡與胰島素抵抗有關[31]，其與GDM發病關系密切。總之，部分不飽和脂肪酸或飽和脂肪酸具有較好的診斷或預測GDM 的作用。

2.2 磷脂與GDM 的關系 Wang Y 等[32]分析了1008例早孕期孕婦的血清（其中336 例被診斷為GDM，672例為正常），發現GDM 組的磷脂酰肌醇、羥基磷脂酰膽堿、縮醛磷脂酰乙醇胺、二乙酰基甘油酯及羥基磷脂酰乙醇胺均較對照組顯著上調，而鞘磷脂、二己糖神經酰胺、己糖神經酰胺及磷脂酰膽堿顯著下調。Diboun I 等[9]研究發現GDM 組血漿的二酰基磷脂酰膽堿、花生四烯酸及酰基-烷基磷脂酰膽堿較對照組有顯著差異。此外，還有關于GDM 產褥期的血漿研究。Lai M 等[11]發現那些后來進展為2 型糖尿病的產婦的產后早期血漿中二酰基甘油磷脂顯著升高，而鞘脂及酰基-烷基甘油磷脂則顯著下降。與上述3 項研究不同，Tan B 等[33]的研究發現了溶血磷脂的差異，29 例GDM 孕婦組血清的溶血磷脂酰膽堿、肉桂酸、棕櫚酸、鞘氨醇及1,25-二羥膽骨化醇類脂的濃度較對照組有顯著差異。而Law KP 等[34]進行縱向隊列研究發現早孕期GDM 組血漿的多不飽和或化學修飾磷脂濃度明顯低于對照組。上述研究表明GDM 血液代謝組學分析發現GDM 組中部分類型磷脂較對照組有顯著差異，可能是由于GDM 孕婦的脂代謝異常影響磷脂水平，許多研究顯示磷脂類物質具有較好的診斷或預測GDM 的潛能。

3 膽汁酸代謝組學

血清膽汁酸代謝在葡萄糖、脂肪和能量代謝中起著重要作用[35]。Li J 等[36]分析243 例GDM 孕婦早孕期血清，發現膽酸、鵝脫氧膽酸、脫氧膽酸、甘氨熊脫氧膽酸、甘氨鵝脫氧膽酸、甘氨脫氧膽酸、牛磺脫氧膽酸、甘氨膽酸和牛磺膽酸濃度在兩組間有顯著差異，其證明脫氧膽酸和甘氨熊脫氧膽酸的濃度降低，與患GDM 風險增加獨立相關。然而，Hou W 等[10]的研究得出的結果與前者不同，其未檢測到脫氧膽酸、熊脫氧膽酸和甘氨熊脫氧膽酸在兩組間的差異，但在單變量分析中觀察到GDM 組的初級膽汁酸下調，而其他一些次級膽汁酸上調。而與Li J 等[36]的研究結果類似，Diboun I 等[9]發現GDM 組血漿的甘氨鵝脫氧膽酸濃度較對照組有顯著差異。以上研究表明，血清膽汁酸代謝與GDM 發病可能有關，兩者之間關系的相關代謝組學研究較少。膽汁酸代謝的腸肝循環需要腸道微生物的作用來協助完成，猜測可能是由于GDM 孕婦腸道微生物組的紊亂導致膽汁酸在腸道內轉化發生障礙，進而導致測得血清中某些類型膽汁酸有變化。以后仍需更多的GDM 血液膽汁酸代謝組學的相關研究來驗證。

4 其它物質代謝組學

Zhao H 等[8]發現GDM 組血清的尿酸明顯低于對照組。Tian M 等[21]發現GDM 組早孕期血清的黃嘌呤、4-氧丙啉、二氫胸腺嘧啶和苯乙酸濃度較正常孕婦組有顯著差異，尿酸、黃嘌呤均是嘌呤核苷酸代謝的相關產物，說明GDM 孕婦體內嘌呤核苷酸代謝可能發生紊亂。另有研究發現三羧酸循環代謝與GDM 的密切關系。He XL 等[18]發現GDM 組早孕期血漿的檸檬酸濃度高于對照組，晚孕期GDM 組有25 種代謝物顯著升高，包括三羧酸循環中間產物；而有14 種代謝物濃度低于對照組，包括2 種有機酸（丙二酸、苯甲酸）。在以下兩項研究也得出了類似的結果。Mokkala K 等[13]發現GDM 組血清的檸檬酸濃度較對照組顯著升高。Lu W 等[19]發現GDM 組中孕期血清的3-甲基-2-氧戊酸、3-羥基丁酸、α-羥基異丁酸和乙酸濃度高于對照組，晚孕期GDM組的α-酮異戊酸、丙酮酸和琥珀酸濃度則偏低，而丙酮酸和琥珀酸亦是三羧酸循環代謝的中間產物。β-羥丁酸是重要酮體之一。Raczkowska BA 等[22]發現GDM 組早孕期血清的α-羥丁酸和β-羥丁酸濃度高于對照組，且空腹血糖異常的GDM 組血清中甘露醇、十六醇、阿拉伯醇和對甲酚濃度較對照組存有顯著差異。Meng X 等[24]除了發現三羧酸循環代謝物的差異，還發現一些其它少見物質的差異。比如，GDM 組的檸檬酸、α-酮戊二酸、磷酸、脫氫抗壞血酸、2-呋喃甲酸、吐根酚堿及茉莉酸甲酯均上調，異甘草苷元、染料木素、大豆苷元和黃樟醇均下調。Shokry E 等[37]關于GDM 六碳糖的研究發現，GDM組晚孕期血清的己糖含量（葡萄糖、甘露糖、果糖）較正常孕婦組顯著增加。另有研究發現，GDM 組的血清中1,5 脫水葡萄糖醇濃度顯著低于對照組[38]，表明1,5 脫水葡萄糖醇是GDM 早期識別的潛在標志物，1,5 脫水葡萄糖醇可能通過抑制蔗糖酶、乳糖分解酶活性和腸道葡萄糖吸收來抑制血糖升高[39]。由以上各項研究可看出，有機酸濃度在GDM 孕婦組及正常孕婦組體內存在顯著差異，部分有機酸具有很好的區分和預測潛力，其產生可能與孕婦體內氧化應激或三羧酸循環代謝異常有關。除了有機酸外，其它一些少見物質亦在兩組間有顯著差異，其原因機制不明，仍待更多研究來驗證。

5 總結與展望

大量GDM 血清或血漿的代謝組學相關研究發現，血液中飽和與不飽和脂肪酸代謝、氨基酸代謝、碳水化合物代謝、嘌呤核苷酸代謝、膽汁酸代謝及有機酸代謝與GDM 發病可能有關，且不同妊娠階段其代謝組學特點亦有相應的變化，提示上述多種代謝途徑與GDM 進展可能有關。關于GDM 的代謝組學研究多集中于橫斷面病例研究，且樣本量往往較小。關于GDM 孕婦妊娠早期、妊娠中期、妊娠晚期3個時期的縱向研究，特別是大樣本量的研究，報道很少。且在GDM 代謝組學研究領域，很少有研究包括有關飲食攝入的信息，而飲食會對個人血液、尿液或其他組織中的代謝物水平產生重大影響，尤其是氨基酸和脂肪酸及其相關代謝物，為了讓結果盡量不受混雜因素影響，未來的GDM 代謝組學研究需要做好組間飲食因素的匹配。GDM 的預測和診斷一直是難點，目前OGTT 檢查方法并不能在早期篩查出血糖代謝異常的孕婦，不利于改善母兒結局。由于癥狀或疾病在發生之前，體內代謝可能已經有顯著改變，而這些代謝改變可能會被代謝組學技術方法檢測得到，故代謝組學技術在尋找GDM 的早期預測因子方面具有重大優勢。隨著代謝組學檢測技術的完善和優化，希望其以后能在GDM 預測和診斷方面及認識發病機制方面做出重大貢獻，更精準、更靈敏地發現GDM 的預測和診斷因子，挖掘GDM 的發病機制，造福孕產婦及新生兒，改善母嬰結局。