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北卡罗莱纳州立大学的研究表明，血浆的高通量分析可以帮助识别肌萎缩性侧索硬化症(ALS)的诊断和预后生物标志物。这项研究进一步阐明了疾病进展的途径，似乎排除了环境神经毒素在ALS中发挥的作用。
ALS是一种进行性神经退行性疾病，会导致大脑和脊髓神经细胞退化。目前，由于缺乏明确的目标，诊断过程往往需要一年以上才能完成，以及监测进展的方法不充分和主观，治疗受到阻碍。
“早期诊断很重要，但我们迫切需要定量标记物来监测治疗干预的进展和疗效，”北卡罗来纳州生物科学副教授、一篇描述该工作的论文的通讯作者Michael Bereman说。“由于代谢中断是ALS的标志性特征，我们希望通过研究代谢标志物来发现生物标志物。”
Bereman和来自北卡罗来纳州和澳大利亚麦考瑞大学的同事们从麦考瑞大学MND生物库中采集了134名ALS患者和118名健康人的血浆样本。他们使用基于芯片的毛细管区带电泳与高分辨率质谱联用来识别和分析样品中的血浆代谢物。这种方法能迅速将等离子体分解成分子成分，然后根据它们的质量进行鉴定。研究人员开发了两种计算机算法:一种用于分离健康和ALS样本，另一种用于预测疾病进展。
最显著的代谢指标与肌肉活动有关:肌酸水平升高，有助于肌肉运动，肌酸和甲基组氨酸水平下降，肌酸和甲基组氨酸是肌肉活动和分解的副产品。肌酸在ALS患者中升高了49%，而肌酸和甲基组氨酸分别下降了20%和24%。此外，肌酸与肌酐的比值在男性和女性ALS患者中分别增加了370%和200%。
通过机器学习，他们创建的算法能够将健康的参与者从ALS患者中分离出来，并预测疾病的进展。这些模型产生了灵敏度(检测疾病的能力)和特异性(检测没有疾病的个体的能力)的结果。疾病检测模型的敏感性为80%，特异性为78%，进展模型的敏感性为74%，特异性为87%。
“肌酸缺乏本身似乎并不是一个问题——我们的研究结果证实肌酸激酶的细胞能量产生途径，已知肌酸激酶在肌萎缩性侧索硬化症中发生了改变，并没有发挥它应该发挥的作用，”Bereman说。
“这些结果有力地证明，血浆代谢物可以用于诊断和监测疾病进展，”麦考瑞大学神经科学教授、该论文的合著者Gilles Guillemin说。“我们的下一步将是在同一名患者体内随着时间的推移检测这些标志物。”
这项工作的另一个目标是寻找暴露于环境神经毒素β -甲基胺- l -丙氨酸(BMAA)的证据，这种毒素在绿藻和蓝藻中发现。自20世纪50年代以来，BMAA就被认为与ALS(肌萎缩性侧索硬化症)有关，但很少有研究试图在人类ALS患者中检测到BMAA。研究人员没有在健康和ALS患者的血液中检测到BMAA。
该作品出现在蛋白质组研究杂志，并部分得到ALS生物标志物联盟的支持;ALS协会;渐冻症的治疗方法;以及北卡罗来纳州立大学的校长创新基金。David Muddiman, Jacob和Betty Belin北卡州立大学杰出化学教授，是合著者。
皮克-
编辑:一个抽象的遵循
“代谢物图谱揭示肌萎缩性侧索硬化症患者血浆中预测生物标志物和β-甲基氨基- l -丙氨酸的缺失”
DOI:10.1021 / acs.jproteome.0c00216
发表:在网上蛋白质组研究杂志
作者: Michael Bereman, Kaylie Kirkwood, Allyson Mellinger, David Muddiman，北卡罗莱纳州立大学;Gilles Guillemin, Tharani Sabaretnam, Sarah Furlong, Dominic Rowe，麦考瑞大学，新南威尔士，澳大利亚
文摘:
采用基于芯片的毛细管区带电泳与高分辨率质谱联用技术，我们分析了134例诊断为散发性肌萎缩性侧索硬化症(男性81例，女性53例)和118例健康个体(男性49例，女性69例)的血浆代谢组。最显著的标记物(p<0.01)是肌酸，在ALS患者中升高了49%，肌酸和甲基组氨酸分别下降了20%和24%。肌酸与肌酐的比值在男性和女性ALS患者中分别增加了370%和200%。此外，男性ALS患者的7种必需氨基酸平均含量比健康对照组低5-13%，而女性与健康对照组无显著差异。我们利用代谢产物丰度建立了两个模型:1)ALS与健康样本分离的分类模型;2)基于ALS功能评分预测疾病进展的分类模型。利用蒙特卡罗交叉验证方法，线性判别分析模型实现了ALS和对照组分离的平均接受者工作特征曲线下面积(AUC)为0.85(0.06)，平均灵敏度为80%(9%)，特异性为78%(10%)。支持向量机分类器预测的进展类别AUC为0.90(0.06)，平均敏感性为73%(10%)，特异性为86%(5%)。最后，使用先前报道的采用稳定同位素标记(13C315N2)标记标准的检测方法，我们无法在252份血浆样本的游离或蛋白结合部分检测到外源性神经毒性代谢物β-甲基氨基- l -丙氨酸(BMAA)。
