基于1H-NMR技术的慢性肾衰竭代偿期气阴两虚证血清代谢分析
张敏继1 高继宁2▲ 张学奇3
1.山西省晋城市康复医院中医科,山西晋城 048000;2.山西省中西医结合医院肾三科,山西太原 030013;3.山西省晋城大医院寺河医院麻醉科,山西晋城 048015
[摘要]目的 分析基于1H-NMR 技术的慢性肾衰竭代偿期气阴两虚证的血清代谢情况。方法 选择2019年1—11月山西省中西医结合医院肾三科收治的15 例慢性肾衰竭代偿期气阴两虚证自愿患者作为疾病组,15 例健康的病人家属及志愿者作为对照组。留取空腹静脉血并备样处理,利用1H-NMR 技术结合主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)等多元化分析手段,寻找内生化合物并比较组间的代谢物差异变化。结果 疾病组中精氨酸、脯氨酸、脂质等7 种代谢差异物含量高于对照组,胆碱、磷脂酰胆碱2 种含量低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 初步发现慢性肾衰竭代偿期气阴两虚证候学存在特定的代谢轮廓。CRF 代偿期气阴两虚证的代谢紊乱途径可能主要涉及氨基酸及脂质代谢等方面。代谢组学技术可以更加全面的为中医肾脏疾病的现代化研究和临床实践提供有益的参考,为实现超早期诊疗慢性肾衰竭助力。
[关键词]慢性肾衰竭;慢性肾脏病;代谢组学;1H-NMR;多元统计分析;气阴两虚
慢性肾衰竭(chronic renal failure,CRF)是由各种慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)引起的肾小球滤过率(glomerular filtration rate,GFR)持续降低以及内环境紊乱失衡和临床症状组成的一组综合征[1]。其患病率、致残率、致死率之高,社会代价之巨大,严峻威胁着人类生命健康。据报道,全球CKD 的患病率约为13.4%[2],且59.5%~74.2%的早期患者因无典型症状常被忽视而延误病情,失去最佳治疗时机[3]。我国2012年以来,本病患病率呈直线上涨趋势,增长率约为71.3%[4]。基于以上认知,目前众医家一致认为慢性肾衰竭应早发现、早干预、早治疗。导师高继宁教授曾进行早中期CRF 脾肾气虚型患者的血液、尿液代谢组学研究,发现其代谢轮廓,对临床具有指导意义[5-6]。高师亦认为本病诊疗应提前至超早期,即积极干预在代偿期,而本课题所研究的气阴两虚证在早期CRF所占比重较大。气阴两虚证主要表现为:腰膝酸软,倦怠乏力,浮肿难消,纳呆腹胀,头晕耳鸣,五心烦热等。故本研究选用1H-NMR 技术对早期慢性肾衰竭气阴两虚证进行证候学的代谢物变化分析研究。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择2019年1—11月山西省中西医结合医院肾三科收治的15 例明确诊断为慢性肾衰竭代偿期气阴两虚证的自愿患者作为疾病组,15 例健康人(患者家属及志愿者)作为对照组。疾病组中,男8 例,女7 例;年龄20~75 岁,平均(50.87±13.51)岁。对照组中,男9例,女6 例;年龄20~75 岁,平均(45.93±7.82)岁。两组研究对象的一般资料比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。本研究经医院医学伦理委员会审核批准,所有研究对象均知情并签署同意书。
纳入标准:①参照《临床诊疗指南·肾脏病学分册》[1]慢性肾衰竭分期方法,符合肾功能代偿期诊断标准[血清肌酐(serum creatinine,Scr)133~177 μmo/L];②符合中华中医药学会肾病分会(2006年版)慢性肾衰竭诊断标准[7],辨证为气阴两虚证的患者;③同时具有脾肾气虚证和肝肾阴虚证的主症中一项或具备任一主症的一项和另一次症的二项,阴虚可兼见血虚(脾肾气虚主症为腰膝酸软、倦怠乏力、浮胖难消、纳呆腹胀,次症为畏寒喜暖、夜尿清长、大便稀溏、舌质淡紫、脉细涩、沉迟;肝肾阴虚主症为腰膝腿软、头晕耳鸣、五心躁热、少气乏力,次症为咽干口燥、尿少色黄、大便干结、面色暗紫、舌质暗淡、或有瘀斑、脉沉细无力)。排除标准:①合并其他系统严重基础疾病的患者;②处于妊娠、哺乳期的患者;③有严重交流障碍,依从性差的患者。
1.2 方法
抽取受试者空腹静脉血置肝素钠真空管做好标记晃匀,放入TGL-16 高速台式冷冻离心机(湖南湘仪离心机仪器有限公司)以3000 r/min 低温离心10 min,取每份不少于600 μL 血清分批次贮存于-80℃医用超低温冰箱(Thermo 902-ULTS USA)中[8]。一次性取出所有血样于0℃复温,移液枪分别精密吸取400 μL 血清及350 μL 重水D2O 置于EP 管涡旋30 s,以13 000 r/min 于4℃下再次离心20 min,静置下层混浊液弃之不用,取上层清液600 μL 至5 mm核磁管准备进行核磁(600.13 MHz 质子频率,德国布鲁克公司)图谱分析检测,衰减宽峰(蛋白质和脂蛋白)选用Carr-Purcell-Meiboom-Gill 脉冲序列。
1.3 观察指标
血清核磁图谱处理采用MestReNova 9.0.1 软件,所有图谱均以手动相位选择傅里叶变换后自动校正,将基线调整至平滑,以肌酐δ3.04 为标准校正,剪切残余水峰(δ4.61~δ4.80),以δ0.01 为宽度对δ0.65~δ8.80化学位移区间分段积分并行归一化处理,将所得积分数据导入Excel 整理进行下一步多元统计。
1.4 统计学方法
上述整理数据导入SIMCA-P 13.0 软件后进行PCA、OPLS-DA 等多元统计分析找出差异代谢产物,利用统计学软件SPSS 25.0 进行数据分析,计量资料计算均数±标准差(±s),符合正态分布的计量资料,组间比较采用t 检验;不符合正态分布者采用中位数(M)表示,组间比较采用非参数检验,以P<0.05 为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组研究对象核磁共振分析
基于1H-NMR 技术对疾病组与对照组血清1HNMR 图谱进行比较分析,可见两组核磁图谱存在差异,通过每个代谢物的δ、耦合常数、裂峰特点,查阅文献、数据库等多途径进行分析,共指认出29 种主要化合物(图1,封三)。
图1 血清核磁图谱
A:疾病组;B:对照组
2.2 两组研究对象代谢标志物多元统计分析
将核磁积分归一化后数据整理导入SIMCA-P 13.0 进行PCA 分析、OPLS-DA 分析等多元分析。PCA散点图显示两组具有明显离散趋势,说明两组血清代谢成分不同,有明显差异(图2A,封三)。在无监督模式下可能存在误差(组内或者随机),所以进一步OPLS-DA 分析。首先在模型验证有效可靠的基础上(图2B,封三),进行OPLS-DA 分析:由散点图(图2C,封三)可见两组血清能够明显区分,结合S-Plot 图(图2D,封三)以及VIP>1 值确定差异成分,分析发现α-葡萄糖、β-羟基丁酸酯、丙氨酸、醋酸盐、胆碱、谷氨酰胺、精氨酸、脯氨酸、脂质、磷脂酰胆碱等10 种特异性代谢标志物,其中疾病组磷脂酰胆碱和胆碱含量低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);疾病组α-葡萄糖含量虽然低于观察组,但差异无统计学意义(P>0.05);其余7 种代谢标志物含量疾病组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)(图3、表1)。
图2 血清多元统计图
A:血清PCA;B:模型验证;C:OPLS-DA;D:S-Plot 1 为疾病组,2 为对照组
图3 代谢成分相对含量的比较
A:α-葡萄糖;B:β-羟基丁酸酯;C:丙氨酸;D:醋酸盐;E:胆碱;F:谷氨酰胺;G:精氨酸;H:脯氨酸;I:脂质;J:磷脂酰胆碱
表1 两组研究对象代谢标志物相对含量的比较及趋势
+:上升趋势;-:下降趋势
3 讨论
目前,现代医学对CRF 的治疗手段尚比较单一局限,无力逆转其恶化进展,中医药对本病的诊疗优势凸显,且疗效明显,早期介入治疗可以逆转和或延缓其进展。本病在古文献中仅以简单相似的单一症状命名而并无确切的可以完全表达本病大部分症状特征相对应的病名,现代传统医学拟定“慢性肾衰”为本病病名[9],分为五种证型,即脾肾气虚、气阴两虚、肝肾阴虚、脾肾阳虚、阴阳两虚,查阅文献发现气阴两虚型是早期慢性肾衰的主要证型之一,而临床实践证明超早期的中医干预治疗是阻抑本病恶化发展的关键一步。代谢组学能够通过对内、外源性代谢物进行定性和或定量分析,来定量测量机体对各种刺激以及与时间相关的代谢应答反应。证候同样反映的是内外环境的变化以及六淫或七情内伤等致病因素作用于机体的整体时效应答。两者有着异曲同工之妙,且代谢组学有可能从更深层面认识和挖掘中医的内涵[10]。代谢组学运用于肾脏病的早期症候学研究,有助于本病的早干预,有望极大程度地阻止延缓慢性肾衰竭向晚期发展。
本研究筛选出慢性肾衰代偿期气阴两虚证的特异性标志物有9 种。查阅文献,其中β-羟基丁酸酯是酮体的重要部分[11],CRF 期代偿性增加有助于促进肾保护作用。脂质异常是CRF 进展中的加重因素,微炎状态下脂质沉积,从而加重肾损害[12]。高师认为CRF是“微癥瘕”的过程,痰瘀为本病恶化的危险因素,脂质相当于中医的“痰瘀”,气虚推动无力,络脉瘀滞,阴液亏少、燥热内生炼液成痰,痰瘀互结。而胆碱、磷脂酰胆碱参与加速脂肪及胆固醇代谢,从而保护肾功能,与脂质呈负反馈效应[13]。气血阴液是维持人体生命活动最基本物质,气阴两虚时机体会呈负反馈效应,故氨基酸、矿物质相当于气血津液等精微物质,会呈现代偿性增加。谷氨酰胺作为谷氨酸的酰胺,具有免疫调节的作用[14];精氨酸亦能够增强免疫[15-16]、分泌激素[17]并促进毒素排泄;脯氨酸可促进健康细胞再生,延缓衰老。醋酸盐有纠正尿毒症及电解质紊乱作用。故在早期CRF 会代偿性增加。丙氨酸可以促进葡萄糖代谢,提供能量,故代偿期呈正反馈效应。
本研究虽在临床上有一定指导意义,但样本量较少、证型判别可能存在主观性、没有和其余证型做对比,具有一定的局限性,期待课题组做更大样本的研究,做全部证型的对比研究,找出普遍的规律及特异性代谢物,用于指导临床,实现中医质量标准化。
综上所述,不难发现CRF 代偿期气阴两虚证的代谢紊乱途径可能主要涉及氨基酸及脂质代谢等方面。这些发现提示在治疗早期CRF 时,应注重以营养饮食,补充氨基酸等能量物质,辨证以本虚为主,标实为辅,治疗应益气养阴,兼顾豁痰化瘀。处方中既要增加益气养阴等扶助正气之品扶正以祛邪,同时要合理兼顾配伍活血化瘀、豁痰祛浊之品祛邪以扶正,从而阴平阳秘,另外恰当运用虫类等血肉有情之品走窜引药直达病所将会效如桴鼓[18]。由此可见,代谢组学技术可以更加全面地为肾病的中医现代化研究和辨证论治提供更加客观有益的参考依据以及新的突破思路。
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Analysis of serum metabolism of qi and yin deficiency syndrome in the compensated stage of chronic renal failure based on 1H-NMR technology
ZHANG Min-ji1 GAO Ji-ning2▲ ZHANG Xue-qi3
1. Department of Traditional Chinese Medicine, Jincheng Rehabilitation Hospital, Shanxi Province, Jincheng 048000,China; 2. The Third Department of Nephrology, Shanxi Hospital of Integrated Traditional and Western Medicine, Shanxi Province, Taiyuan 030013, China; 3. Department of Anesthesiology, Sihe Hospital, Jincheng Grand Hospital, Shanxi Province, Jincheng 048015, China
[Abstract] Objective To analyze the serum metabolism of qi and yin deficiency syndrome in the compensated stage of chronic renal failure based on 1H-NMR technology. Methods From January to November 2019, 15 voluntary patients with qi and yin deficiency syndrome in the compensated stage of chronic renal failure admitted to the Third Department of Nephrology, Shanxi Hospital of Integrated Traditional and Western Medicine were selected as the disease group, and 15 healthy patients′ family members and volunteers were selected as the control group. Fasting venous blood was collected and prepared for sample processing. 1H-NMR technology combined with principal component analysis (PCA),orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA) and other diversified analytical methods were used to find endogenous compounds and compare metabolite differences between groups. Results In the disease group, the contents of seven metabolic differences including arginine, proline and lipid were higher than those in the control group,and the contents of two kinds of choline and phosphatidylcholine were lower than those in the control group, the differences were statistically significant (P<0.05). Conclusion It is initially found that there is a specific metabolic profile in the syndrome of deficiency of both qi and yin in the compensatory phase of chronic renal failure. The metabolic disorder of qi and yin deficiency syndrome in the compensatory phase of CRF may mainly involve amino acid and lipid metabolism. Metabonomics technology can provide a more comprehensive reference for the modern research and clinical practice of traditional Chinese medicine kidney disease,and help realize the ultra-early diagnosis and treatment of chronic renal failure.
[Key words] Chronic renal failure; Chronic kidney disease; Metabolomics; 1H -NMR; Multivariate statistical analysis; Deficiency of both qi and yin
[中图分类号] R277.5
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-4721(2021)7(a)-0008-04
[基金项目]山西省自然科学基金项目(201801D121227)
[作者简介]张敏继(1982-),女,山西晋城人,中医科主任,研究方向:中医药防治肾脏病
▲通讯作者:高继宁(1955-),教授,研究方向:中医药防治肾脏病
(收稿日期:2020-11-25)