不同血脂水平下血清拉曼光谱特征及其对高脂血症的预测价值

杨春英，杨 梅，周 冰，周 燕，熊丽娟，崔丽丽，主 劲，曹永芬

(贵州中医药大学第二附属医院检验科，贵州贵阳 550001)

拉曼光谱检测是一种利用单色光照射在样品上产生非弹性散射信号并将该非弹性散射用于物质分析的手段[1-2]。拉曼光谱可以根据分子的转动能级或振动能级以确定分子结构，是一种振动的分子光谱[3]。随着该技术的发展，它被广泛地运用在生物、医学、化学、材料、鉴伪、考古等领域[4]。它具有准确度高，速度快，样品不需前处理或仅仅需要很少的前处理，检测水溶液样品无损伤的优点，是一种简便、快捷的技术[5-6]。本文探讨拉曼光谱对人体血清的检测，探究不同血脂水平下检测血清拉曼光谱特征及其对高脂血症的预测价值。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2017年8月至2018年3月于本院就诊的血脂异常患者50例以及同龄健康者(对照)50例进行研究。本次试验每例样本检测4次，进行均一化处理。以50例血脂异常样本为对象进行研究，其中男28例，女22例；年龄52～70岁，平均(61.26±9.62)岁；吸烟史14例(28%)；平均收缩压为(123.59±21.13)mm Hg，平均舒张压为(78.26±11.36)mm Hg，平均脉搏为(83.69±7.12)2次/min；患者的病史类型中高血压病史24例(48.00%)，糖尿病病史16例(32.00%)，冠心病病史9例(18.00%)。血脂异常患者和健康者年龄、性别、病史等一般资料比较见表1。检测血脂异常，利用拉曼光谱分析建立PLS数学模型预测结果精度，进行拉曼光谱谱线分析，统计分析诊断灵敏度、特异度。为防止食物对血液成分造成的干扰，样本在早饭前采集。先对患者进行抽血取样并分离血清样本，立刻分别冷藏存放于透明的玻璃样品器皿中，存放温度为-80 ℃，存放时间15 d内。本研究在得到患者及家属知情并签订同意书情况下进行，本研究获得本院伦理委员会批准实施。

表1 两组一般资料比较

1.2试验方法 激发光采用Ar+激光器发出激光。采用波长精度±0.01 nm的双光栅单色仪。一个斩波器(700 Hz)和锁相放大器被用来放大拉曼信号，拉曼信号由PMT探测并传入计算机中。波长532 nm，采集时间20 s，采集次数1次，光谱范围800～1 800/cm，光栅1 800 gr/mm，10倍物镜，50%的激光功率。光谱测量时，于单色仪和斩波器之间使用约1 mL的血清样本装入试管中。所得光谱导入origin-Pro8.0分析软件进行分析，用origin-Pro8.0对测得的光谱数据进行导入分析，接着通过加和平均的方式得出最后的拉曼光谱数据。

1.3高脂血症诊断标准 主要依据血清中总胆固醇(TC)、总蛋白(TP)、低密度脂蛋白(LDL)、极低密度脂蛋白(VLDL)、葡萄糖(GLU)及三酰甘油(TG)的检测情况，可将高脂血症分为高三酰甘油血症、高胆固醇血症、低高密度脂蛋白血症、混合型高脂血症[7-8]。

2 结 果

2.1血清拉曼光谱分析结果PLS建模预测均方根误差(RMSEP)值和相关系数比较 选择常用的血清成分进行拉曼光谱分析，并通过PLS建模的方法预测RMSEP值和相关系数。两组TC、TP、LDL、VLDL、GLU及TG PLS建模的方法预测RMSEP值和相关系数比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 血清拉曼光谱分析结果PLS建模预测RMSEP值和相关系数比较

2.2光谱图 原始光谱图见图1，归一化处理后的光谱图见图2，健康者样本与血脂异常样本归一化处理后的对比图见图3。健康者血清样本与血脂异常血清样本的拉曼光谱形状和趋势非常相似，在拉曼位移约1 001、1 153、1 514/cm处有3个主要的拉曼特征峰，并且荧光背景几乎相同。血脂异常样本的特征峰相较于健康者样本的拉曼位移在949、1 001、1 153、1 347、1 514、1 577、1 611/cm处有些偏移。在1 001、1 153、1 447、1 514、1 656/cm处，血脂异常的峰强显著高于健康者样本。血脂异常的样本在拉曼位移1 261/cm和1 282/cm处有较弱的特征峰出现。见图3、表3。之后，进行了主成分分析,对健康者样本和血脂异常样本进行区分，准确率达到80%以上，但仍不能完全区分开来，见图4。

图1 原始拉曼光谱(拉曼位移范围800～1 800/cm)

图2 归一化之后拉曼光谱图

健康者样本拉曼位移(/cm)相对强度血脂异常样本拉曼位移(/cm)相对强度特征峰归属956.280.042949.750.048酪氨酸、苯1 005.010.1081 001.770.124苯丙氨酸1 155.220.3171 153.640.375β-胡萝卜素1 212.260.0621 212.260.051酪氨酸、苯丙氨酸、酰胺Ⅲ无1 261.530.039磷脂,酰胺Ⅲ无1 282.600.029酰胺Ⅲ、α-螺旋1 343.050.0381 347.620.028C-H伸缩、色氨酸、腺嘌呤、α螺旋、磷脂1 447.410.0511 447.410.059磷脂、C-H scissor in CH21 517.370.2721 514.410.370β-胡萝卜素1 582.040.0521 577.650.073蛋白质、酰胺、α螺旋、磷脂1 616.970.0481 611.170.070酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸1 656.000.0621 656.000.091酰胺I、α-螺旋、磷脂

图3 健康者血清拉曼光谱与血脂异常拉曼光谱对比图

图4 主成分分析图

3 讨 论

高脂血症已成为中老年人最常见的疾病之一[10]。高脂血症又称为高脂蛋白血症，是一个惯用的概念[11]，主要特征包括血浆中的TG、胆固醇和LDL的升高及GDL的降低4种血脂代谢紊乱[12-13]。根据血液生化检查的结果，临床上将高脂血症可简单的分为4类:高胆固醇血症、高三酰甘油血症、低高密度脂蛋白血症、混合型高脂血症。根据脂蛋白代谢紊乱的原因分类可分为原发性和继发性2种[14]。血脂异常本身没有太多的临床表现，主要包括沉积在眼部和真皮内等位置的脂质可引起的黄色瘤、角膜环、高脂血症眼底改变等[15]。明显的高三酰甘油血症可以引起急性胰腺炎[16]。血脂异常主要危害患者的心血管系统，在血管内皮沉积的脂质会导致动脉粥样硬化，从而引起脑血管疾病、冠心病和外周血管病等[17]。因此，血脂异常的防治不可忽视，需要引起广泛的重视[18]。

拉曼光谱是一种振动的分子光谱，可以根据分子振动的能级来确定分子的结构。单色光入射后，光子与分子相互作用，出现弹性和非弹性碰撞2种情况[19]。弹性碰撞即是光子和分子相互作用时没有能量交换，频率没有发生改变，运动方向发生改变，也称为瑞利散射。非弹性碰撞是指光子与分子作用时不仅可以进行能量的交换，还可以改变运动方向，从而改变光子的入射频率，也称为拉曼散射[20]。

本研究检测血脂异常样本50例，对照健康者样本50例。每例样本检测4次，进行均一化处理。健康者血清样本与血脂异常血清样本的拉曼光谱形状和趋势非常相似，在拉曼位移约1 001、1 153、1 514/cm处有3个主要的拉曼特征峰，并且荧光背景几乎相同。血脂异常样本的特征峰相较于健康者样本的拉曼位移在949、1 001、1 153、13 47、1 514、1 577、1 611/cm处有些偏移。在1 001、1 153、1 447、1 514、1 656/cm处，血脂异常的峰强显著高于健康者样本。血脂异常的样本在拉曼位移1 261/cm和1 282/cm处有较弱的特征峰出现。之后，进行主成分分析,对健康者样本和血脂异常样本进行区分，准确率达到80%以上，但仍不能完全区分开来。猜测可能原因:(1)样本的个体差异。(2)因为所测得光谱的主要特征峰为1 153/cm和1 514/cm处，其归属于β-胡萝卜素，这2处的特征峰不止受到血脂的影响，已知的多种疾病(肿瘤、乳腺癌等)也在这2处的特征峰处有别于健康者的光谱图，所以导致了样本不能完全区分开来。

4 结 论

在拉曼位移1 001、1 153、1 447、1 514、1 656/cm处，异常血脂的患者拉曼光谱峰强显著高于健康者样本，可以通过对人群的选择性的几处拉曼光谱的检测，来进行高脂血症的诊断和预测，从而研究其对于高脂血症的预测价值。采用拉曼光谱技术,能够在不同拉曼位移的光谱峰强检测出健康者和血脂异常患者血清中代谢产物存在信息的差异。因此，不同血脂水平下检测血清拉曼光谱特征对于高脂血症有较高的预测价值。