妊娠期糖尿病孕妇血液中不同类型物质的代谢组学特点

陈锐聪，香钰婷，李仲均

（1.广东医科大学第一临床医学院，广东 湛江 524023；2.东莞市人民医院妇产科，广东 东莞 523058）

妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）是妊娠期最常见的合并症，是由于妊娠后母体血糖代谢异常而首次发生的糖尿病[1]，可影响母体内代谢状况及胎儿宫内发育，致母婴不良结局[2]。近年来GDM 发病率明显上升，我国GDM 发病率达13.0%～20.9%[3]，患者再次妊娠复发率及以后发展为2 型糖尿病的几率均明显上升[4，5]。GDM 可引起孕妇和围生儿危险的并发症[6]，故早期预测或诊断并进行干预，对改善母儿结局和降低并发症非常重要。代谢组学是一门近年来发展起来的技术，机体受到外源刺激及内在病理生理变化时产生的代谢改变能被代谢组学技术检测到，通过代谢组学分析，可探索GDM 发生发展过程中的重要小分子代谢物，挖掘疾病潜在发病机制。近年来，GDM 代谢组学研究中采取的标本类型有血清或血浆、尿液、羊水、脐带血等，最常见的标本类型为血清或血浆[7]，是代谢组学研究领域中重要的体液样本，血清或血浆所含小分子代谢物种类多、跨度大，能较稳定反映孕妇体内代谢状况，故研究GDM 孕妇血清或血浆的代谢组学特点有重要意义。氨基酸、脂质及胆汁酸有关代谢与GDM 发病密切相关，此外还有其它未分类的物质。本文主要对上述不同类别物质的代谢组学特点进行综述，以期为认识GDM 的发病机制以及寻找GDM发病的预测或诊断因子提供参考。

1 氨基酸代谢组学

1.1 人体氨基酸与GDM 的关系 Zhao H 等[8]研究发现，GDM 组的6 种人体氨基酸低于对照组，说明体内氨基酸浓度异常与GDM 发病可能有关。Diboun I等[9]分析了中孕期的血浆代谢组学，发现GDM 孕妇中孕期血浆的谷氨酸较对照组升高。Hou W 等[10]的研究对早孕期血清进行分析发现，GDM 孕妇早孕期血清丙氨酸及谷氨酸浓度显著升高。此外，还有关于GDM 产褥期的血液代谢组学的研究。Lai M 等[11]分析了1035 例GDM 孕妇产后早期的血浆，发现高风险进展为2 型糖尿病的产妇血浆中许多支链氨基酸及其代谢物显著升高。以上均未对孕妇BMI 进行分组，而White SL 等[12]分析了646 例BMI≥28 kg/m2的孕妇早、中孕期血清（其中198 例在中孕期诊断为GDM），发现GDM 组缬氨酸及苯丙氨酸显著升高，而丙氨酸在两组间无差异，说明体内芳香族氨基酸及支链氨基酸异常可能与GDM 发病有关。GDM 孕妇的支链氨基酸代谢异常已有研究。Mokkala K 等[13]分析了100 例GDM 和252 例正常孕妇的血清，发现GDM 组的支链氨基酸（尤其是亮氨酸、异亮氨酸）显著升高，另一项研究[14]得出相同的结果。以上研究可看出，同一种氨基酸在不同的GDM 代谢组学研究中得出的结果有时不同，可能是检测技术的不统一或者采样时间不同导致。且上述研究中，多数发现GDM 孕妇血液中支链氨基酸浓度较正常孕妇显著升高，极少数研究发现GDM 孕妇血液中支链氨基酸减少，还有少数研究发现[15]，GDM 孕妇和正常孕妇的支链氨基酸水平无显著差异。对于支链氨基酸与GDM 的关系，支链氨基酸水平升高导致mTOR/S6K1 途径激活和IRS1 的丝氨酸磷酸化，从而抑制胰岛素诱导的PI3K 激活进而导致胰岛素抵抗可能一种潜在的机制[16]。此外，支链氨基酸代谢紊乱可能导致有毒支链氨基酸代谢产物的累积，从而导致β 细胞线粒体功能障碍和导致胰岛素抵抗[17]。故认为血清或血浆氨基酸水平异常，特别是支链氨基酸水平升高，与GDM 发病关系密切，部分支链氨基酸有望作为GDM 的诊断或预测因子。

1.2 氨基酸衍生物与GDM 的关系 He XL 等[18]发现35～40 岁GDM 孕妇早孕期血浆的赖氨酸、N-α-乙酰赖氨酸、3-氨基丙酸、蛋氨酸浓度显著高于对照组，而半胱氨酸显著偏低。在晚孕期，GDM 血浆中有25 种代谢物显著升高，包括大多数氨基酸及氨基酸衍生物，而14 种代谢物浓度偏低，包括3 种氨基酸衍生物[半胱氨酸、N-（羧甲基）-L-丙氨酸、β-甲氨基丙氨酸]。He XL 等[18]的纵向研究表明，部分氨基酸衍生物及含硫氨基酸可能与GDM 发病有关。Lu W 等[19]发现，GDM 孕妇晚孕期血清酮亮氨酸和L-色氨酸浓度低于对照组，说明了氨基酸衍生物及芳香族氨基酸与GDM 的潜在关系。Chen X 等[20]研究发现，GDM 组血清2-氨基丁酸较对照组显著增加。而Tian M 等[21]采用非靶向HPLC-MS 代谢组学方法研究了我国人群中早孕期孕妇血清代谢物与GDM 风险之间的关系。该研究分析了51 例正常孕妇及51 例后续诊断为GDM 的早孕期孕妇血清，发现血清中差异代谢物主要是谷氨酸、4-乙酰氨基丁酸和焦谷氨酸，孕早期这些差异代谢产物及其相应的代谢途径可能与GDM 的后续发展有关。上述研究显示，部分GDM 血液代谢组学分析发现GDM 组的一些氨基酸衍生物较对照组有显著差异，这些氨基酸衍生物可能是由人体常见氨基酸转化而来，其与GDM 的关系尚不清楚，有待验证。

2 脂质代谢组学

2.1 饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸与GDM 的关系Lu W 等[19]研究发现，GDM 孕妇组的血清中棕榈酸浓度高于正常孕妇组。Raczkowska BA 等[22]发现GDM 组早孕期血清的肉豆蔻酸浓度显著升高，在中孕期时，GDM 组的饱和脂肪酸（辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、七烷酸和壬酸）和不饱和脂肪酸（棕榈烯酸、油酸和亚油酸）均显著高于对照组。He XL 等[18]发现GDM 组早孕期血浆的花生四烯酸浓度较对照组显著偏低，GDM 组晚孕期的血浆中有25 种代谢物显著升高，包括己酸及肉豆蔻烯酸，而有14 种代谢物浓度偏低，包括2-甲基硬脂酸、硬脂酸、二十二碳四烯酸、刚烯二酸、8,11,14-二十碳三烯酸、11，14-二十碳二烯酸、11-顺-十八碳烯酸及11-反-十八烯酸。以上3 项研究均发现中、长链饱和及不饱和脂肪酸与GDM 的潜在关系，也有有关短链饱和脂肪酸的代谢组学研究。Gao Y 等[23]发现GDM 组血清的戊酸、己酸、异丁酸和异戊酸浓度显著升高，然而乙酸、丙酸和丁酸浓度与对照组相比无差异。和上述研究不同，Meng X 等[24]对中孕期GDM的差异代谢物相关代谢途径进行分析，发现GDM组的二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸及花生四烯酸相关代谢途径均活跃。上述所列研究中提到的棕榈烯酸和棕榈酸是两种不同的脂肪酸，棕榈烯酸是单不饱和脂肪酸，其存在于人体皮肤真皮层中，具有抗炎的作用，在动植物油中鲜有存在，而棕榈酸是饱和脂肪酸，广泛存在于各种动植物油中，属于常见油脂，可在肝细胞、骨骼肌细胞和心肌细胞中诱导胰岛素抵抗，并在糖尿病等疾病的形成中发挥重要作用[25，26]。棕榈酸可通过减弱胰岛素受体底物的酪氨酸磷酸化和激活mTOR 途径，而抑制胰岛素刺激的细胞葡萄糖转运导致血糖升高[27]。不饱和脂肪酸，如花生四烯酸，在GDM 孕妇血液中呈上升趋势[28]，这可能是由于GDM 孕妇体内处于一种低度炎症状态，体现为血液中炎症因子浓度的上升，而花生四烯酸是一些炎症因子的直接前体，故其在GDM 孕妇体内可能增高。另外一些研究则得出相反的结果，如花生四烯酸及其它部分不饱和脂肪酸在GDM 孕妇体内呈减少趋势，其中可能的解释是由于GDM 孕妇血液中处于氧化应激状态，导致具有抗氧化作用的不饱和脂肪酸被氧化而消耗[29]。而饱和脂肪酸的结果在大多数研究中则较为统一，即均呈上升趋势，这可能是GDM 孕妇的饮食及其体内血液的氧化应激所致[30]。饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的比例失衡与胰岛素抵抗有关[31]，其与GDM发病关系密切。总之，部分不饱和脂肪酸或饱和脂肪酸具有较好的诊断或预测GDM 的作用。

2.2 磷脂与GDM 的关系 Wang Y 等[32]分析了1008例早孕期孕妇的血清（其中336 例被诊断为GDM，672例为正常），发现GDM 组的磷脂酰肌醇、羟基磷脂酰胆碱、缩醛磷脂酰乙醇胺、二乙酰基甘油酯及羟基磷脂酰乙醇胺均较对照组显著上调，而鞘磷脂、二己糖神经酰胺、己糖神经酰胺及磷脂酰胆碱显著下调。Diboun I 等[9]研究发现GDM 组血浆的二酰基磷脂酰胆碱、花生四烯酸及酰基-烷基磷脂酰胆碱较对照组有显著差异。此外，还有关于GDM 产褥期的血浆研究。Lai M 等[11]发现那些后来进展为2 型糖尿病的产妇的产后早期血浆中二酰基甘油磷脂显著升高，而鞘脂及酰基-烷基甘油磷脂则显著下降。与上述3 项研究不同，Tan B 等[33]的研究发现了溶血磷脂的差异，29 例GDM 孕妇组血清的溶血磷脂酰胆碱、肉桂酸、棕榈酸、鞘氨醇及1,25-二羟胆骨化醇类脂的浓度较对照组有显著差异。而Law KP 等[34]进行纵向队列研究发现早孕期GDM 组血浆的多不饱和或化学修饰磷脂浓度明显低于对照组。上述研究表明GDM 血液代谢组学分析发现GDM 组中部分类型磷脂较对照组有显著差异，可能是由于GDM 孕妇的脂代谢异常影响磷脂水平，许多研究显示磷脂类物质具有较好的诊断或预测GDM 的潜能。

3 胆汁酸代谢组学

血清胆汁酸代谢在葡萄糖、脂肪和能量代谢中起着重要作用[35]。Li J 等[36]分析243 例GDM 孕妇早孕期血清，发现胆酸、鹅脱氧胆酸、脱氧胆酸、甘氨熊脱氧胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸、甘氨脱氧胆酸、牛磺脱氧胆酸、甘氨胆酸和牛磺胆酸浓度在两组间有显著差异，其证明脱氧胆酸和甘氨熊脱氧胆酸的浓度降低，与患GDM 风险增加独立相关。然而，Hou W 等[10]的研究得出的结果与前者不同，其未检测到脱氧胆酸、熊脱氧胆酸和甘氨熊脱氧胆酸在两组间的差异，但在单变量分析中观察到GDM 组的初级胆汁酸下调，而其他一些次级胆汁酸上调。而与Li J 等[36]的研究结果类似，Diboun I 等[9]发现GDM 组血浆的甘氨鹅脱氧胆酸浓度较对照组有显著差异。以上研究表明，血清胆汁酸代谢与GDM 发病可能有关，两者之间关系的相关代谢组学研究较少。胆汁酸代谢的肠肝循环需要肠道微生物的作用来协助完成，猜测可能是由于GDM 孕妇肠道微生物组的紊乱导致胆汁酸在肠道内转化发生障碍，进而导致测得血清中某些类型胆汁酸有变化。以后仍需更多的GDM 血液胆汁酸代谢组学的相关研究来验证。

4 其它物质代谢组学

Zhao H 等[8]发现GDM 组血清的尿酸明显低于对照组。Tian M 等[21]发现GDM 组早孕期血清的黄嘌呤、4-氧丙啉、二氢胸腺嘧啶和苯乙酸浓度较正常孕妇组有显著差异，尿酸、黄嘌呤均是嘌呤核苷酸代谢的相关产物，说明GDM 孕妇体内嘌呤核苷酸代谢可能发生紊乱。另有研究发现三羧酸循环代谢与GDM 的密切关系。He XL 等[18]发现GDM 组早孕期血浆的柠檬酸浓度高于对照组，晚孕期GDM 组有25 种代谢物显著升高，包括三羧酸循环中间产物；而有14 种代谢物浓度低于对照组，包括2 种有机酸（丙二酸、苯甲酸）。在以下两项研究也得出了类似的结果。Mokkala K 等[13]发现GDM 组血清的柠檬酸浓度较对照组显著升高。Lu W 等[19]发现GDM 组中孕期血清的3-甲基-2-氧戊酸、3-羟基丁酸、α-羟基异丁酸和乙酸浓度高于对照组，晚孕期GDM组的α-酮异戊酸、丙酮酸和琥珀酸浓度则偏低，而丙酮酸和琥珀酸亦是三羧酸循环代谢的中间产物。β-羟丁酸是重要酮体之一。Raczkowska BA 等[22]发现GDM 组早孕期血清的α-羟丁酸和β-羟丁酸浓度高于对照组，且空腹血糖异常的GDM 组血清中甘露醇、十六醇、阿拉伯醇和对甲酚浓度较对照组存有显著差异。Meng X 等[24]除了发现三羧酸循环代谢物的差异，还发现一些其它少见物质的差异。比如，GDM 组的柠檬酸、α-酮戊二酸、磷酸、脱氢抗坏血酸、2-呋喃甲酸、吐根酚碱及茉莉酸甲酯均上调，异甘草苷元、染料木素、大豆苷元和黄樟醇均下调。Shokry E 等[37]关于GDM 六碳糖的研究发现，GDM组晚孕期血清的己糖含量（葡萄糖、甘露糖、果糖）较正常孕妇组显著增加。另有研究发现，GDM 组的血清中1,5 脱水葡萄糖醇浓度显著低于对照组[38]，表明1,5 脱水葡萄糖醇是GDM 早期识别的潜在标志物，1,5 脱水葡萄糖醇可能通过抑制蔗糖酶、乳糖分解酶活性和肠道葡萄糖吸收来抑制血糖升高[39]。由以上各项研究可看出，有机酸浓度在GDM 孕妇组及正常孕妇组体内存在显著差异，部分有机酸具有很好的区分和预测潜力，其产生可能与孕妇体内氧化应激或三羧酸循环代谢异常有关。除了有机酸外，其它一些少见物质亦在两组间有显著差异，其原因机制不明，仍待更多研究来验证。

5 总结与展望

大量GDM 血清或血浆的代谢组学相关研究发现，血液中饱和与不饱和脂肪酸代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、嘌呤核苷酸代谢、胆汁酸代谢及有机酸代谢与GDM 发病可能有关，且不同妊娠阶段其代谢组学特点亦有相应的变化，提示上述多种代谢途径与GDM 进展可能有关。关于GDM 的代谢组学研究多集中于横断面病例研究，且样本量往往较小。关于GDM 孕妇妊娠早期、妊娠中期、妊娠晚期3个时期的纵向研究，特别是大样本量的研究，报道很少。且在GDM 代谢组学研究领域，很少有研究包括有关饮食摄入的信息，而饮食会对个人血液、尿液或其他组织中的代谢物水平产生重大影响，尤其是氨基酸和脂肪酸及其相关代谢物，为了让结果尽量不受混杂因素影响，未来的GDM 代谢组学研究需要做好组间饮食因素的匹配。GDM 的预测和诊断一直是难点，目前OGTT 检查方法并不能在早期筛查出血糖代谢异常的孕妇，不利于改善母儿结局。由于症状或疾病在发生之前，体内代谢可能已经有显著改变，而这些代谢改变可能会被代谢组学技术方法检测得到，故代谢组学技术在寻找GDM 的早期预测因子方面具有重大优势。随着代谢组学检测技术的完善和优化，希望其以后能在GDM 预测和诊断方面及认识发病机制方面做出重大贡献，更精准、更灵敏地发现GDM 的预测和诊断因子，挖掘GDM 的发病机制，造福孕产妇及新生儿，改善母婴结局。