文章信息
- 朱紫微, 崔振泽, 单玉霞, 迟磊
- ZHU Ziwei, CUI Zhenze, SHAN Yuxia, CHI Lei
- 定喘汤治疗呼吸道合胞病毒感染的毛细支气管炎的代谢组学研究
- Metabonomic analysis examining the effects of Dingchuan decoction in the treatment of respiratory syncytial virus bronchiolitis
- 中国医科大学学报, 2023, 52(9): 775-780, 790
- Journal of China Medical University, 2023, 52(9): 775-780, 790
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文章历史
- 收稿日期:2023-06-01
- 网络出版时间:2023-08-31 09:37:31
呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus,RSV)是导致小儿毛细支气管炎最常见的病毒[1-2]。中医学将毛细支气管炎称为“暴喘”“马牌风”,治疗以祛痰止咳、宣肺平喘为主[3]。定喘汤出自《摄生众妙方》,可用于治疗咳嗽喘息等病症[4-5]。中医学注重疾病全身的发展过程,而代谢组学可动态、系统地反映机体状态,因此,代谢组学常用于中医药疗效和机制的研究[6-7]。本研究将代谢组学应用于定喘汤治疗RSV感染的毛细支气管炎的患儿中,探讨RSV患儿与健康儿童的代谢差异以及定喘汤发挥疗效的作用机制。
1 材料与方法 1.1 一般资料选取2016年9月至2017年2月于我院接受治疗的30例RSV感染的毛细支气管炎患儿作为研究对象(毛细组),另选取同期于我院体检的38例健康儿童作为对照组。毛细组年龄2~24个月,平均年龄(14.06±3.02)个月,男16例,女14例;对照组年龄6~18个月,平均年龄(13.59±2.46)个月,男21例,女17例,2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。本研究经我院伦理委员会审批同意。
1.2 纳入和排除标准 1.2.1 毛细组患儿纳入标准(1)符合RSV感染毛细支气管炎的诊断标准[8];(2)符合中医儿科病症诊断中咳嗽喘息的诊断依据[9],中医辨证为痰热蕴肺;(3)所有患儿均接受病毒检测确定为RSV,检测鼻咽部分泌物RSV抗原(+)和(或)检测血清RSV-IgM(+);(4)患儿监护人知晓并签署知情同意书。
1.2.2 对照组儿童纳入标准(1)身体健康;(2)无喘息病史;(3)无先天性疾病;(4)无精神障碍。
1.2.3 排除标准(1)发病时间 > 72 h;(2)合并先天性心脏病;(3)存在支气管肺部发育不良;(4)存在支气管异物;(5)合并中枢神经系统性疾病;(6)合并结核感染或细菌性肺炎;(7)既往存在哮喘史。
1.3 试剂与仪器液相色谱质谱系统(美国Waters ACQUITY公司,器械准字:20142401651)、质谱检测仪(美国AB Sciex公司,型号:Triple TOFTM 5600)、超纯水机(美国
Millipore公司,型号:Milli-Q,器械准字:20122450103)、乙腈(德国Merck公司)、甲酸(美国Sigma-Aldrich公司)。
1.4 方法 1.4.1 治疗方法毛细组患儿均接受定喘汤治疗,定喘汤配方为白果(去壳,砸碎,炒黄)9 g、麻黄9 g、苏子6 g、甘草3 g、款冬花9 g、杏仁6 g、桑皮9 g、黄芩6 g、制半夏9 g。无风寒外束者酌情减少麻黄剂量,痰稠难咳者原方方剂组成剂量倍黄芩。温水煎服,15~20 mL/次,2次/ d,连续治疗10 d。
1.4.2 样品采集与处理方法采集2组患儿治疗前后的空腹静脉血5 mL,室温静置,-80 ℃冰箱保存。检测前解冻血清,离心(8 000 r/min)10 min,取上清100 μL,加400 μL纯水涡旋1 min,再次离心10 min,提取上清液。
1.4.3 代谢组学分析方法 1.4.3.1 液相条件通过液相色谱质谱系统,色谱柱(Hypersil GOLDTM,规格为50 mm×2.1 mm,1.7 μm),柱温60 ℃。流动相A为0.1%甲酸水溶液,流动相B为0.1%甲酸乙腈,流速0.4 mL/min,进样量5 μL。梯度洗脱程序为0~0.5 min,5% B;0.5~2.5 min,5%~60% B;2.5~8 min,60%~100% B;保持2 min;0.1 min内回到初始比例5% B。
1.4.3.2 质谱条件采用质谱检测仪,参数设置为质谱扫描范围80~1 000 m/z,碰撞电压10 V;信息采集扫描范围60~1 000 m/z,碰撞电压40 V;气帘流速30 psi,雾化流速55 psi,加热流速55 psi;离子源温度550 ℃,正离子喷雾电压5.5 kV;离子源温度450 ℃,负离子喷雾电压5.5 kV。
1.5 统计学分析采用SIMCAP 11. 0软件进行统计分析,建立主成分分析(prineiple component analysis,PCA)、正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)2种数学模型,对其相应主成分的变量重要性(variable importance in the proect,VIP)进行计算,组间比较采用t检验,采用SPSS 25.0软件进行数据处理,差异性代谢物需同时满足VIP值> 2、P < 0. 05。
2 结果 2.1 2组代谢产物差异分析建立OPLS-DA模型(图 1),2组分离趋势明显,说明2组的代谢产物有明显差异,响应置换检验(图 2),参数:R2Y= 0.824,Q2 =0.614,说明模型有效;根据OPLS-DA模型,提取VIP > 2,同时行t检验,且满足P < 0.05,筛选差异性代谢物,分别为3个溶血磷脂酰胆碱(lyso-phosphatidylcholine,LPC):LPC 18∶2 sn-1、LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2,苯丙氨酸(phenylalanine,Phe)和3个磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC):PC 34∶3、PC 34∶2、PC 34∶1,见图 3,表 1、2。
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Green, healthy children group; red, bronchiolitis children group. 图 1 健康儿童与RSV毛细支气管炎患儿的OPLS-DA得分 Fig.1 OPLS-DA scores of healthy children and children with RSV bronchiolitis |
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图 2 置换检验 Fig.2 Permutation test |
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图 3 VIP图 Fig.3 VIP Chart |
Metabolites | Healthy children group | Bronchiolitis children group |
Phe | 0.59 | 0.03 |
LPC 18∶2 sn-1 | 5.13 | 3.41 |
LPC 18∶0 sn-1 | 6.97 | 8.16 |
LPC 18∶0 sn-2 | 0.70 | 1.03 |
PC 34∶3 | 0.56 | 0.31 |
PC 34∶2 | 2.96 | 2.08 |
PC 34∶1 | 1.26 | 1.00 |
Metabolites | VIP | t.stat | P | Up-down |
Phe | 4.09 | 14.48 | < 0.001 | down |
LPC 18∶2 sn-1 | 4.80 | 4.04 | < 0.001 | down |
LPC 18∶0 sn-1 | 3.52 | -2.61 | 0.010 | up |
LPC 18∶0 sn-2 | 2.20 | -3.74 | < 0.001 | up |
PC 34∶3 | 2.26 | 6.01 | < 0.001 | down |
PC 34∶2 | 3.92 | 4.88 | < 0.001 | down |
PC 34∶1 | 2.07 | 4.32 | < 0.001 | down |
2.2 毛细组治疗前后的代谢组学变化
建立OPLS-DA模型图(图 4),2组分离趋势明显,说明2组的代谢产物有明显差异;置换检验(图 5)参数显示,R2Y= 0.742,Q2 =0.580,说明模型有效;提取VIP > 2且P < 0.05的变量,筛选差异性代谢物,分别为3个LPC(LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2、LPC 16∶0 sn-1),Phe,PC 34∶2,SM34∶1,去甲-戊二酰胺,见图 6,表 3、4。
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Green, before treatment; red, after treatment. 图 4 RSV毛细支气管炎患儿治疗前后OPLS-DA得分图 Fig.4 OPLS-DA score map of children with RSV bronchiolitis before and after treatment |
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图 5 RSV毛细支气管炎患儿治疗前后的置换检验 Fig.5 Permutation test of children with RSV bronchiolitis before and after treatment |
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图 6 基于OPLS-DA分析的VIP图 Fig.6 VIP chart based on OPLS-DA analysis |
Metabolites | Before treatment | After treatment |
LPC 18∶0 sn-1 | 8.16 | 7.05 |
Phe | 0.03 | 0.27 |
LPC 16∶0 sn-2 | 2.05 | 1.62 |
Delta-valerolactam | 0.12 | 0.32 |
LPC 18∶0 sn-2 | 1.03 | 0.68 |
PC 34∶2 | 2.08 | 2.43 |
SM 34∶1 | 3.65 | 3.96 |
Metabolites | VIP | t.stat | P | Up-down |
LPC 18∶0 sn-1 | 3.90 | -2.08 | 0.042 | down |
Phe | 3.01 | 8.46 | < 0.001 | up |
LPC 16∶0 sn-2 | 2.97 | -3.33 | 0.002 | down |
Delta-valerolactam | 2.84 | 9.25 | < 0.001 | up |
LPC 18∶0 sn-2 | 2.81 | -3.56 | < 0.001 | down |
PC 34∶2 | 2.37 | 2.48 | 0.010 | up |
SM 34∶1 | 2.12 | 2.18 | 0.034 | up |
2.3 代谢产物的动态变化
结合上述健康儿童、RSV感染毛细支气管炎经定喘汤治疗前后的代谢产物的变化,发现LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2、LPC 18∶2 sn-1、PC 34∶3、PC 34∶2、PC 34∶1、LPC 16∶0 sn-2可反映患儿从健康到发病再到治疗后好转的折线变化趋势,其中变化最明显的为LPC 18∶0 sn-1以及LPC 18∶0 sn-2,见表 5。
Metabolites | Healthy children | Before treatment | After treatment |
LPC 18∶0 sn-1 | 6.97 | 8.16 | 7.05 |
LPC 18∶0 sn-2 | 0.70 | 1.03 | 0.68 |
LPC 18∶2 sn-1 | 5.13 | 3.41 | 4.06 |
PC 34∶3 | 0.56 | 0.31 | 0.39 |
PC 34∶2 | 2.96 | 2.08 | 2.43 |
PC 34∶1 | 1.26 | 0.99 | 1.17 |
LPC 16∶0 sn-2 | 1.72 | 2.05 | 1.62 |
3 讨论
本研究对比正常组和毛细组的代谢指标,结果显示,毛细组患儿表现为LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2的升高以及LPC 18∶2 sn-1、Phe、PC 34∶3、PC 34∶2、PC 34∶1的降低,表明RSV感染后主要影响患儿的脂肪代谢。该病在中医上属外感热证范畴,研究[10]显示,脂肪代谢与热证相关,因此患儿感染RSV后会出现脂肪代谢紊乱。LPC是氧化损伤低密度脂蛋白的主要成分,主要诱发炎症反应[11]。PC具有乳化功能,可将胆固醇和脂肪酸化为微粒,使之排出,同时可防御病毒[12]。研究[13-14]发现,磷脂代谢紊乱及氨基酸代谢紊乱均为免疫功能下降,RSV感染后均有体现。
定喘汤主治痰热内蕴、肺气上逆,本研究中毛细组均予定喘汤治疗,对比其治疗前后共筛选出7个差异代谢物,包括LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2、LPC 16∶0 sn-1、Phe、PC 34∶2、SM34∶1以及去甲-戊二酰胺。Phe可在肠道中分解代谢,因此RSV感染后会使肠道菌群紊乱,影响免疫功能[15]。鞘磷脂主要可引起过敏及炎症反应,还可抑制病毒的释放。定喘汤中以桑白皮为君药,其所含的酸性物质影响血小板中环氧合酶的活性,减少炎症反应,还能增强免疫系统的调控,因此定喘汤治疗后,Phe、SM34∶1水平上升。LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2、LPC 16∶0 sn-1为脂代谢的相关产物,经治疗后均明显下降,中医中认为甘草可调和脾胃,调节脂代谢紊乱,款冬花、制半夏等药物具有消炎杀菌的作用,均可达到抗病毒、增强免疫力等功效。
综上所述,RSV感染后脂代谢紊乱最为明显,LPC 18∶0 sn-1、LPC 18∶0 sn-2的水平经定喘汤治疗后变化最大,考虑与定喘汤通过改善脂代谢水平、增强抵抗力,以此促进疾病的恢复有关。本研究中代谢组学分析模型均稳定且可靠,证实选取的差异性代谢物较好。但本研究选取的样本量较小,后期需进行多中心的大样本研究,进一步验证本研究结论。
[1] |
HADDADIN Z, BEVERIDGE S, FERNANDEZ K, et al. Respiratory syncytial virus disease severity in young children[J]. Clin Infect Dis, 2021, 73(11): e4384-e4391. DOI:10.1093/cid/ciaa1612 |
[2] |
MAKRINIOTI H, HASEGAWA K, LAKOUMENTAS J, et al. The role of respiratory syncytial virus-and rhinovirus-induced bronchiolitis in recurrent wheeze and asthma-a systematic review and meta-analysis[J]. Pediatr Allergy Immunol, 2022, 33(3): e13741. DOI:10.1111/pai.13741 |
[3] |
刘昆, 冀晓华, 蔡建新, 等. 小儿清肺颗粒治疗小儿急性支气管炎痰热壅肺证的多中心、双盲、随机对照研究[J]. 中医杂志, 2020, 61(17): 1530-1535, 1546. DOI:10.13288/j.11-2166/r.2020.17.014 |
[4] |
汤俊起, 文燕, 敖素华, 等. 益肺化痰定喘汤对慢性阻塞性肺疾病急性加重期血清IL-1β、COX-2、PGE2水平的影响[J]. 中华中医药学刊, 2019, 37(10): 2496-2499. DOI:10.13193/j.issn.1673-7717.2019.10.046 |
[5] |
欧阳瑒, 迟磊, 徐超, 等. 基于液相色谱-质谱代谢组学方法研究中药定喘汤对呼吸道合胞病毒感染的疗效[J]. 色谱, 2021, 39(3): 281-290. DOI:10.3724/SP.J.1123.2020.06013 |
[6] |
WANG RX, LI BW, LAM SM, et al. Integration of lipidomics and metabolomics for in-depth understanding of cellular mechanism and di-sease progression[J]. J Genet Genomics, 2020, 47(2): 69-83. DOI:10.1016/j.jgg.2019.11.009 |
[7] |
BAUERMEISTER A, MANNOCHIO-RUSSO H, COSTA-LOTUFO LV, et al. Mass spectrometry-based metabolomics in microbiome investigations[J]. Nat Rev Microbiol, 2022, 20(3): 143-160. DOI:10.1038/s41579-021-00621-9 |
[8] |
《中华儿科杂志》编辑委员会, 中华医学会儿科学分会呼吸学组. 毛细支气管炎诊断、治疗与预防专家共识(2014年版)[J]. 中华儿科杂志, 2015, 53(3): 168-171. DOI:10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2015.03.003 |
[9] |
江苏省中医管理局, 浙江省中医管理局, 上海市卫生局中医处, 等. 中医儿科病证诊断疗效标准[S]. 北京: 国家中医药管理局, 1994.
|
[10] |
陈平平, 张亚男, 王喆, 等. 基于蛋白组学方法研究黄芩对热证大鼠物质能量代谢的影响[J]. 中药药理与临床, 2018, 34(5): 90-96. |
[11] |
LIU PP, ZHU W, CHEN C, et al. The mechanisms of lysophosphatidylcholine in the development of diseases[J]. Life Sci, 2020, 247: 117443. DOI:10.1016/j.lfs.2020.117443 |
[12] |
SIMON M, VEIT M, OSTERRIEDER K, et al. Surfactants-Compounds for inactivation of SARS-CoV-2 and other enveloped viruses[J]. Curr Opin Colloid Interface Sci, 2021, 55: 101479. DOI:10.1016/j.cocis.2021.101479 |
[13] |
LI B, WANG Y, GONG S, et al. Puerarin improves OVX-induced osteoporosis by regulating phospholipid metabolism and biosynthesis of unsaturated fatty acids based on serum metabolomics[J]. Phytomedi-cine, 2022, 102: 154198. DOI:10.1016/j.phymed.2022.154198 |
[14] |
DEN HARTOG I, KARU N, ZWEP L B, et al. Differential metabolic host response to pathogens associated with community-acquired pneumonia[J]. Metabol Open, 2023, 18: 100239. DOI:10.1016/j.metop.2023.100239 |
[15] |
YACHIDA S, MIZUTANI S, SHIROMA H, et al. Metagenomic and metabolomic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer[J]. Nat Med, 2019, 25(6): 968-976. DOI:10.1038/s41591-019-0458-7 |