泌尿系结石代谢组学研究进展
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收 稿 日 期 ：２０１８－０５－１３ 修 回 日 期 ：２０１８－１１－１３ 通 信 作 者 ：通 信 作 者 ：肖 荆来自百度文库，副 教 授 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｏｃｔｏｒｘｉａｏ２００６＠１６３．ｃｏｍ 作者简介：王翔宇（１９９０－），男 （汉），在 读 博 士 生．研 究 方 向：泌 尿 系 结
２ 代 谢 组 学 数 据 分 析
常用 的 数 据 统 计 方 法 包 括 非 监 督 法 （ｕｎｓｕｐｅｒ－ ｖｉｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ）和 监 督 方 法 （ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ）。 非 监 督 法 是 将 原 始 数 据 按 照 样 本 特 性 进 行 分 类 ，把 相 似 特 性 的 数 据 归 为 一 类 ，将 结 果 用 相 应 的 图 表 形 式 表 达 出来 的 方 法。 非 监 督 法 主 要 包 括 主 要 成 分 分 析 （ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＰＣＡ）、非 线 性 映 射 （ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍａｐｐｉｎｇ，ＮＬＭ）、聚 类 分 析 （ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｃｌｕｓｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＨＣＡ），其 中 最 常 用 的 是 ＰＣＡ。 监 督 法 是 利 用 已 知 信 息 对 未 知 数 据 进 行 识 别 、归 类 和 预 测的方 法。 监 督 法 主 要 包 括 偏 最 小 二 乘 法 （ｐａｒｔｉａｌ
估已越来越引起人们重视。代谢组学是系统检测生物样本中代表生物体代谢最终产物的小分子化合物的一门学科。本文就代
谢组学数据采集 、数据分析以及在泌尿系结石中的动物及临床研究进展做一综述。
关 键 词 ：泌 尿 系 结 石 ；代 谢 组 学 ；色 谱 ；质 谱 ；代 谢 评 估
中 图 分 类 号 ：Ｒ６９１．４ 文 献 标 志 码 ：Ｒ
代谢组学（ｍｅｔａｂｏｎｏｍｉｃｓ／ｍｅｔａｂｏｌｏｍｉｃｓ）这 一 概 念由英 国 的 ＮＩＣＨＯＬＳＯＮ ＪＫ 教 授 在 １９９９ 年 提 出， 研究的内容是检测生物体某个样本整体代谢物的成 分和数量，研究 的 对 象 主 要 是 相 对 分 子 质 量 在１ ０００ 以下的内源性小分子化 合 物 。 ［１０］ 由 于 这 些 化 合 物 位 于 人 体 代 谢 途 径 下 游 ，可 以 更 全 面 准 确 表 达 生 物 体 代
１ 代 谢 组 学 数 据 采 集 技 术
代谢组学数据的采集分析是很关键的一步。主 要的数据采集 技 术 包 括 核 磁 共 振 法、气 相 色 谱－质 谱 联用、液相色谱－质谱联用，液相 色谱 又 分 为 高效液 相 色 谱 （ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ， ＨＰＬＣ）和 超 高 效 液 相 色 谱 （ｕｌｔｒａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，ＵＰＬＣ）。非 靶 向 代 谢 组 学 分 析，色 谱可选择与 飞 行 时 间（ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍ－ ｅｔｒｙ，ＴＯＦ）、静 电 轨 道 阱 （ｏｒｂｉｔｒａｐ）、离 子 阱－飞 行 时 间 （ｉｏｎ ｔｒａｐ ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＩＴ－ ＴＯＦ）、四 极 杆－飞 行 时 间 （ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，Ｑ－ＴＯＦ）等 质 谱 连 用；靶 向 代 谢 组 学 分 析 ，色 谱 可 与 三 重 四 极 杆 或 四 极 杆 离 子 阱 等 质 谱 连 用 。 额 核 磁 共 振 法 具 有 无 创 、重 复 性 高 及 微 量 检 测 的 特 点 ，而 质 谱 法 具 有 敏 感 性 高 的 特 点 而 被 更 广 泛 地用于代谢组学研究 。 ［１２］
石 ，Ｅ－ｍａｉｌ：１８７６９５１３０７１＠１６３．ｃｏｍ
谢状态，所以代谢组 学 在 各 种 疾 病 的 诊 断、预 防 方 面 的研究得到广泛 关 注。 最 近，ＫＨＡＭＩＳ 等 已 ［１１］ 经 运 用 代 谢 组 学 方 法 从 人 类 尿 液 中 鉴 定 出 大 约 ２５００ 种 代 谢物。
２４２
·综 述·
泌尿系结石代谢组学研究进展
王 翔 宇 ，王 苗 苗 ，肖 荆 ，田 野
（首 都 医 科 大 学 附 属 北 京 友 谊 医 院 泌 尿 外 科 ，北 京 １０００５０）
Ｊ Ｍｏｄ Ｕｒｏｌ，Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１９
摘要：泌尿系结石是常见的泌尿外科疾病之一，治疗后的高复发率仍旧是困扰泌尿外科医生的重要问题，因此泌尿系 结 石 代 谢 评
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８２９１．２０１９．０３．０２０
泌 尿 系 结 石 是 泌 尿 外 科 的 常 见 疾 病 ．最 近 一 项 调 研表明全 世 界 总 体 发 病 率 男、女 性 分 别 为 １０．６％、 ７．１％［１］，我 国 发 病 率 为 １％ ～１０％ 。 ［２］ 结 石 的 产 生 可 能 与 饮 食 、遗 传 、机 体 代 谢 异 常 、环 境 等 诸 多 因 素 有 关 。 ［３］ 结石 的 术 后 残 石 和 复 发 仍 是 一 个 重 大 问 题 。 因此泌尿系结石代谢评估也越来越引起人们重视 ，最 近 欧 洲 泌 尿 外 科 学 会 （Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕ－ ｒｏｌｏｇｙ，ＥＡＵ）及 美 国 泌 尿 外 科 学 会 （Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｕｒｏ－ ｌｏｇｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，ＡＵＡ）指南均推 荐对高危结石患 者行 尿 代 谢 评 估［４－５］，至 少 包 括 尿 量、ｐＨ 值、钠、钾、 钙 、草 酸 、尿 酸 、柠 檬 酸 、肌 酐 等 ，用 以 指 导 预 防 结 石 复 发。但目前这些代谢评估指标预测疗效特异性不强， 临床随机对照试验发现只有尿酸的水平可以预测治 疗的效果 。 ［６］ 比方说，既往认为枸橼酸作为结石 抑 制 因 子 ，能 够 结 合 尿 钙 ，降 低 含 钙 结 石 的 形 成 几 率 ，但 是 最近也有研究对枸橼酸是否能预防磷酸钙结石提出 疑问，指出肯 定 存 在 其 他 代 谢 因 素 。 ［７］ 正 因 为 如 此， 指南所推 荐 的 代 谢 评 估 方 式 并 不 被 广 泛 应 用，美 国 ２８ ８３６例高危复发泌尿系结石患者，只有大约 ７％ 的 人 进 行 了 ２４ ｈ 尿 代 谢 评 估［８］；另 一 项 调 查 中， ２０８ １２５例初始尿代谢评 估 异 常 的 患 者，只 有 １６％ 的 人６月内进行复查 。 ［９］ 因此泌尿系结石的病因、生 物 学标记物及有效的随访评估指标尚需进一步研究。
２ 代 谢 组 学 数 据 分 析
常用 的 数 据 统 计 方 法 包 括 非 监 督 法 （ｕｎｓｕｐｅｒ－ ｖｉｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ）和 监 督 方 法 （ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ）。 非 监 督 法 是 将 原 始 数 据 按 照 样 本 特 性 进 行 分 类 ，把 相 似 特 性 的 数 据 归 为 一 类 ，将 结 果 用 相 应 的 图 表 形 式 表 达 出来 的 方 法。 非 监 督 法 主 要 包 括 主 要 成 分 分 析 （ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＰＣＡ）、非 线 性 映 射 （ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍａｐｐｉｎｇ，ＮＬＭ）、聚 类 分 析 （ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｃｌｕｓｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＨＣＡ），其 中 最 常 用 的 是 ＰＣＡ。 监 督 法 是 利 用 已 知 信 息 对 未 知 数 据 进 行 识 别 、归 类 和 预 测的方 法。 监 督 法 主 要 包 括 偏 最 小 二 乘 法 （ｐａｒｔｉａｌ
估已越来越引起人们重视。代谢组学是系统检测生物样本中代表生物体代谢最终产物的小分子化合物的一门学科。本文就代
谢组学数据采集 、数据分析以及在泌尿系结石中的动物及临床研究进展做一综述。
关 键 词 ：泌 尿 系 结 石 ；代 谢 组 学 ；色 谱 ；质 谱 ；代 谢 评 估
中 图 分 类 号 ：Ｒ６９１．４ 文 献 标 志 码 ：Ｒ
代谢组学（ｍｅｔａｂｏｎｏｍｉｃｓ／ｍｅｔａｂｏｌｏｍｉｃｓ）这 一 概 念由英 国 的 ＮＩＣＨＯＬＳＯＮ ＪＫ 教 授 在 １９９９ 年 提 出， 研究的内容是检测生物体某个样本整体代谢物的成 分和数量，研究 的 对 象 主 要 是 相 对 分 子 质 量 在１ ０００ 以下的内源性小分子化 合 物 。 ［１０］ 由 于 这 些 化 合 物 位 于 人 体 代 谢 途 径 下 游 ，可 以 更 全 面 准 确 表 达 生 物 体 代
１ 代 谢 组 学 数 据 采 集 技 术
代谢组学数据的采集分析是很关键的一步。主 要的数据采集 技 术 包 括 核 磁 共 振 法、气 相 色 谱－质 谱 联用、液相色谱－质谱联用，液相 色谱 又 分 为 高效液 相 色 谱 （ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ， ＨＰＬＣ）和 超 高 效 液 相 色 谱 （ｕｌｔｒａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，ＵＰＬＣ）。非 靶 向 代 谢 组 学 分 析，色 谱可选择与 飞 行 时 间（ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍ－ ｅｔｒｙ，ＴＯＦ）、静 电 轨 道 阱 （ｏｒｂｉｔｒａｐ）、离 子 阱－飞 行 时 间 （ｉｏｎ ｔｒａｐ ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＩＴ－ ＴＯＦ）、四 极 杆－飞 行 时 间 （ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，Ｑ－ＴＯＦ）等 质 谱 连 用；靶 向 代 谢 组 学 分 析 ，色 谱 可 与 三 重 四 极 杆 或 四 极 杆 离 子 阱 等 质 谱 连 用 。 额 核 磁 共 振 法 具 有 无 创 、重 复 性 高 及 微 量 检 测 的 特 点 ，而 质 谱 法 具 有 敏 感 性 高 的 特 点 而 被 更 广 泛 地用于代谢组学研究 。 ［１２］
石 ，Ｅ－ｍａｉｌ：１８７６９５１３０７１＠１６３．ｃｏｍ
谢状态，所以代谢组 学 在 各 种 疾 病 的 诊 断、预 防 方 面 的研究得到广泛 关 注。 最 近，ＫＨＡＭＩＳ 等 已 ［１１］ 经 运 用 代 谢 组 学 方 法 从 人 类 尿 液 中 鉴 定 出 大 约 ２５００ 种 代 谢物。
２４２
·综 述·
泌尿系结石代谢组学研究进展
王 翔 宇 ，王 苗 苗 ，肖 荆 ，田 野
（首 都 医 科 大 学 附 属 北 京 友 谊 医 院 泌 尿 外 科 ，北 京 １０００５０）
Ｊ Ｍｏｄ Ｕｒｏｌ，Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１９
摘要：泌尿系结石是常见的泌尿外科疾病之一，治疗后的高复发率仍旧是困扰泌尿外科医生的重要问题，因此泌尿系 结 石 代 谢 评
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８２９１．２０１９．０３．０２０
泌 尿 系 结 石 是 泌 尿 外 科 的 常 见 疾 病 ．最 近 一 项 调 研表明全 世 界 总 体 发 病 率 男、女 性 分 别 为 １０．６％、 ７．１％［１］，我 国 发 病 率 为 １％ ～１０％ 。 ［２］ 结 石 的 产 生 可 能 与 饮 食 、遗 传 、机 体 代 谢 异 常 、环 境 等 诸 多 因 素 有 关 。 ［３］ 结石 的 术 后 残 石 和 复 发 仍 是 一 个 重 大 问 题 。 因此泌尿系结石代谢评估也越来越引起人们重视 ，最 近 欧 洲 泌 尿 外 科 学 会 （Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕ－ ｒｏｌｏｇｙ，ＥＡＵ）及 美 国 泌 尿 外 科 学 会 （Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｕｒｏ－ ｌｏｇｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，ＡＵＡ）指南均推 荐对高危结石患 者行 尿 代 谢 评 估［４－５］，至 少 包 括 尿 量、ｐＨ 值、钠、钾、 钙 、草 酸 、尿 酸 、柠 檬 酸 、肌 酐 等 ，用 以 指 导 预 防 结 石 复 发。但目前这些代谢评估指标预测疗效特异性不强， 临床随机对照试验发现只有尿酸的水平可以预测治 疗的效果 。 ［６］ 比方说，既往认为枸橼酸作为结石 抑 制 因 子 ，能 够 结 合 尿 钙 ，降 低 含 钙 结 石 的 形 成 几 率 ，但 是 最近也有研究对枸橼酸是否能预防磷酸钙结石提出 疑问，指出肯 定 存 在 其 他 代 谢 因 素 。 ［７］ 正 因 为 如 此， 指南所推 荐 的 代 谢 评 估 方 式 并 不 被 广 泛 应 用，美 国 ２８ ８３６例高危复发泌尿系结石患者，只有大约 ７％ 的 人 进 行 了 ２４ ｈ 尿 代 谢 评 估［８］；另 一 项 调 查 中， ２０８ １２５例初始尿代谢评 估 异 常 的 患 者，只 有 １６％ 的 人６月内进行复查 。 ［９］ 因此泌尿系结石的病因、生 物 学标记物及有效的随访评估指标尚需进一步研究。