文章題目：Multi-omics analysis of human plasma reveals reprogramming of tryptophan metabolism associated with inflammation in Mycoplasma pneumoniae pneumonia in children

中文標題：血漿多組學分析揭示兒童支原體肺炎相關炎癥引起色氨酸代謝重編程

發表期刊：Journal of Infection

影響因子：11.9

發表時間：2025年

研究對象：血漿

組學策略：Olink蛋白組，非靶代謝組，靶向代謝組

研究背景

肺炎支原體（Mycoplasma pneumoniae, MP）是兒童呼吸道感染的主要病原體，支原體肺炎（Mycoplasma pneumoniae pneumonia，MPP）占社區獲得性肺炎病例的10%至40%。自2023年4月以來，全球MP感染顯著復發，伴隨嚴重MPP和大環內酯類耐藥MPP病例的增加，給醫療系統帶來巨大壓力。MPP癥狀復雜，可能導致壞死性肺炎、呼吸衰竭和多臟器功能損害。

宿主反應在MPP的發病機制中發揮關鍵作用，免疫反應失調是疾病進展的核心因素，宿主通過啟動免疫系統和重編程來應對MP等外源刺激。盡管代謝組學和蛋白質組學在研究感染性疾病中發揮了重要作用，但現有研究多集中于單組學對生物標志物的挖掘，限制了對通路失調及其與免疫反應之間相互作用的認識。整合多組學方法可為MPP治療提供新的見解。

研究思路

1.非靶向代謝組學和Olink蛋白質組學分析MPP患者血漿樣本，發現MPP患者的氨基酸、脂質和碳水化合物代謝出現失調，其中色氨酸代謝失調表現最明顯。

2.靶向代謝組學在兩個隊列中分析驗證了色氨酸代謝的重編程，表現為色氨酸水平降低、犬尿喹啉代謝物增加以及吲哚衍生物減少。

3.相關性分析顯示失調的代謝物與細胞因子及臨床參數之間存在廣泛且顯著的關聯性。

研究內容

1.非靶向代謝組研究MPP隊列代謝特征

在發現隊列中，PCA和OPLS-DA分析顯示MPP與健康對照之間的非靶向代謝存在明顯分離，表明MPP與HC之間的代謝譜顯著不同。共識別325種正離子模式下的差異代謝物（DEMs），其中179種上調，146種下調；負離子模式下識別276種DEMs，136種上調，140種下調。KEGG富集分析顯示，DEMs主要富集于氨基酸代謝（如色氨酸代謝）、碳水化合物代謝和脂質代謝。驗證隊列差異代謝物的分析支持了這一發現。

非靶向代謝組學分析揭示發現隊列和驗證隊列中MPP與HC之間的代謝差異

2.非靶向代謝組學與Olink蛋白質組學的綜合分析

Olink蛋白質組學在52例MPP病例和79例HC中檢測到2884種蛋白質，其中2112種存在顯著差異，MPP組中1592種上調，520種下調。主成分分析（PCA）結果顯示MPP組與HC組之間顯著分離。非靶向代謝組學分析表明，四條通路在發現和驗證隊列中均受到影響：色氨酸代謝、精氨酸生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝、丁酸代謝。色氨酸代謝通路中，差異表達蛋白的比例最高（70.00%），顯示代謝酶顯著改變。色氨酸代謝主要分為犬尿喹啉、血清素和吲哚通路，其中IDO1在KYN通路中顯著上調，與疾病嚴重程度及炎癥相關指標（如CXCL10、IFN-γ、IL-6）呈強正相關。這表明色氨酸代謝在MPP中顯著改變，可能在免疫調節和炎癥反應中發揮重要作用。

蛋白質組學與代謝組學的綜合分析表明色氨酸代謝存在顯著差異

3.色氨酸代謝的靶向代謝組學分析

為了進一步探討色氨酸代謝通路中代謝物的變化及其與宿主免疫炎癥的相關性，采用靶向代謝組學分析了相同血漿樣本中的26種代謝物。MPP組與HC相比，色氨酸水平顯著降低。犬尿喹啉（KYN）通路中的KYN、奎尼酸（QA）及犬尿喹啉/色氨酸比率（K/T比率）顯著升高，顯示該通路的全面激活。血清素通路中僅發現5-羥基色氨酸（5-HTP）減少，而在吲哚通路中，多種代謝物顯著降低。

發現隊列和驗證隊列中色氨酸代謝路徑的靶向代謝組學分析

4.色氨酸代謝物與細胞因子及臨床參數的相關性分析

為探討血漿中色氨酸（TRP）代謝物與疾病嚴重程度及炎癥反應的相關性，對52名MPP患者和79名健康對照的細胞因子水平進行了分析。結果顯示，輕癥MPP患者的IFN-γ、IL-6等細胞因子顯著升高，重癥患者則更為明顯。與HC相比，TRP水平與多種細胞因子呈負相關，而KYN水平與多種細胞因子呈正相關。吲哚衍生物大多與細胞因子表現負相關。進一步分析89名MPP患者的臨床參數，發現TRP與中性粒細胞百分比、C反應蛋白等呈負相關，而與血紅蛋白、淋巴細胞百分比等呈正相關。總體來看，TRP代謝的重編程與MPP中的炎癥反應之間存在復雜的相互作用。

色氨酸代謝物與細胞因子和臨床參數的相關性

5.色氨酸在重癥MPP與輕癥MPP之間的靶向代謝組學分析

鑒于TRP代謝物水平與多種炎癥介質的關聯，進一步分析了重癥MPP與輕癥MPP之間的TRP代謝物差異。結果顯示，SMPP患者的中性粒細胞百分比（N%）、C反應蛋白（CRP）、血清淀粉樣蛋白A（SAA）、降鈣素原（PCT）、乳酸脫氫酶（LDH）、纖維蛋白原（FIB）和D-二聚體顯著高于GMPP患者。結合兩個隊列的定量分析顯示，SMPP患者的TRP、黃嘌呤酸（XA）、吡啶酸（PA）和5-羥基色氨酸（5-HTP）濃度顯著降低。相關性分析表明，SMPP患者中吲哚衍生物與炎癥標志物的負相關關系更為明顯。這些結果提示，TRP代謝的擾動，可能與MPP的嚴重程度相關。

重癥MPP和輕癥MPP患者色氨酸代謝物濃度分析

研究結論

本研究采用兩大獨立隊列，結合非靶向代謝組學、Olink蛋白質組學和靶向代謝組學，重點解析TRP代謝通路。結果揭示MPP中TRP代謝的雙向調控特征：犬尿喹啉（KYN）通路上調促進炎癥，而吲哚通路下調削弱抗炎作用。研究提示靶向TRP代謝的治療潛力，并為免疫調節研究提供新方向。