新疆医科大学团队 CIA 发文：依托多组学阐明老年脓毒症自噬及免疫失衡机制

摘要老年脓毒症会同时承受机体衰老与感染诱发全身炎症损伤的双重打击临床发病率、病死率均处于较高水平具备区别于青年脓毒症的独特病理生理特点。新疆医科大学第一附属医院的科研团队在Dove Medical Press旗下的Clinical Interventions in Aging《老龄化病症的临床干预》发表了题为“Multi-Omics Reveals Dysregulation of the Endosome-Lysosome-Autophagy Axis and Immune-Inflammatory Imbalance in Elderly Sepsis”的研究论文该研究纳入青年健康对照、老年健康对照、青年脓毒症、老年脓毒症四组人群样本整合非靶向代谢组学与蛋白组学开展回顾性多组学联合分析通过分层筛选、分子相关性分析、通路功能富集等生物信息学手段梳理老年脓毒症差异分子及关联通路。研究共筛选得到 2 种特征代谢物与 7 个关键差异蛋白差异代谢物主要富集于 D - 氨基酸代谢、丙氨酸 - 天冬氨酸 - 谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢通路差异蛋白功能集中在内吞囊泡结构、V 型质子 ATP 酶转运、免疫受体配体激活等生物学过程。多组学联合分析结果提示老年脓毒症存在明显的内体 - 溶酶体 - 自噬轴调控紊乱同时伴随机体免疫炎症稳态失衡。一、引言脓毒症是感染诱发的危及生命的全身炎症反应综合征老年人群因器官功能衰退、免疫衰老、基础疾病叠加发生脓毒症后病情进展更快、器官损伤更重、远期死亡率显著高于青年患者形成独特的老年脓毒症Elderly Sepsis, ES病理表型。衰老进程会重塑细胞自噬、溶酶体降解、内吞转运等细胞稳态通路同时重塑先天及适应性免疫应答能力使老年个体面对病原体刺激时出现炎症应答失控、清除病原体能力下降、组织修复障碍。目前脓毒症基础研究多以青年动物或青年患者为模型缺乏针对老年群体特异性分子通路的系统性解析无法解释老年脓毒症高重症率、高病死率的内在机制。多组学技术可同步描绘机体代谢小分子与蛋白表达全景是挖掘疾病特征标志物、解析核心病理轴的有力工具。该研究联合代谢组与蛋白组对比四组人群分子谱差异锁定老年脓毒症特异性紊乱通路阐明内体-溶酶体-自噬轴与免疫炎症失衡的关联机制填补老年脓毒症衰老相关发病机制研究空白。二、材料与方法一研究对象分组该研究采用回顾性队列设计共设置4个研究组别青年健康对照组、老年健康对照组、青年脓毒症患者组、老年脓毒症患者组采集外周生物样本同步开展代谢组与蛋白组检测。二多组学检测方案1非靶向代谢组学对各组样本小分子代谢物进行无差别定性定量检测获取全谱代谢表达数据2蛋白组学定量检测样本全蛋白表达水平获得差异蛋白表达矩阵。三生物信息学分析流程1特征分子筛选建立三步式筛选流程逐步过滤无显著差异分子锁定老年脓毒症特异性差异代谢物与差异蛋白2分子相关性分析对筛选得到的特征代谢物、特征蛋白开展两两关联分析保留相关系数绝对值|r|≥0.4的显著关联分子对3功能与通路富集基于KEGG数据库开展代谢通路富集基于GO数据库完成蛋白细胞组分、分子功能、生物学过程富集分析4多组学联合整合结合代谢通路与蛋白功能富集结果串联核心紊乱通路构建老年脓毒症病理调控网络。三、结果一老年脓毒症特征分子筛选结果经分层筛选与差异验证最终确定老年脓毒症2个核心特征代谢物、7个关键特征蛋白1特征代谢物D-天冬氨酸D-aspartic acid、溶血磷脂酰胆碱LysoPC (18:1/0:0)2特征蛋白SCGB3A2、ATP6V1E1、APOA1、AP1G1、INHBC、CRYZL1、CXCL14。二代谢通路富集结果差异代谢物富集通路集中于三大代谢体系D-氨基酸代谢通路、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢通路、甘油磷脂代谢通路。上述通路参与细胞氨基酸稳态、细胞膜脂质重构、信号小分子合成是调控细胞自噬、炎症信号传导的物质基础。三差异蛋白功能富集结果GO功能富集显示差异蛋白主要富集于三类生物学单元1细胞组分内吞小泡腔对应内体转运、囊泡分选结构2分子转运功能质子转运V型ATP酶为溶酶体酸化、自噬溶酶体降解提供核心动力3免疫调控功能受体配体活性、信号受体激活因子活性直接调控炎症趋化、免疫细胞活化。四多组学联合机制解析代谢小分子紊乱协同蛋白表达异常共同驱动两大核心病理改变1内体-溶酶体-自噬轴失调ATP6V1E1介导溶酶体质子泵功能异常AP1G1调控内体囊泡分选转运障碍叠加氨基酸、脂质代谢紊乱导致自噬起始、溶酶体降解、自噬流循环全程受阻衰老细胞受损细胞器、病原体无法有效清除2免疫炎症失衡趋化因子CXCL14、分泌蛋白SCGB3A2、载脂蛋白APOA1等异常表达破坏免疫细胞趋化、炎症信号负反馈平衡诱发过度炎症风暴同时衰老相关免疫抑制同步存在形成“炎症亢进免疫缺陷”双重失衡状态。四、讨论老年脓毒症是衰老与感染双重损伤叠加的复杂疾病该研究通过代谢组-蛋白组联合多组学手段首次系统证实内体-溶酶体-自噬轴紊乱是老年脓毒症区别于青年脓毒症的标志性病理特征。V型ATP酶亚基ATP6V1E1作为溶酶体酸化关键分子其表达异常直接阻断自噬溶酶体降解循环AP1G1介导内体物质分选转运障碍造成病原体、损伤蛋白在内体蓄积持续刺激炎症信号通路伴随D-天冬氨酸、溶血磷脂代谢紊乱进一步破坏细胞稳态调控网络。上述分子协同作用放大衰老带来的自噬功能衰退使老年机体遭遇感染后无法启动有效的细胞清除程序。免疫层面CXCL14趋化因子异常释放诱导中性粒细胞、巨噬细胞过度浸润释放大量促炎介质SCGB3A2、APOA1稳态失衡削弱炎症抑制、脂质免疫调节功能最终造成免疫炎症失衡。该机制解释了老年脓毒症易发生持续全身炎症反应、多器官损伤的临床表型。该研究仍存在一定局限性为回顾性分析后续需开展前瞻性队列验证特征分子诊断效能未通过细胞、动物模型开展分子功能验证内体-溶酶体-自噬轴与炎症通路的上下游调控关系仍需体外体内实验进一步佐证。五、结论该研究通过非靶向代谢组与蛋白组多组学联合分析鉴定出老年脓毒症特异性特征代谢物与蛋白标志物明确D-氨基酸代谢、甘油磷脂代谢等紊乱代谢通路证实内体-溶酶体-自噬轴调控异常、免疫炎症稳态失衡是老年脓毒症核心发病机制。研究结果为阐释老年脓毒症衰老特异性病理生理机制提供全新分子证据为靶向自噬溶酶体通路、调控炎症平衡的精准治疗药物开发、早期生物标志物筛选提供理论依据。