摘要
在慢加急性肝衰竭（ACLF）患者中，免疫系统被激活，氨基酸和葡萄糖参与炎症反应所需核苷酸和蛋白质的从头合成。另外，多胺亚精胺水平导致自噬缺陷进而促进炎症的产生。
入组人群特征
这项研究共纳入名慢加急性肝衰竭（ACLF）患者,名急性失代偿（AD）而无ACLF患者。
急性失代偿肝硬化患者血液代谢物的相关分子
作者通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），明确代谢物之间的正负相关关系，进而在代谢组学数据集中确定了9个共调节代谢产物模块。给定模块中包含的代谢物在另一个模块中不存在。每个模块由算法任意指定一个颜色名称；最小的模块（品红色）包含5种代谢物，最大的（绿松石色）包含28种代谢物（图1）。
作者进一步对重要代谢物的所在模块进行分析，包括与氨基酸、脂肪酸和多胺有关的分子；与糖酵解及其分支磷酸戊糖途径（PPP）有关的代谢物；与嘌呤和嘧啶、酰基肉碱有关的代谢物；和Krebs循环中间体。与氨基酸相关的代谢物占代谢数据集的43％，尽管它们的比例在各个模块中有所不同，但是唯一9个模块均出现的类别。氨基酸相关分子是黄色模块的唯一组分，是粉红色和品红色模块的主要代谢物成分（分别为86％和80％）。
图1.代谢物模块成分。每个模块的代谢物分布，与氨基酸相关的代谢物是唯一在9个模块中存在的类别。
通过比较ACLF和非ACLF患者的特征代谢物的值（每个特征代谢物可代表单独模块）发现，虽然ACLF患者某些代谢产物相比AD患者较低，但总体上看各个代谢产物模块的特征代谢物均显著升高（图2）。这一发现与ACLF患者血液代谢组学显著上调相符。
图2.代谢物模块在ACLF中上调。ACLF及AD的患者之间的9种代谢模块的特征代谢物值的比较。
这项研究对CANONIC队列患者的白细胞和18种炎症蛋白标记物的血浆水平进行了检测，并评估了这些变量与9种特征代谢物的相关性（图3A）。结果显示，5个或更多模块与全身炎症标志物正相关，包括白细胞计数；C反应蛋白（CRP）；可溶性CD；可溶性CD；白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）和IL-10等主要细胞因子；以及主要的趋化因子IL-8（也称为C-X-C基序趋化因子8）和C-C基序趋化因子2（也称为MCP-1）。只有4种炎症标志物与代谢物模块无正相关。这些发现共同表明，在ACLF中，代谢物模块的上调与强烈的全身性炎症相关。
ACLF患者人非巯基白蛋白2（HNA2，可评估不可逆氧化的白蛋白）的水平升高。9个模块与HNA2水平呈正相关（图3A），表明在ACLF中，代谢模块的上调与全身氧化应激相关。
图3B显示了重要临床特征的9种特征代谢产物的相关性。各模块不同程度与年龄相关。大量的模块与血清胆红素、INR和血浆肾素浓度呈显著正相关。与血浆肾素的发现一致，几个模块与平均动脉压呈负相关。因此，ACLF患者中大量模块的上调与肝脏恶化、凝血功能（主要反映肝功能衰竭）、肾脏和循环功能密切相关。值得注意的是，仅有3个模块与肝性脑病（HE）等级的升高呈显著正相关，表明血液代谢组学的变化与脑衰竭的相关性低于其他主要器官系统的衰竭。最后，作者发现这9个模块与全身性CLIF-COF评分、器官系统衰竭的数目不断增加以及ACLF评分升高呈正相关，这证实了模块上调与患者病情严重程度平行。
图3.在ACLF患者中，代谢物模块的上调与强烈的全身性炎症、氧化应激和器官系统衰竭有关。（A）代谢物模块与全身炎症标志物（包括白细胞计数和18种蛋白质的血浆水平）和氧化应激（HNA2）之间的成对Pearson相关系数的热图。（B）代谢物模块和重要临床标志物的成对Pearson相关系数的热图。在（A）和（B）中，空单元格表示相关性不显著。*p0.05；**p0.01；***p＜0.。
肾功能不全或肾衰竭在急性失代偿性肝硬化患者中非常常见，肾功能恶化可能导致肾代谢产物排泄减少，进而血液代谢产物积聚。实际上，特征代谢产物与血清肌酐显著相关（图3B），并且在肾功能不全的情况下增加。
然而，在患有ACLF的患者中，相对于没有肾衰竭的患者，仅出现肾衰竭的患者中只有2种特征代谢产物（绿松石和粉红色模块）上调。此外，这9种特征代谢物与胆红素和INR呈正相关，提示与肝衰竭相关（图3B）。这些发现表明血液代谢产物的水平不仅取决于肾脏功能的恶化。因此，进一步使用多元分析评估了每个模块的每个代谢物与血清肌酐、血清胆红素和肝性脑病（HE）等级的独立相关性的结果发现，9个模块中的每个模块（包括黄色模块）的50％至％的代谢产物与肌酐独立正相关，40％至％的代谢产物与胆红素呈独立正相关。此外，5种模块的代谢物的变化比例与HE等级的升高呈正相关。绝大多数代谢物（69％）与两个器官（50％的代谢物）或三个器官（19％的代谢物）的功能不全独立相关。种代谢产物中有9％与这三个器官都不相关。
总的来说，这些发现表明ACLF中血液代谢产物的积累不是肾脏代谢产物排泄减少的简单结果，而是多种独立作用的结果。多变量分析还显示，在种代谢产物中，有78％与肌酐独立相关，73％与胆红素相关，而28％与HE等级相关的分析结果表明，相较于脑功能，血液代谢组的变化与肾或肝功能恶化的关系更密切。
作者进而比较了在ACLF的患者中，有细菌感染与无细菌感染患者的9种特征代谢物的变化。细菌感染患者中4种特征代谢物（绿松石色，品红色，绿色和黑色）显著较高，而其余特征代谢物在两组之间没有差异。作者在与感染相关的3个模块中鉴定出13种潜在细菌来源的代谢物（绿松石色模块中有8种代谢物，绿色模块中有4种代谢物，黑色模块中有1种代谢物）。此外，作者还还在ACLF患者中比较了过量饮酒和胃肠道出血这两个加速事件，发现这些事件中特征代谢产物均无差异。
在入选的患有AD（无ACLF）的患者中，通过对28天后发展为ACLF（n=69）和无ACLF患者（n=）进行分组并比较入组时代谢物差异，发现入组28天后死亡的患者（n=79）中，8种特征代谢产物显著高于在28天后存活的患者（n=）。这些发现表明，入组时代谢物模块上调先于短期结局（如ACLF的进展及死亡）发生。
作者还评估了血液典型代谢物水平是否与患者的预后相关。在28天后死亡的患者中，蛋氨酸、与有氧糖酵解（丙酮酸和乳酸）及PPP（戊糖磷酸、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸）相关的代谢物的水平显著高于存活的患者。相反，多胺亚精胺的水平显著降低。这些发现表明，对于急性失代偿性肝硬化患者，蛋氨酸、糖酵解、PPP和亚精胺的代谢水平具有重要的评估预后作用。
氨基酸在ACLF中的潜在作用
ACLF与血液糖酵解相关的代谢水平升高有关，包括5-磷酸核糖(绿色;图4A)，表明葡萄糖-6-磷酸也被引导至PPP(图4A)。丙酮酸和乳酸的水平与磷酸戊糖和PPP相关的代谢物(葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸，绿色模块成员)水平显著正相关，印证了ACLF中有氧糖酵解和PPP同时激活。此外,作者发现N-甲酰-L-甲硫氨酸在ACLF增加,表明在叶酸循环中丝氨酸向甘氨酸和甲酸转变增多。蓝色模块中富集了参与核苷酸合成的几个分子，包括谷氨酰胺、天冬氨酸、黄嘌呤和次黄嘌呤（参与嘌呤挽救的嘌呤碱基；图4B）；肌苷（次黄嘌呤核苷）；乳清酸盐（其产生与ETC偶联并产生嘧啶环；图4C）；胸腺嘧啶（嘧啶碱基）及其衍生物（二氢胸腺嘧啶）。几种Krebs循环中间体，例如α-酮戊二酸、草酰乙酸（产生天冬氨酸[图4A]）在ACLF中均增加。另外，作者在ACLF中发现了蛋氨酸循环及其分支中的蛋氨酸挽救途径增加的证据，这可能有助于提高ACLF中腺嘌呤的水平（绿色；图5），这是挽救嘌呤合成的基础（图4B）。
总的来说，研究结果表明，在ACLF中，有氧糖酵解和PPP、一碳代谢网络（涉及叶酸循环和蛋氨酸循环）和Krebs循环的有序激活促进嘌呤的从头合成及挽救途径并促进嘧啶的从头合成。这些发现使人联想到活化的先天性免疫细胞中有氧糖酵解和核苷酸合成激活。由于ACLF可激活先天免疫，ACLF患者的血液代谢物变化可能与先天免疫系统白细胞增多和多种炎症介质合成所需的核苷酸合成增强有关。
图4.ACLF中核苷酸合成的模型。（A）通过糖酵解和Krebs循环的中心碳代谢示意图。（B）从头合成和挽救嘌呤的示意图。（C）从头合成和挽救嘧啶的示意图。B和C区显示合成相应核苷酸所需的估计ATP消耗。代谢模块的成员使用相应颜色表示。箭头方向指示代谢物上调或下调。
接下来，作者研究了蛋氨酸循环，这是一碳代谢的第二个组成部分（图5）。ACLF与转硫作用及甲硫氨酸挽救途径的激活有关。首先，ACLF患者有蛋氨酸的血液积聚（黄色模块）。其次，他们血液有胱硫醚（品红模块）、L-胱氨酸、焦谷氨酸和谷氨酸（均参与谷胱甘肽合成）的堆积，提示活化的转硫作用（图5）。牛磺酸是转硫途径的另一种产物，是蓝色模块成员，但其水平在ACLF和AD之间没有显著差异，这表明在ACLF中优先产生谷胱甘肽。第三，ACLF患者血液中5-脱氧-5-（甲硫基）腺苷（MTA）的水平升高，表明激活了蛋氨酸的挽救途径。总体而言，在ACLF中，既优先通过转硫途径生产抗氧化剂谷胱甘肽，又优先通过蛋氨酸挽救途径生产蛋氨酸。此外，ACLF中腺嘌呤水平升高，MTA和腺嘌呤均为绿色模块成员，提示甲硫氨酸挽救途径被用于补充嘌呤挽救途径（图5）。
ACLF患者血液中多胺亚精胺水平降低和GABA前体积累。在ACLF中，腐胺前体鸟氨酸和多胺合成副产物MTA的含量增加，表明多胺合成增加（图5）。然而，在ACLF中，亚精胺显著下降，可能是由于亚精胺向N8-乙酰基亚精胺的转化增加（黑色模块；图5）。N8-乙酰基亚精胺和腐胺可产生4-乙酰氨基丁酸（绿松石模块；图5），其在ACLF中的水平相对于AD升高。4-乙酰氨基丁酸是4-氨基丁酸（也称为GABA）的直接前体，GABA能神经元的主要介质。GABA能系统激活与肝性脑病有关。这些发现可能表明，4-乙酰氨基丁酸的N8-乙酰基亚精胺可能在急性失代偿性肝硬化中加重了GABA能神经系统的激活。但是，这个假设需要进一步确认，因为在代谢物模块中，包含这些代谢物（分别为黑色和绿松石色）的模块之间没有显著相关。
图5.ACLF中的一碳代谢模型。一碳代谢包括叶酸循环和蛋氨酸循环。代谢模块的成员使用相应颜色表示。箭头方向指示代谢物上调或下调。
总结
总之，该研究结果表明，在ACLF中，氨基酸可能从骨骼肌中动员或从Krebs循环中间体中衍生出来，通过免疫反应参与代谢过程，包括蛋白质和核苷酸合成。生酮氨基酸被广泛分解代谢以在外周器官中作为产生能量的底物，但由于器官衰竭该作用并不充分。最后，多胺亚精胺是一种具有抗炎作用的强效的自噬诱导剂，其在ACLF中水平降低，这可以用多胺偏向合成GABA解释。未来应该加强营养支持对全身性炎症及器官功能改善作用的相关研究。
文献来源：
ZaccheriniG,AguilarF,CaraceniP,ClàriaJ,LozanoJJ,FenailleF,CastelliF,JunotC,CurtoA,FormentinC,WeissE,BernardiM,JalanR,AngeliP,MoreauR,ArroyoV.AssessingtheroleofaminoacidsinsystemicinflammationandorganfailureinpatientswithACLF.JHepatol.Dec1:S-(20)-6.doi:10./j.jhep..11..Epubaheadofprint.PMID:.
文字：李桂馨、文夏杰
编辑：阿卜杜
校对：杨丹丽、袁荻森
片警实验室
乙肝病毒病原学及相关研究
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