复旦大学附属中山医院孙念荣/化学系邓春晖/附属眼耳鼻喉科医院蒋永祥Adv Sci：房水代谢分析精确区分不同高危病因型白内障

创新点：复旦大学附属中山医院孙念荣等联合研究团队针对目前临床上特定病因型白内障缺少快速精准检测等问题，搭建了层状二元共离子体基质辅助激光/解吸电离代谢物分析平台，高通量提取了白内障房水样品的代谢特征，并结合机器学习，实现仅需要1 μL房水即可精确、快速检测潜在的不同高危病因型白内障。

关键词：代谢分析，纳米材料，白内障，房水，LDI-MS

白内障一直是全球第一大致盲因素，仅2020年的全球患病人数新增1520万，这一疾病极大地影响了患者的生活质量并给社会带来沉重负担。糖尿病和高度近视是白内障的高危因素，目前研究最为广泛。与经典的年龄相关性白内障相比，这两个高危因素可加速白内障的发生和发展。目前临床对白内障的诊断需要经验丰富的医生结合眼底检查、患者病史采集等临床信息综合判断，繁琐耗时，并且目前不同高危因素白内障的发病机制尚不明确，因此亟需发展一种高危白内障精确检测的方法，并对白内障的发生机制进行更加深入的探索。与基因、蛋白等物质相比，代谢物是生物体新陈代谢最下游的产物，与表型最为相关，包括白内障在内的大多数疾病都伴随着代谢功能紊乱。近年来，体液代谢分子诊断因其相对无创、样本易获取以及经济效益等优点，在临床检测和分子机制探索方面表现出巨大的潜力。房水是填充眼睛前后房的透明液体，在维持眼内压、为晶状体提供营养物质、抗氧化剂以及清除晶状体的代谢废物方面起着重要作用。初步研究发现，糖尿病或高度近视的白内障房水样品中存在代谢物异常。因此，发展基于房水代谢分析的技术在检测和监测不同高危白内障方面具有重要意义。

质谱具有超高灵敏度和分辨率的特点，尤其是MALDI质谱的发展为大量临床样本筛查提供了可靠的支持。MALDI质谱实际是一种为大分子（蛋白质、多肽等）分析而设计的软电离质谱，由于其具有高通量、制样简单、快速分析的特点，备受分析化学工作者的青睐，大量的研究者致力于将MALDI质谱开发应用于代谢小分子的分析。传统的有机基质例如CHCA,DHB在<1000Da区域会产生严重的背景干扰，不能满足MALDI对小分子代谢物的分析要求。近年来，开发高电离效率，高化学稳定性且无背景干扰的无机基质的研究成为了研究热点，这些无机基质包括碳材料、贵金属以及金属氧化物。

最近，复旦大学附属中山医院沈锡中教授团队成员孙念荣副研究员，复旦大学化学系邓春晖教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院蒋永祥教授组成的联合研究团队针对以上问题构建了一种基于MALDI质谱的层状二元共离子体辅助房水代谢分析平台，用于对白内障进行潜在的病因学分型和检测。仅需要1 μL的房水样品，即精准、快速、高通量地实现对年龄相关性白内障（ARC）、糖尿病状态白内障（CDM）和高度近视状态白内障（CHM）的检测。相关结果近期发表在Advanced Science上。

层状二元共离子体由层状氧化钛纳米片和金纳米粒子构成。层状氧化钛纳米片实现了金纳米粒子的完美负载，表现出优良的紫外吸收能力、高化学稳定性；在质谱分析时表现出无干扰的背景、高信噪比和高效的小分子代谢物电离效率。在本工作中，层状二元共离子体辅助房水代谢分析平台实现了183名白内障患者的房水代谢指纹图谱的高通量提取。根据这些代谢图谱，从偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、支持向量机（SVM）和随机森林（Random Forest）等算法中，筛选出最优算法PLS-DA。随后利用该算法进行建模验证，组间任意比较的准确率、精确率和召回率都达到100%。此外，11个明确的关键代谢物被确认为区分CDM与ARC的标志物（AUC=0.985），9个和7个明确关键代谢物被确认为CHM与ARC（AUC=1.000）与CDM与CHM（AUC=1.000）的标志物。最后，通过挖掘代谢物变化水平和代谢途径，揭示了糖尿病/高度近视对白内障的关键影响。

复旦大学附属中山医院沈锡中教授和复旦大学化学系邓春晖教授团队长期致力于应用高通量蛋白质组学、代谢组学方法进行重大疾病筛查研究，本项成果提出了一种不同高危病因型白内障代谢水平精确诊断和监测的新方法，并在代谢水平上更新了关于白内障的预防和治疗的见解，也进一步地为各类重大疾病的代谢分子诊断提供了新的思路。复旦大学附属中山医院沈锡中教授团队成员孙念荣副研究员、复旦大学化学系邓春晖教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院蒋永祥教授为本论文的通讯作者。