BMC Pediatrics：儿童痉挛性脑瘫的血浆代谢组学分析揭示能量代谢和氨基酸代谢异常

脑性瘫痪（cerebral palsy，CP）是儿童最常见的永久性运动障碍疾病之一，尤其以痉挛性CP为主。痉挛性CP是最常见的临床分型，占80%以上。尽管对脑瘫的临床分型和神经影像学有较深入认识，但其病理机制、早期预测、生物标志物及个体化治疗策略仍严重不足。

代谢组学作为测量生物体内低分子代谢物的技术，可直接反映疾病的表型和细胞功能状态，在神经退行性疾病以及儿童癫痫领域已有突破。脑瘫患儿因肌张力异常、疼痛、体力消耗及并发症，代谢环境可能不同于正常发育儿童，然而血浆整体代谢组学特点尚未报道。

7月2日，发表在BMC Pediatrics杂志的一项病例对照研究，旨在通过非靶向代谢组学全景式扫描，探讨痉挛性脑瘫儿童的代谢特征及其与临床表型的关系，探索潜在生物标志物和疾病机制。

本研究于2020年9月至11月在土耳其Mersin大学附属医院实施。纳入符合诊断标准的痉挛性脑瘫儿童50例（3-10岁，puberty Tanner stage 1），与55名匹配的正常发育儿童作为对照。排除其他类型脑瘫、神经肌肉疾病、肠外营养等影响因素。

采集空腹静脉血样，分离血浆，-80℃保存。采用气相色谱-质谱（GC-MS）进行无靶向代谢组学，数据处理使用MS-DIAL和Metaboanalyst软件，结合主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）及通路富集分析。统计学采用多重比较调整，有效控制假阳性。

研究结果

基本信息

• 患儿以四肢痉挛性（52%）为主，62%为非行走（GMFCS IV-V）组。
• 占三分之一以上使用肠内营养方案。

代谢组学定性分析

共检测到224种血浆代谢物。PCA未发现明显异常值，提示数据质量良好。PLS-DA显示组间差异明显（CP vs. Control R²=0.75），但模型预测能力（Q²<0.27）有限，故辅以单因素统计检验以确认差异物质。

差异代谢物

• 14种代谢物在脑瘫组显著升高，37种显著降低。
• 显著升高的代表物包括木糖醇（xylitol）、磷酸、甲基羟基脲（1-methylhydantoin）、乳酸（pyruvic acid）及甘油-3-磷酸。
• 显著降低的包括一些氨基酸如白氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、丙氨酸等。
• 代谢物变化涉及糖类代谢、三羧酸循环(TCA)、氨基酸及蛋白质合成、谷胱甘肽等多条生物学通路。

图：主成分分析示意图，血浆代谢组整体差异

主要信号通路受累

基于KEGG数据库，脑瘫组血浆代谢物富集于下列关键通路：

• 氨酰tRNA生物合成
• 酪氨酸代谢
• 支链氨基酸白氨酸、异亮氨酸、缬氨酸生物合成
• 丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢
• 精氨酸和脯氨酸代谢
• 三羧酸循环（TCA）
• 半乳糖代谢
• 谷胱甘肽代谢

图：差异通路富集分析散点图和冲击指数

临床亚组代谢差异

• 癫痫合并组（CP+癫痫）与非癫痫组间，24种代谢物显著不同，其中9种升高、15种降低。
• 运动功能较好（GMFCS II-III）与较差组（GMFCS IV-V）间存在11种代谢物显著差异，且均在非行走组升高。
• 癫痫与运动功能状态均对代谢谱有显著影响。

讨论

本研究系统性揭示痉挛性脑瘫儿童血浆代谢组学特征，突出能量代谢和氨基酸合成等多个代谢通路的异常，这与脑瘫患者长期存在的运动障碍、肌肉代谢变化，以及营养不良密切相关。

与之前脑瘫脑组织代谢研究[27]和痉挛性脑瘫治疗相关代谢组研究[28]结果一致，提示谷氨酸、TCA循环相关代谢路径长期参与脑瘫病理进程。癫痫合并的代谢特征与已知癫痫代谢异常[30,38]相吻合，表明代谢组学或可辅助癫痫相关脑瘫的临床分型和治疗响应评估。

非运动功能较差组（GMFCS IV-V）代谢物升高或许反映代谢代偿机制或卧床导致的肌肉分解代谢增加。结合血浆代谢组改变，强调脑瘫儿童营养状况和代谢支持的重要性，未来干预应考虑纠正这些代谢失衡。

当前研究采用科学的质控流程确保数据质量，但样本量有限，尚需多中心、大规模、长期动态队列验证代谢标志物的稳定性和临床适用性。此外，单一代谢库限制了代谢物识别全面性，后续研究可结合多库并纳入其他临床变量。

整体而言，代谢组学分析为脑瘫理解其复杂病理机制提供了新视角，促进早期诊断和精准治疗策略的研发，推动个体化神经康复医学的发展。

原始出处：

Tezol Ö et al. Metabolomics analysis of children with spastic cerebral palsy: a case–control study. BMC Pediatrics. 2025;25(494). https://doi.org/10.1186/s12887-025-05828-w