代谢组学更上一层楼：通过核磁共振（NMR）加强国际合作

想要从人类疾病的代谢组学研究中获得统计学意义，就需要一大群愿意并能够参加医学研究的病人，以及一个能够处理小量样本并提供定量和可重复分析物浓度的仪器。德国图宾根大学的Christoph Trautwein博士已经能够解决这两个问题，这要感谢核磁共振（NMR）的力量。布鲁克和Trautwein博士一起深入探讨了他的研究工作。

Christoph Trautwein博士的研究涵盖了临床前和临床研究，以及广泛的医疗场景——从神经退行性疾病，如帕金森病和阿尔茨海默病，到乳腺癌、肝细胞癌、胶质瘤、中风和炎症性疾病。

识别与新冠肺炎（Covid-19）有关的代谢物和脂蛋白

但自从2020年初Covid-19大流行开始后，他的研究重点就增加了。Trautwein博士表示：“我们只是想对Covid-19的研究做出一些贡献。最初，这项工作涉及到图宾根大学医学遗传学系的同事们，我们在那里调查了与‘细胞因子风暴（cytokine storm）’有关的免疫细胞，这是导致Covid-19死亡的一个主要原因¹。

“第一部分是对代谢物的一些基本研究，”Trautwein博士说：“使用核磁共振，我们发现主动感染的病人有明显的代谢特征，与现有的研究一致。然后，在布鲁克提供的一个软件包的帮助下，他们开始进行一些定量工作。”他补充道：“我们发现，血浆中有几种代谢物的含量较高，这非常有意思，因为这些代谢物通常与胰岛素抵抗、心血管疾病和炎症有关。”

进行中的工作：深入探究新冠肺炎长期症状（Long-Covid）

Trautwein博士认为，这一发现可能对Long-Covid的研究具有重要意义：“由于我以前在神经学方面的研究²，我对调查Covid-19对大脑的影响非常感兴趣。也许在我们发现的这些代谢物中，可能有一种代谢物可以告诉我们为什么一些患有Long-Covid的人出现了头痛或记忆和注意力方面的问题。”

现在，Trautwein博士已经开始与德国海德堡大学就这一主题进行了全新的合作，该项目将使用近350人的血清和尿液样本，这些都是新冠肺炎病毒（SARS-CoV-2）重症患者，其中一些人还患上了Long-Covid。他表示：“这项工作正在进行中，但我们已经拿到参与者的原始数据，我们期待着发现一些有趣的见解。”

利用核磁共振进行方便、高灵敏度的分析

但他同时也补充道，机遇是伴随着挑战而生的——在这种情况下，就是难以准确看到大脑内部发生的事情。他认为在这方面，磁共振成像（MRI）是一个很好的工具，但造价昂贵，而且只显示主要的大脑损伤：“你不可能每周都做！”但基于核磁共振的代谢组学更便宜、更容易，“只要你安装了硬件，原则上你可以每天测量一个样本”。这为使用核磁共振数据作为研究有神经系统症状的Covid-19患者的一种更方便的方式提供了可能性，首先将数据与MRI扫描关联起来。

Trautwein博士表示，图宾根的布鲁克600 MHz核磁共振Avance IVDr仪器在他的诸多研究中发挥了核心作用，因为它是为定量高通量生物液体筛选量身定做的：“拥有一个具有高重现性和高灵敏度的系统对于检测我们样本中的少量代谢物至关重要，而且由于它可以容纳3 mm的试管，而不是常规的5 mm类型，我们仅取用100 µL稀缺的患者样本（就可以进行筛选了）。”

Trautwein博士还说，在Avance IVDr上运行实验还有一个独特优势：“所有Avance IVDr系统都有一个非常有帮助的方面，那就是它们使用相同的硬件、软件和标准操作程序，这意味着在不同实验室获得的数据可以立即进行对比。”

提升合作效果的可比较数据

Trautwein博士解释道，这种交叉可比性的结果与Covid-19研究高度相关：“Covid-19的一个挑战是，相对较少的病人愿意或能够加入到研究项目当中，这意味着许多研究很难达到统计学意义。”

但来自Avance IVDr核磁共振系统的数据集的可比性意味着Trautwein博士和他的同僚们可以汇集数据集：“因此，我们对来自澳大利亚、西班牙、德国、英国和意大利的样本进行了对比研究，这让我们能够过滤掉混杂因素，并更好地了解Covid-19在急性期和长期的影响。”

因此，他说，由于布鲁克的核磁共振仪器的强大分析能力，代谢组学已经登上了一个新台阶：“当你处理复杂的疾病时，无论是Covid-19、癌症、神经退行性疾病，还是代谢性疾病，你都可以与世界各地的专家分享数据和专业知识，使我们能够更快地取得更多进展。这就是科学应该真正运作的方式！”

参考文献：

1. Y. Singh, C. Trautwein et al., SARS-CoV-2 infection paralyzes cytotoxic and metabolic functions of the immune cells, Heliyon, 2021 7(6):e07147, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07147
2. C. Trautwein et al., Tissue metabolites in diffuse glioma and their modulations by IDH1 mutation, histology and treatment, JCI Insight, 2021, https://doi.org/10.1172/jci.insight.153526
3. Lucia Laugwitz, Laimdota Zizmare, Vidiyaah Santhanakumaran, Claire Cannet, Judith Böhringer, Jürgen G. Okun, Manfred Spraul, Ingeborg Krägeloh-Mann, Samuel Groeschel, Christoph Trautwein, Identification of neurodegeneration indicators and disease progression in metachromatic leukodystrophy using quantitative NMR-based urinary metabolomics, JIMD reports, 2022, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jmd2.12273

Christoph Trautwein博士在德国斯图加特大学学习环境工程，然后于2007年在弗莱堡大学开始了第二份工作——分子医学，并完成了博士学位。在卡尔斯鲁厄理工学院做完博士后后，他于2017年加入了图宾根大学的维尔纳-西门子成像中心，目前他在那里领导代谢组学和系统医学研究小组。

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