第一部分:血浆细胞因子用于心脏手术后急性肾损伤的早期预测研究背景:急性肾损伤（AKI）是接受心脏手术的成年患者最常见的临床重要并发症,并与死亡率和发病率的增加有关。心脏手术患者术后急性肾损伤（CSA-AKI）的发生率约在30%左右,是除感染性AKI以外最常见的AKI类型。不论其他危险因素如何,CSA-AKI与10年死亡风险相关性仍然很高,即使对肾功能完全恢复的患者也是如此。但到目前为止,CSA-AKI的发病机制仍不清楚。除了监测血清肌酐（SCr）以外,目前尚无特异性的用于CSA-AKI预测或诊断生物标志物。方法:本研究从中国医学科学院阜外医院ICU前瞻性采集并纳入了 306例接受心脏外科手术的成人患者术后24小时内血浆样本。参照AKIN标准其中204例患者被诊断为AKI,剩余102例患者作为非AKI（non-AKI）对照。使用Bio-Plex试剂盒定量检测了全部血浆样本中的48个细胞因子的浓度。通过方差分析确定AKI组和non-AKI组间显著改变的细胞因子,并通过Bonferroni校正对方差分析得到的p值。使用Pearson相关分析评估这些细胞因子浓度与SCr之间的关系。最后采用二元逻辑回归算法建立多变量CSA-AKI预测模型,使用受试者工作特征曲线（ROC）评估血浆细胞因子对CSA-AKI的预测效果。结果:在48个细胞因子中,有20个细胞因子的血浆浓度在AKI患者与non-AKI患者之间表现出显著差异,其中13个细胞因子具有极显著差异（P<0.00001）,分别是 TNF-β、GM-CSF、IL-15、SCGF-β、IFN-y、IL-9、IL-4、M-CSF、IL-16、IL-12、IL-1RA、SCF、MIP-1α。根据 AKIN 标准将 AKI 患者分为三个不同阶段（Stage Ⅰ～Ⅲ）,48个细胞因子中有10个细胞因子的血浆浓度在不同阶段AKI患者之间存在显著差异,其中6个细胞因子具有极显著差异（P<0.00001）,分别是 TNF-β,SCGF-β,IL-9,IFN-γ,GM-CSF,IL-4。采用 Pearson 相关分析评估血浆48个细胞因子的浓度与术后SCr变化的相关关系。结果表明,48个细胞因子中有7个与接受心脏外科手术患者术后SCr的变化具有强烈相关性,相关系数 r>0.5,分别是包括 IL-1RA、IFN-y、SCF、SCGF-β、M-CSF、MIP-1α、IL-16。使用ROC分析评估血浆细胞因子对CSA-AKI的预测效果。逻辑回归分析结果表明,CPB时间是CSA-AKI的独立预测因素。然后通过二元逻辑回归算法对每个细胞因子分别和CPB联合建立预测模型用以改进预测准确率。ROC结果表明,使用CPB和TGF-β联合建立的预测模型ROC曲线下面积（AUC）高达0.947（95%CI,0.916～0.978）,显示出良好的预测能力。最后整合相关分析结果发现,血浆IFN-γ和SCGF-β浓度与术后SCr变化倍数之间具有极显著相关性,同时又具有良好的CSA-AKI预测能力,IFN-γ+CPB和SCGF-β+CPB的预测模型AUC分别为0.873（95%CI,0.816～0.930）和 0.877（95%CI,0.825～0.928）。结论:综上所述,本研究结果表明血浆细胞因子表达谱在心脏术后AKI和non-AKI患者之间具有显著差异。有13个细胞因子在AKI和non-AKI患者组间表现出极显著差异,其中 TNF-β,SCGF-β,IL-9,IFN-γ,GM-CSF,IL-4 这 6个细胞因子在不同阶段AKI患者组间也具有极显著差异。有7个细胞因子的浓度与术后SCr变化显著相关。整合差异和相关分析结果,筛选出两个细胞因子:IFN-γ和SCGF-β。上述两个细胞因子在心脏手术后24 h内既能对CSA-AKI患者表现出良好的鉴别能力,同时其与心脏手术后SCr的变化具有强烈的相关性。因此,IFN-γ和SCGF-β可能作为新型血浆生物标志物用以预测CSA-AKI的发生,并作为该疾病的潜在治疗靶点。第二部分:高分辨率代谢组学揭示血浆葡萄糖酸、富马酸和假尿苷可作为早期预测心脏手术后急性肾损伤的新型生物标志物研究背景:心脏手术患者术后急性肾损伤（CSA-AKI）是心脏手术后常见的并发症。每年,全世界有超过200万例心脏手术,心脏手术相关AKI的发生率从5%到42%不等,是重症监护室（ICU）患者发生AKI的第二大常见原因,和死亡率的增加独立相关。AKI显著增加围手术期死亡率、ICU内和住院时间延长以及护理费用。但是,并非所有的AKI都会导致严重的后果,有些是可逆的。因此及早预测AKI的发生可以指导治疗和改善预后。然而到目前为止,尚无可靠的方法对住院患者CSA-AKI进行早期预测。本研究开发并评估了基于代谢组学的血浆生物标志物对CSA-AKI患者的诊断价值。方法:本研究从中国医学科学院阜外医院ICU前瞻性采集接受心脏外科手术的成人患者术后24小时内血浆样本,参照AKIN标准对患者进行AKI诊断。共纳入195例患者血浆样本进行分析,其中106例AKI患者和89例non-AKI患者作为对照。使用基于质谱的代谢组学方法对血浆样品进行检测,其中95例患者（47例AKI患者和48例non-AKI对照）作为发现队列,使用非靶向代谢组学方法,剩余100例患者（59例AKI患者和41例non-AKI对照）作为验证队列,使用靶向定量代谢组学检测方法。使用正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）对血浆代谢谱进行描述性统计分析。采用二元逻辑回归算法建立基于生物标志物的预测模型,使用受试者工作特征曲线（ROC）评估筛选到的血浆代谢物对CSA-AKI的预测效果。结果:心脏手术后AKI患者和non-AKI对照的血浆代谢谱具有显著差异。使用非靶向代谢组学方法在发现队列患者血浆样本中检测到超过7652个有效代谢物特征峰,其中正离子模式4004个,负离子模式3648个。将正/负离子模式下检测到的特征峰分别纳入OPLS-DA模型,结果表明AKI患者和non-AKI对照之间具有明显的差异血浆代谢谱。进一步使用FDR校正的p值、OPLS-DA模型投影变量重要性（VIP）和组间倍数比值筛选差异代谢物,最终发现葡萄糖酸、富马酸和假尿苷在AKI患者血浆中相比于non-AKI对照发生了显著上调。对发现队列中95例患者进行ROC分析,结果表明葡萄糖酸、富马酸和假尿苷的AUC分别为 0.809（95%CI,0.720～0.897）、0.825（95%CI,0.741～0.909）和 0.819（95%CI,0.731～0.906）。使用二元逻辑回归算法建立了基于上述三种代谢物组成的预测模型,该模型对CSA-AKI表现出良好的预测效果,其AUC=0.873（95%CI,0.799～0.946）。此外,还对肌酐的预测效果进行了评估,肌酐AUC=0.764（95%CI,0.667～0.860）,表明本研究筛选到的差异代谢物对CSA-AKI的预测效果要优于肌酐。随后,使用靶向定量代谢组方法对验证队列中100例患者血浆样本进行了定量检测。ROC结果证实,葡萄糖酸、富马酸和假尿苷依然对CSA-AKI保持良好的预测效果,AUC 分别为 0.885（95%CI,0.817～0.953）,0.878（95%CI,0.812～0.944）和0.947（95%CI,0.908～0.986）。使用二元逻辑回归算法建立的预测模型AUC=0.974（95%CI,0.945～1.000）。使用逻辑回归对年龄、性别、BMI、CPB和ACCT进行校正后,富马酸和假尿苷仍然与CSA-AKI显著相关,这表明富马酸和假尿苷可以作为CSA-AKI的独立预测因子。最后,本研究将血浆样本采集时还尚未达到AKI诊断标准的入组AKI患者定义为早期AKI患者。对验证队列中的早期AKI患者子集（16例早期AKI患者和48例non-AKI对照）也使用该预测模型进行CSA-AKI预测,结果显示该模型对早期AKI患者依然具有较高的预测能力,AUC=0.909（95%CI,0.813～1.000）。结论:综上所述,本研究证实高分辨率代谢组学技术对于开发新型血浆生物标志物具有独特的潜力。三种血浆代谢物:葡萄糖酸、富马酸和假尿苷对CSA-AKI的发生具有良好的预测能力,其中富马酸和假尿苷是CSA-AKI的独立预测因子。联合使用葡萄糖酸、富马酸和假尿苷建立的预测模型可以提高CSA-AKI的预测效率。此外,基于血浆代谢物的预测模型对早期AKI患者依然具有良好的预测能力。