研究背景

 

        深静脉血栓（DVT）是创伤后导致发病和死亡的关键因素之一，常引发血栓后综合征、复发性DVT，甚至致命性肺栓塞（PE）等严重并发症。在创伤患者中，由于损伤类型、术后或伤后制动等因素影响，DVT 的发生风险显著升高，因此创伤后深静脉血栓（pt-DVT）长期被视为成人创伤人群中的核心临床难题。从公共卫生角度来看，中国创伤性骨折患者中pt-DVT的发生率可高达40%，这一比例凸显出pt-DVT对我国公共健康的严重威胁，迫切需要开展针对性研究以降低疾病负担。

        2024年9月，Nature Communications 在线发表了题为 “Integrated landscape of plasma metabolism and proteome of patients with post-traumatic deep vein thrombosis” 的研究。该研究纳入680例急性创伤骨折患者，结合血浆非靶向代谢组学与蛋白质组学分析，并应用支持向量机（SVM）构建预测模型。研究最终筛选出28个与pt-DVT相关的差异代谢物和14个临床参数，揭示了17条显著失调的代谢通路，鉴定出214个差异血浆蛋白，并建立了由9个代谢物组成的高效能pt-DVT预测模型。进一步的代谢组与蛋白质组联合分析提出了潜在机制：糖酵解/糖异生—TCA循环的上调通过调控红细胞内ROS水平促进血栓形成。同时，研究还发现炎症因子CRP与pt-DVT相关代谢物及临床参数存在显著关联。

研究结果

 

1、研究队列的临床特征

        本研究依照严格的纳入与排除标准，共招募680例患者，分为发现队列（N = 580）与验证队列（N = 100）。在发现队列中，确诊pt-DVT的患者252例作为病例组，另有328例无DVT患者作为对照组。与此同时，研究团队按照相同的招募标准，额外选取50例pt-DVT患者及50例无DVT患者，构建独立验证队列。整体分析结果显示，pt-DVT组与对照组在基线临床特征上分布大体均衡。

 

2、全球血浆代谢特征以及pt-DVT中改变的代谢物组

        研究从代谢物功能分类、差异代谢物筛选、分组区分效能、关键代谢物贡献度及差异代谢物聚类五个维度展开展示。

        首先，基于326个稳定代谢物的功能分类结果，饼图显示脂质与氨基酸类占比最高，提示其在代谢重构中的主导地位。其次，通过火山图对差异代谢物进行可视化，标注出前10个显著升高及降低的代谢物，明确了潜在的标志物线索。OPLS-DA得分图进一步表明，pt-DVT组与对照组在整体代谢谱层面呈现清晰的聚类分离，且模型验证显示无过拟合，增强了分析的可靠性。在变量重要性评估（VIP）分析中，共筛选出96个对分组区分贡献显著的代谢物，其中红色点代表在单变量和多变量分析中均显著的代谢物，突出其稳健性与代表性。最终，热图展示了28个确认的显著差异代谢物在两组样本中的丰度变化，这些代谢物不仅能够完全区分两组个体，而且同类代谢物表现出一致的变化趋势。

        整体来看，分析过程从功能分类到差异筛选，再到分组效能验证、贡献度量化与聚类整合，逐步收敛至核心差异代谢物，构建了pt-DVT代谢异常的系统性图景。

 

3、与pt-DVT相关的多种代谢途径失调

        去偏稀疏偏相关（DSPC）网络分析揭示了代谢物之间显著的部分相关关系。拓扑结构显示，不仅功能代谢物组间存在密切联系，组内也形成了高度互作网络，其中尤以脂质代谢与氨基酸代谢之间的相互作用最为突出。此外，部分未知功能代谢物紧密邻近脂质、氨基酸及丙酮酸等关键节点，提示其可能参与相关代谢过程。

        在通路层面，共有307种代谢物成功映射至52条KEGG通路，其中17条通路呈现显著失调，主要涉及氨基酸代谢、碳水化合物代谢及脂质代谢，显示pt-DVT患者存在大规模代谢紊乱。进一步的差异丰度（DA）评分结果表明：6条氨基酸代谢通路和5条碳水化合物代谢通路（包括糖酵解/糖异生及TCA循环）整体活性升高，而3条脂质代谢通路则表现为活性下降。同时，研究还发现如半胱氨酸–蛋氨酸代谢等与pt-DVT传统认知中关联较弱的氨基酸代谢通路亦存在异常。

        综上，DSPC网络与通路分析不仅揭示了pt-DVT患者多维度的代谢通路失调，还展示了代谢物之间复杂而有层次的网络关系，为深入解析其代谢机制提供了系统性依据。

 

4、pt-DVT 相关的临床参数差异及其与代谢物的关联

        单变量分析火山图共筛选出14个显著差异临床参数（CPs），其中5项在pt-DVT组升高（如纤维蛋白原Fbg、血小板计数PLT），9项降低（如红细胞计数RBC、血红蛋白HGB）。皮尔逊相关性矩阵进一步揭示，这些参数倾向于形成功能相关的集群：一类为“升高的PLT-PCT-Fbg集群”，另一类为“降低的RBC-HCT-HGB集群”。

        线性回归模型对临床参数与代谢物的关系进行解析，结果显示PLT集群与16个代谢物显著相关（如丙酰肉碱、L-肉碱），RBC集群则与15个代谢物显著相关（如咪唑乙酸、丙酮酸）。进一步的定量富集分析表明，PLT集群相关代谢物主要集中于8条脂质代谢通路，尤其是脂肪酸氧化；而RBC集群相关代谢物则映射至26条通路，涵盖氨基酸、碳水化合物及脂质代谢，包括糖酵解/糖异生和TCA循环等核心能量代谢途径。

        整体上，研究不仅构建了pt-DVT的临床参数集群框架，还揭示了这些集群与代谢物及其通路之间的紧密耦合关系，提示临床指标的异常可通过代谢网络得到解释与支持，为理解pt-DVT的系统性病理机制提供了关键证据。

 

5、机器学习识别血红素代谢阻滞以鉴别pt-DVT

        为验证预测模型的泛化能力，对独立验证队列中的100名参与者进行了代谢组学分析。结果显示3个预测模型（仅临床参数 CPs 的 Model 1、仅代谢物的 Model 2、CPs + 代谢物的 Model 3）在发现队列和验证队列的 ROC 曲线及 AUC 值，结果显示 Model 1 效能最差（发现队列 AUC=0.873，验证队列 AUC=0.857），Model 2 效能最优（发现队列 AUC=0.956，验证队列 AUC=0.935），Model 3 效能介于两者之间（发现队列 AUC=0.935，验证队列 AUC=0.910）；箱线图与小提琴图展示了 Model 2 中 9 个关键代谢物（十六烷二酸、丙酮酸、L - 肉碱、血清素、PE (P18:1 (11Z)/18:2 (9Z,12Z))、3 - 羟基癸酸、5,6-DHET、3 - 甲氧基苯丙酸、戊腈）在 pt-DVT 组与对照组的相对丰度差异，进一步验证了这些代谢物对 pt-DVT 的区分能力，整体表明 “仅用 9 个代谢物构建的 Model 2” 在 pt-DVT 预测中具有最优的效能和泛化能力。

 

6、代谢组学和蛋白质组学分析揭示了pt-DVT的潜在治疗策略

        为进一步解析pt-DVT的代谢机制，本研究在发现队列中选取96名患者与87名对照个体，开展了全面的血浆蛋白质组学分析。火山图筛选出214个显著差异蛋白，其中153个在pt-DVT组上调，61个下调，并重点标注了前40个变化幅度最大的蛋白。KEGG通路富集结果显示，这些差异蛋白显著集中于15条通路，其中补体与凝血级联通路为最显著失调的通路，同时糖酵解/糖异生通路亦被显著富集。值得注意的是，结合代谢组与蛋白质组的联合结果发现，糖酵解/糖异生通路在代谢物与蛋白质层面均呈系统性改变，该通路通过丙酮酸与三羧酸循环直接衔接，提示其在pt-DVT代谢异常中的核心地位。

        进一步聚焦糖酵解/糖异生与TCA循环，研究通过通路可视化揭示了关键分子水平的改变。结果显示，从“葡萄糖-6-磷酸”至“丙酮酸”的关键步骤，以及TCA循环中“丙酮酸→柠檬酸”的起始环节，均存在显著的分子变化。具体而言，甘油醛-3-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸等代谢物以及葡萄糖磷酸异构酶（GPI）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）、乳酸脱氢酶（LDHA/LDHB）、丙酮酸激酶（PKM）等关键酶均被标注并分析。可视化结果中，红色表示pt-DVT组相对于对照组的显著上调，蓝色为下调，黑色为无显著差异，灰色节点则标识未检测到的蛋白质，以确保数据透明性。结果显示丙酮酸、柠檬酸显著升高，糖酵解/糖异生通路中8个核心酶（LDHA、LDHB、GAPDH、GPI、PKM、MINPP1、ENO1、TPI1）均显著上调。

        结合代谢与蛋白质层面的系统性证据，研究进一步提出“糖酵解/糖异生-TCA循环→NADH→ROS”的逻辑链。差异蛋白（如LDHA/LDHB）与ROS相关蛋白PRDX5呈显著关联，提示糖酵解/糖异生及TCA循环的上调，可能通过增强NADH生成、促进红细胞内ROS水平升高，从而驱动血栓形成。这一机制整合不仅揭示了pt-DVT的分子病理基础，也为后续干预靶点的探索提供了方向。

 

结论

 

        本研究基于“发现—验证”双队列设计，共纳入680例急性创伤骨折患者（发现队列580例，验证队列100例）。研究通过血浆非靶向代谢组学与蛋白质组学分析，结合全自动凝血分析仪与血液分析仪检测临床参数，并应用主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、去偏稀疏偏相关（DSPC）网络等多维度方法开展系统解析。

        最终，研究鉴定出28个与pt-DVT显著相关的差异代谢物和14个差异临床参数，其中可进一步归纳为“升高的PLT-PCT-Fbg集群”与“降低的RBC-HCT-HGB集群”。通路分析显示，共有17条代谢通路发生显著失调，其中糖酵解/糖异生—TCA循环的整体上调与脂质代谢的下调为核心特征。基于代谢物信息，研究成功构建并验证了由9个代谢物组成的高效预测模型，表现出优异的区分能力与泛化性能。

        在机制层面，代谢组学与蛋白质组学的联合分析揭示：糖酵解/糖异生—TCA循环的上调可通过增加NADH生成，促进红细胞内ROS蓄积，从而增强血栓形成倾向。这一结果不仅为pt-DVT的分子机制提供了新证据，也为临床早期预测与干预提供了潜在靶点。

 

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