DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-00661-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40328861
تاريخ النشر: 2025-05-06
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: بروسيلا: التشخيص، الوبائيات، العلاج
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التغيرات الأيضية المرتبطة بالبروسيلا الحادة، وهي مرض حيواني مهم، باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء المفرطة مع مطياف الكتلة Q Exactive-Orbitrap (UHPLC-QExactive-Orbitrap MS/MS). تم مقارنة عينات المصل من 32 مريضًا ذكراً مصابًا بالبروسيلا الحادة مع 32 ضابط صحي متطابق، مما كشف عن تسعة مستقلبات مختلفة. من الجدير بالذكر أن جميع المستقلبات أظهرت مستويات مرتفعة، باستثناء السيز-4-هيدروكسي-D-برولين، الإينوزين، الهيبوزانثين، وحمض الأزلايك. تشارك هذه المستقلبات بشكل أساسي في مسارات أيضية رئيسية، بما في ذلك تخليق الأحماض الصفراوية الأولية، وأيض البيورين، وأيض التورين والهيبوتورين، وأيض الأحماض الأمينية d. يوفر تحديد هذه المستقلبات علامات حيوية محتملة للتشخيص المبكر والتقييم التنبؤي للبروسيلا الحادة، مما قد يساعد في منع تقدم المرض إلى حالة مزمنة.
تقر الدراسة بالقيود مثل حجم العينة الصغيرة والاعتماد فقط على عينات المصل، مما قد يؤثر على إمكانية تعميم النتائج. يجب أن تهدف الأبحاث المستقبلية إلى توسيع حجم العينة وتضمين أنواع عينات متنوعة، مثل نخاع العظام والبول، لإنشاء ملف أيضي أكثر شمولاً. بالإضافة إلى ذلك، يبرز نقص التحقق من صحة المجموعة المستقلة الحاجة إلى دراسات متعددة المراكز لتأكيد المستقلبات المحددة. سيساهم معالجة العوامل المربكة المحتملة من خلال استبيانات موحدة وضوابط صارمة في تعزيز موثوقية البيانات. يجب أن تتضمن التحقيقات المستقبلية أيضًا نماذج حيوانية ونهج متعدد الأوميات لربط المستقلبات المختلفة بشكل أفضل مع النتائج السريرية، مما يسهم في إطار تشخيصي وعلاجي دقيق للبروسيلا في مقاطعة تشينغهاي.
مقدمة
في مقدمة الدراسة، يوضح المؤلفون الأدوات والمواد الأساسية المستخدمة في أبحاثهم. تم استخدام جهاز طرد مركزي كريوجيني (D3024R) لمعالجة العينات، بينما تم إجراء تحليلات كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء-مطياف الكتلة (UHPLC-MS/MS) باستخدام نظام Vanquish UHPLC المدمج مع مطياف الكتلة Orbitrap Q Exactive HF، وكلاهما مصدره من ThermoFisher، ألمانيا. تم تسهيل الفصل الكروماتوغرافي بواسطة عمود Hypersil Gold (100 × 2.1 مم، 1.9 ميكرومتر).
بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة مواد كيميائية من الدرجة التحليلية مثل حمض الفورميك، الميثانول، وأستات الأمونيوم، جميعها تم الحصول عليها من شركة Novogene Co.، Ltd. في بكين، الصين. يؤسس هذا الإطار المنهجي أساسًا قويًا للتحليلات والنتائج اللاحقة المقدمة في البحث.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الطرق الإحصائية، البروتوكولات التجريبية، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم حجم العينة ومعايير الاختيار، فضلاً عن أي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار أثناء البحث. من خلال تقديم نظرة شاملة على الطرق، يؤسس هذا القسم الأساس للنتائج المقدمة لاحقًا في الورقة، مما يسمح بالتقييم النقدي لصلاحية الدراسة وموثوقيتها.
نتائج
كشفت نتائج الفحص البارامترية للمستقلبات عن نتائج مهمة تتعلق بالمستقلبات المختلفة. في الوضع الكاتيوني، تم تحديد ما مجموعه 1,000 مستقلب، تم تصنيف 115 منها كمستقلبات مختلفة. من بين هؤلاء، أظهر 55 ارتفاعًا كبيرًا، بينما أظهر 60 انخفاضًا كبيرًا. بالمقابل، في الوضع الأنيوني، حدد التحليل 556 مستقلبًا، من بينها 74 تم تصنيفها كمستقلبات مختلفة؛ 38 من هذه المستقلبات كانت مرتفعة بشكل كبير، و36 كانت منخفضة بشكل كبير. تؤكد هذه النتائج على التباينات في مستويات المستقلبات عبر أوضاع مختلفة، مما يبرز علامات حيوية محتملة لمزيد من التحقيق.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحليل مجموعة من 64 رجلًا بالغًا من مقاطعة هايبى، مقاطعة تشينغهاي، الصين، للتحقيق في الملفات الأيضية المرتبطة بالبروسيلا الحادة. تم تقسيم المشاركين إلى مجموعة حالة (32 فردًا مصابًا بالبروسيلا المؤكدة) ومجموعة ضابطة (32 فردًا صحيًا)، مع معايير إدراج واستبعاد صارمة لضمان سلامة العينة. تم جمع عينات الدم ومعالجتها وتحليلها باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء المفرطة مع مطياف الكتلة (UHPLC-QExactive-Orbitrap MS/MS). حددت الدراسة تسعة مستقلبات مختلفة، بما في ذلك حمض التوروشوليك وحمض الجلايكوشوليك، والتي كانت تشارك بشكل رئيسي في المسارات الأيضية المتعلقة بتخليق الأحماض الصفراوية وأيض البيورين.
كشفت التحليلات عن اختلافات أيضية كبيرة بين مجموعة الحالة ومجموعة الضبط، حيث أكدت تطبيق طرق إحصائية متعددة المتغيرات مثل تحليل المكونات الرئيسية (PCA) وتحليل التمييز بالحد الأدنى من المربعات (PLS-DA) قوة النتائج. كما أبرزت الدراسة أهمية الأيضيات في فهم آليات المرض ودورها المحتمل في الطب الدقيق. أظهرت المستقلبات المحددة مستويات متفاوتة من الحساسية والنوعية كعلامات حيوية للبروسيلا، حيث أظهر حمض التوروشوليك حساسية بنسبة 93.75% ونوعية بنسبة 96.87%. بشكل عام، تؤكد هذه الأبحاث على فائدة الأساليب الأيضية في توضيح التغيرات الكيميائية الحيوية المرتبطة بالبروسيلا وتقترح مسارات لمزيد من الاستكشاف في تشخيص المرض وإدارته.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-00661-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40328861
Publication Date: 2025-05-06
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Brucella: diagnosis, epidemiology, treatment
Overview
This study investigates the metabolic changes associated with acute brucellosis, a significant zoonotic disease, using ultra-high performance liquid chromatography coupled with Q Exactive-Orbitrap mass spectrometry (UHPLC-QExactive-Orbitrap MS/MS). Serum samples from 32 male patients with acute brucellosis were compared to 32 matched healthy controls, revealing nine differential metabolites. Notably, all metabolites exhibited increased levels, except for cis-4-hydroxy-D-proline, inosine, hypoxanthine, and azelaic acid. These metabolites are primarily involved in key metabolic pathways, including primary bile acid biosynthesis, purine metabolism, taurine and hypotaurine metabolism, and d-amino acid metabolism. The identification of these metabolites offers potential biomarkers for early diagnosis and prognostic assessment of acute brucellosis, which could help prevent the disease from progressing to a chronic state.
The study acknowledges limitations such as a small sample size and reliance solely on serum samples, which may affect the generalizability of the findings. Future research should aim to expand the sample size and include various sample types, such as bone marrow and urine, to create a more comprehensive metabolic profile. Additionally, the lack of independent cohort validation highlights the need for multicenter studies to confirm the identified metabolites. Addressing potential confounding factors through standardized questionnaires and rigorous controls will enhance data reliability. Future investigations should also incorporate animal models and multiomics approaches to better connect differential metabolites with clinical outcomes, ultimately contributing to a precision diagnostic and therapeutic framework for brucellosis in Qinghai Province.
Introduction
In the introduction of the study, the authors detail the primary instruments and reagents utilized for their research. A cryogenic centrifuge (D3024R) was employed for sample processing, while ultraperformance liquid chromatography-tandem-mass spectrometry (UHPLC-MS/MS) analyses were performed using a Vanquish UHPLC system coupled with an Orbitrap Q Exactive HF mass spectrometer, both sourced from ThermoFisher, Germany. The chromatographic separation was facilitated by a Hypersil Gold column (100 × 2.1 mm, 1.9 μm).
Additionally, the study utilized analytical-grade reagents such as formic acid, methanol, and ammonium acetate, all obtained from Novogene Co., Ltd. in Beijing, China. This methodological framework establishes a robust foundation for the subsequent analyses and findings presented in the research.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical methods, experimental protocols, and any controls implemented to validate the findings.
Additionally, the section may describe the sample size and selection criteria, as well as any ethical considerations taken into account during the research. By providing a comprehensive overview of the methods, this section establishes the foundation for the results presented later in the paper, allowing for critical evaluation of the study’s validity and reliability.
Results
The results of the parametric screening for metabolites revealed significant findings regarding differential metabolites. In the cationic mode, a total of 1,000 metabolites were identified, with 115 classified as differential metabolites. Among these, 55 exhibited significant elevation, while 60 showed significant decreases. Conversely, in the anionic mode, the analysis identified 556 metabolites, of which 74 were categorized as differential metabolites; 38 of these were significantly elevated, and 36 were significantly decreased. These findings underscore the variations in metabolite levels across different modes, highlighting potential biomarkers for further investigation.
Discussion
In this study, a cohort of 64 adult males from Haibei Prefecture, Qinghai Province, China, was analyzed to investigate the metabolomic profiles associated with acute brucellosis. Participants were divided into a case group (32 individuals with confirmed brucellosis) and a control group (32 healthy individuals), with stringent inclusion and exclusion criteria ensuring the integrity of the sample. Blood samples were collected, processed, and analyzed using ultra-high-performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry (UHPLC-QExactive-Orbitrap MS/MS). The study identified nine differential metabolites, including taurocholic acid and glycocholic acid, which were predominantly involved in metabolic pathways related to bile acid synthesis and purine metabolism.
The analysis revealed significant metabolic differences between the case and control groups, with the application of multivariate statistical methods such as Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) confirming the robustness of the findings. The study also highlighted the importance of metabolomics in understanding disease mechanisms and its potential role in precision medicine. The identified metabolites exhibited varying levels of sensitivity and specificity as biomarkers for brucellosis, with taurocholic acid demonstrating a sensitivity of 93.75% and specificity of 96.87%. Overall, this research underscores the utility of metabolomic approaches in elucidating the biochemical alterations associated with brucellosis and suggests pathways for further exploration in disease diagnosis and management.