《Journal of Biophotonics》：Biomolecular Fingerprint of Crohn's Disease: A Comparative Raman Spectroscopic Study of Blood and Tissue Samples
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本刊推荐：本研究创新性地应用拉曼光谱（RS）技术，通过对克罗恩病（CD）患者血浆和组织样本的无标记检测，揭示了氨基酸、蛋白质、碳水化合物和类胡萝卜素等分子的特异性改变。研究证实血浆RS谱能反映肠道局部炎症状态，且生物制剂治疗后光谱特征趋向健康谱系，为CD的微创诊断、治疗监测及个体化治疗策略提供了新视角。
引言
克罗恩病（Crohn's disease, CD）是一种慢性透壁性炎症性疾病，最常累及末端回肠和结肠。当前诊断金标准依赖内镜和组织学检查，但其侵入性特点促使人们探索新型无创工具。拉曼光谱（Raman spectroscopy, RS）作为一种灵敏的分析技术，能够通过非弹性光散射无标记检测分子变化，同时分析多个生物分子靶点。本研究旨在通过比较配对组织活检和血浆样本的RS谱图，区分CD的炎症（I）和非炎症（NI）状态，评估RS作为微创工具在CD分层和治疗监测中的潜力。
材料与方法
研究纳入66名参与者（55名CD患者，11名健康对照者）。血浆样本通过离心获得，组织样本通过结肠镜检查获取。炎症活动通过Nancy组织学指数（NHI）评估，NHI>1为活动性炎症（I），NHI≤1为非炎症（NI）或缓解期。使用785 nm激光的拉曼光谱系统采集血浆（每份样本15个光谱）和组织（每份样本40-50个空间点）的光谱数据。数据处理包括背景校正、噪声平滑和矢量归一化。使用Kruskal-Wallis检验评估光谱特征的显著性（p<0.05），并通过Pearson相关分析评估血浆和组织光谱参数之间的关联。
结果
拉曼光谱比较
血浆和组织样本的平均拉曼光谱显示出明显的生物分子差异，反映了各自微环境的不同分子组成。通过测量纯生物分子（如氨基酸、碳水化合物、脂质、蛋白质）的光谱，辅助进行了准确的谱带指派。
表明分子变化的光谱标记
统计分析揭示了CD患者与健康对照之间多个分子类别的显著差异：
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氨基酸：在761 cm-1（肉碱、吲哚环）、949 cm-1（缬氨酸）和981 cm-1（精氨酸）处的谱带发生变化。CD患者血浆中761 cm-1谱带呈升高趋势，而组织中该谱带及缬氨酸、精氨酸相关谱带均呈下降趋势。
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蛋白质：酰胺III带（1284 cm-1）强度降低，而酰胺I带（1676 cm-1）强度增加，提示蛋白质结构改变。
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碳水化合物：在819 cm-1（岩藻糖）、906 cm-1（木糖）和1124 cm-1处的谱带强度显著降低。
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类胡萝卜素：在1154 cm-1和1509 cm-1处的谱带在CD血浆和组织中均显著降低。
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脂质：在969 cm-1、1067 cm-1和1304 cm-1处的谱带在CD组织中呈下降趋势，血浆中趋势一致但未达统计学显著性。
血浆与组织光谱标记的相关性
Pearson相关分析显示，819 cm-1（碳水化合物）、949 cm-1（缬氨酸）、1154 cm-1、1509 cm-1（类胡萝卜素）和1284 cm-1（蛋白质）等谱带的强度在血浆和组织之间存在显著或接近显著的相关性，表明这些循环中的生物化学特征反映了肠道黏膜的局部炎症改变。
治疗监测
接受生物制剂（如阿达木单抗、维多珠单抗、乌司奴单抗）治疗的CD患者，其光谱特征在971 cm-1（脂质）、879 cm-1（氨基酸/碳水化合物）和1284 cm-1（蛋白质）等处的强度趋向于健康对照水平，提示治疗相关的生物化学谱正常化。
讨论
本研究证实RS能够检测CD患者血浆和肠道组织中一致的生物化学改变，突出了CD中多系统的代谢紊乱。
氨基酸改变反映了代谢需求增加、黏膜损伤和炎症驱动的分解代谢。缬氨酸和精氨酸的消耗与活动性CD的报道一致。蛋白质结构变化与炎症驱动的蛋白质解折叠、胶原重塑和基质金属蛋白酶活性升高相符。碳水化合物相关信号的减少暗示肠黏膜层降解和糖基化受损，与肠道屏障功能受损有关。类胡萝卜素的消耗反映了CD中存在的氧化应激。脂质代谢的改变可能与微生物群衍生的脂肪酸失调和炎症相关的吸收不良有关。
血浆与组织光谱标记之间的相关性表明，RS有潜力作为黏膜炎症活动的微创代理指标。生物制剂治疗后部分光谱标记向健康谱系的恢复，支持了RS用于治疗反应监测的潜力。然而，本研究样本量有限，特别是健康对照组，且接受生物制剂治疗的患者使用了多种不同药物，未来需要更大规模的纵向研究来验证这些发现并探索药物特异性的代谢特征。
局限性
研究的主要局限性在于相对较小的样本量，可能影响结果的统计稳健性。未能系统评估饮食、药物、体力活动等混杂因素对血液代谢谱的影响。由于样本量限制，未能详细评估不同生物制剂的特异性代谢特征。
结论
本研究展示了拉曼光谱检测CD患者血浆中反映肠道炎症相关分子变化的光谱标记的潜力，并通过与组织学分析的相关性得到了验证。所识别的光谱标记与多组学研究中报道的CD分子谱一致，增强了发现的生物学相关性。RS提供的快速分子水平诊断见解，为当前CD诊断金标准提供了一种有前景的辅助手段。其微创特性对于需要频繁评估的患者尤其有利，为纵向随访提供了更舒适的方法。未来的工作应致力于扩大患者队列，并在更大人群中验证这些发现。
