新型的蛋白质组学脆弱亚型，具有独特的分子特征和预后情况

《Maturitas》：Novel proteomic subtypes of frailty with distinct molecular patterns and prognosis

衰老表型通过蛋白质组学揭示四类亚型，差异预后与分子通路相关。

　　

徐振毅|王策|王姣峰|陈杰|王晓军|鲍志军|张艳

上海复旦大学华东医院临床老年医学重点实验室，中国上海200040

摘要

目的

虚弱表型在捕捉这种状况的生物学异质性方面存在局限性。我们的研究基于蛋白质组学识别了虚弱的亚型，并考察了它们与多种不良后果的关联。

方法

该研究纳入了来自英国生物银行的1513名虚弱个体和29,339名非虚弱个体，分析了2920种蛋白质。采用无监督K-means聚类方法识别虚弱的分子亚型，并使用Boruta算法确定区分这些亚型的关键蛋白质。

结果

在虚弱个体中发现了四种新的亚型：S1（n=403）、S2（n=209）、S3（n=587）和S4（n=314）。共识别出567种用于区分亚型的关键蛋白质，这些蛋白质涉及多种生物学途径。每种亚型都表现出不同的分子特征。S1的特点是基因组不稳定；S2表现为细胞间通讯异常；S3则表现为与衰老相关的特征广泛上调；S4则表现为蛋白质稳态丧失和线粒体功能障碍。虽然S3的预后与S1相似，但S2和S4的预后比S1更差。特别是S2，与S1相比，其多种不良后果的风险显著增加，包括全因死亡率（风险比2.13；95%置信区间1.60–2.85）、心血管疾病（风险比1.78；95%置信区间1.00–3.17）、呼吸系统疾病（风险比1.83；95%置信区间1.24–2.70）、肾脏疾病（风险比2.76；95%置信区间1.57–4.85）、肝脏疾病（风险比6.19；95%置信区间4.13–9.29）和癌症（风险比2.06；95%置信区间1.43–2.96）。

结论

我们的研究发现了四种具有不同分子特征和不同预后意义的虚弱蛋白质组学亚型，突显了虚弱的生物学异质性，以及个性化医疗和管理策略的必要性。

引言

全球近四分之一的老年人存在身体虚弱，这是包括行动能力下降、跌倒、住院和死亡在内的不良后果的独立风险因素[1]、[2]、[3]。虚弱是一种高度异质性的综合征，其特征是生理失调和对压力因素的敏感性增加[2]。这种复杂状态可能由与年龄相关的生物衰退、应激反应失调、慢性炎症途径激活以及能量代谢受损引起[4]、[5]。然而，这些机制无法完全解释观察到的临床变异；因此，需要进一步探索虚弱的异质性[6]。进一步探索虚弱的异质性可能有助于识别不同的病理生理途径，并为精准管理策略提供依据[7]。

虚弱由五个表型成分定义，包括体重下降、疲劳、行走速度慢、握力低和体力活动少[1]。先前的研究根据虚弱成分将虚弱分为行动能力型、非行动能力型和体力活动少型亚组。行动能力型个体以行动迟缓和虚弱为特征，表现出较差的身体组成和整体健康状况，如高血压、糖尿病和心力衰竭；而非行动能力型个体则以体重下降和疲劳为特征，表现出较差的骨骼健康和更多的代谢血清异常[8]、[9]。此外，在急性呼吸衰竭幸存者中，根据虚弱表型和认知障碍测量结果得出了五种亚型；而在糖尿病患者中，根据代谢谱分析也识别出两种不同的亚型[10]、[11]、[12]。尽管这些研究强调了虚弱亚型对于细化预后评估和实现个性化治疗的重要性，但所识别的亚型仅基于临床测量数据，可能无法完全反映虚弱的潜在生物学异质性。此外，尽管先前的研究已经确定了与虚弱相关的组学生物标志物[13]、[14]、[15]，但直接从组学数据中推导出虚弱亚型，以及证明这些亚型能差异性地预测特定不良后果，仍然受到很大限制。

为了解决上述知识空白，我们利用英国生物银行（UKB）进行了一项大规模队列研究，以基于蛋白质识别虚弱亚型，表征其不同的生物学途径，并考察它们与不良临床后果的关联。

研究人群和蛋白质组学分析

英国生物银行（UKB）是一个大型基于人群的队列，包括2006年至2010年间招募的50多万名40至69岁的参与者[16]。该研究获得了西北多中心研究伦理委员会的批准（REC参考编号11/NW/0382），所有参与者均提供了关于健康相关信息的书面知情同意。参与者数据包括通过自我填写的问卷获得的广泛表型和基因型数据、身体测量结果以及生物样本

研究参与者

研究中共纳入了29,339名非虚弱个体和1513名虚弱个体，分析了2920种蛋白质。在虚弱个体中，平均（标准差）年龄为58.11岁（7.74岁），其中59.7%为女性。在这些虚弱个体中，20.2%有当前吸烟史，75.7%有饮酒史（表1）。

分子亚型的识别

通过K-Means无监督聚类方法识别出虚弱亚型（图1）。基于聚类结果的可视化和

讨论

在我们的研究中，使用K-Means方法根据蛋白质组学特征将1513名虚弱个体分为四个分子亚型。这些亚组表现出不同的基线和生化特征。通过KEGG和GO分析，共有567种关键蛋白质在免疫/炎症相关途径（例如细胞因子-细胞因子受体相互作用）和细胞黏附/迁移相关特征（例如局部黏附、Rap1信号传导）中显著富集。

结论

我们的研究发现了四种具有不同分子特征和不同预后意义的虚弱蛋白质组学亚型，突显了虚弱的生物学异质性，以及个性化医疗和管理策略的必要性。

贡献者

徐振毅参与了概念构思、方法学设计、研究实施、数据分析、初稿撰写以及初稿的审阅和编辑。

王策参与了数据分析、方法学设计以及初稿的审阅和编辑。

王姣峰参与了数据解读以及初稿的审阅和编辑。

陈杰参与了研究实施以及初稿的审阅和编辑。

王晓军参与了方法学设计、研究实施和数据分析

伦理批准

UKB研究获得了西北多中心研究伦理委员会的批准（REC参考编号11/NW/0382），所有参与者均提供了关于其健康相关信息的书面知情同意。

来源和同行评审

本文未经委托撰写，经过了外部同行评审。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号82071581，授予鲍志军）和东方人才计划（2022年上海领军人才计划，授予鲍志军）的资助。资助方在研究设计、数据收集与分析、发表决定或手稿准备过程中没有发挥任何作用。

数据共享与合作

本研究使用了来自英国生物银行的去标识化、公开可用的数据。研究人员在注册并通过英国生物银行批准申请后可以访问这些数据。详情请参见https://www.ukbiobank.ac.uk/。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究使用的是英国生物银行的数据，申请编号为98410。本研究使用了NHS在患者护理和支持过程中收集的数据。作者对英国生物银行项目的所有参与者和工作人员表示感谢。