《Scientific Reports》：Combined proteomics and metabolomics analyses revealed molecular signatures associated with proliferative diabetic retinopathy
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糖尿病视网膜病变（DR）的确切机制尚未完全阐明。为寻找其诊断与治疗靶点，研究者对增殖性糖尿病视网膜病变（PDR）患者与对照组的玻璃体液进行了TMT定量蛋白质组学与非靶向代谢组学整合分析，结合生物信息学和功能实验验证。研究鉴定出7种关键蛋白与6种关键代谢物在PDR中显著失调，揭示了CD5L在促进内皮细胞增殖与迁移中的核心作用，并明确了涉及“补体与凝血级联反应”等通路的共同致病机制，为PDR的精确干预提供了新思路。
糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy, DR）是糖尿病最常见且严重的微血管并发症之一，是工作年龄段人群失明的主要原因。尽管血糖控制是基础，但许多患者即使血糖管理良好，DR仍会进展，这提示其背后存在着复杂的分子机制网络尚未被完全揭示。尤其是其晚期阶段——增殖性糖尿病视网膜病变（Proliferative Diabetic Retinopathy, PDR），以视网膜新生血管形成和纤维组织增殖为特征，常导致玻璃体积血、牵引性视网膜脱离，严重威胁视力。目前，针对PDR的临床治疗如激光光凝和抗血管内皮生长因子（VEGF）药物注射，虽能控制病情，但存在副作用、部分患者应答不佳或需要反复治疗等问题。因此，深入探究PDR发生发展的分子本质，寻找更早期、更精准的诊断生物标志物和新的治疗靶点，已成为眼科学和代谢性疾病研究领域亟待突破的关键问题。
为了回答上述问题，一篇发表在《Scientific Reports》上的研究开展了开创性的工作。研究人员将目光投向了眼底的“内部微环境”——玻璃体液。他们认为，玻璃体液直接浸润着视网膜，其中蕴含的蛋白质和代谢物变化，是反映PDR病理状态的直接“分子指纹”。于是，他们设计了一项严谨的对照研究：从8名PDR患者和6名非糖尿病特发性黄斑裂孔（idiopathic Macular Hole, iMH）患者的眼中获取了未稀释的玻璃体液样本。后者因无全身性代谢疾病，其玻璃体可视为相对“正常”的对照。通过对这些宝贵样本进行高通量的TMT（Tandem Mass Tag）标记定量蛋白质组学和非靶向代谢组学分析，并结合主成分分析（PCA）、差异表达分析、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络、正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）和通路富集分析等生物信息学手段，他们系统描绘了PDR的分子全景图。关键发现随后通过酶联免疫吸附试验（ELISA）、免疫组织化学染色以及细胞增殖与迁移实验进行了验证。
本研究主要采用了几项关键技术方法：首先，研究基于临床队列，收集了PDR患者与非糖尿病iMH对照者的玻璃体液样本进行多组学分析。核心技术包括TMT标记的定量蛋白质组学技术，用于精确量化玻璃体液中数千种蛋白质的表达水平；以及非靶向代谢组学技术，用于广泛检测小分子代谢物的变化。随后，综合运用了多种生物信息学分析方法（如PCA、差异分析、PPI网络构建、OPLS-DA和通路富集分析）对组学数据进行整合与挖掘。最后，对筛选出的关键分子，使用ELISA进行蛋白水平的定量验证，利用免疫组织化学在视网膜组织切片上进行定位验证，并通过体外细胞实验（内皮细胞增殖与迁移实验）评估其生物学功能。
研究结果
1. PDR玻璃体液中蛋白质与代谢物的整体扰动
通过PCA和OPLS-DA分析发现，PDR组与对照组的蛋白质和代谢物谱存在显著分离，表明PDR状态导致了玻璃体液分子构成的系统性改变。差异分析共鉴定出大量显著上调或下调的蛋白质和代谢物。
2. 关键差异分子（Hub Proteins and Metabolites）的鉴定
研究人员从复杂的分子网络中筛选出了处于核心调控地位的7个关键蛋白（Hub Proteins）和6个关键代谢物（Key Metabolites）。这些分子在PDR中表现出最显著的失调，提示它们可能在疾病进程中扮演重要角色。
3. 关键蛋白CD5L与CLU、SERPINF1（PEDF）的表达验证与功能探索
对关键蛋白的验证取得重要发现。在PDR患者的玻璃体液以及视网膜神经纤维层中，CD5L（CD5抗原样蛋白）的表达显著上调，而CLU（簇集蛋白）和SERPINF1（色素上皮衍生因子，PEDF）的表达则下调。功能实验表明，CD5L能够显著促进内皮细胞的增殖与迁移，这是新生血管形成的关键步骤。
4. 失调分子共同富集的通路与潜在机制
生物信息学通路富集分析揭示了这些关键分子共同参与的生物学过程。它们显著富集于“补体和凝血级联反应”（Complement and coagulation cascades）以及“朊病毒病”（Prion disease）等通路。这提示在PDR中，异常血管通透性、炎症反应和微血栓形成可能通过这些共享通路相互关联，共同驱动疾病进展。特别值得注意的是，代谢组学发现肌酸（Creatine）代谢紊乱，暗示了与AMP活化蛋白激酶（AMPK）相关的细胞能量代谢失调可能参与其中。此外，CD5L与小胶质细胞的相互作用被强调，突出了其在神经炎症调控中的功能。
研究结论与讨论
本研究通过整合蛋白质组学、代谢组学与生物信息学，并结合多层面实验验证，系统揭示了PDR的分子特征。研究成功鉴定出一组在PDR玻璃体液中显著失调的关键蛋白与代谢物，其中CD5L被证实为促进病理性血管生成的关键因子。这些分子并非孤立起作用，而是通过“补体和凝血级联反应”等共同通路，将血管渗漏、炎症和血栓形成等病理过程联系起来，形成了一个推动PDR发展的分子网络。此外，肌酸代谢异常提示的能量稳态失衡，以及CD5L介导的神经炎症，为理解PDR的多元机制提供了新视角。
这项研究的意义在于，它不仅提供了潜在的、可用于早期诊断或疾病分层的生物标志物组合（如CD5L、CLU、PEDF及特定代谢物），更重要的是，它指出了一个超越当前VEGF单一靶点的治疗新思路。靶向CD5L或其下游通路，可能更全面地干预PDR的多个核心病理环节，包括异常血管增生、炎症和代谢紊乱，从而有望实现更精准有效的治疗。该研究为未来开发针对PDR的新型诊断工具和疗法奠定了重要的分子理论基础。
