新型红细胞指数在早期诊断非人灵长类婴儿的铁缺乏及相关脑代谢组变化方面，比传统红细胞指数具有更高的预测准确性

《The Journal of Nutrition》：Novel Erythroid Indices have Better Prognostic Accuracy than Conventional Erythroid Indices for Early Diagnosis of Iron Deficiency and Associated Brain Metabolomic Changes in Nonhuman Primate Infants

Raghavendra B. Rao | Zhiyu Kang | Kathleen M. Ennis-Czerniak | Gabrielle R. Lubach | Eric F. Lock | Pamela J. Kling | Michael K. Georgieff | Christopher L. Coe

摘要

背景

血红蛋白（Hgb）在早期检测婴儿铁缺乏（ID）及相关脑代谢紊乱方面缺乏敏感性。新型红细胞指标在早期诊断铁缺乏和脑代谢组改变方面的有效性尚不清楚。

目的

使用非人灵长类动物模型，比较传统红细胞指标和新型红细胞指标在预测铁缺乏、贫血及脑代谢组改变方面的效果。

方法

在出生后2周以及2个月、4个月和6个月时，对摄入180毫克/千克铁饮食的母亲所生的雄性和雌性恒河猴婴儿的血清铁指标和红细胞指标进行了检测（n = 51）。在2个月和4个月时，对部分铁缺乏和铁供应充足的婴儿进行了脑脊液（CSF）代谢组分析（n = 10）。通过t检验、回归模型和典型相关分析（CCA）评估了这些指标在预测铁缺乏（转铁蛋白饱和度[TSAT] < 20%）、贫血（Hgb < 10 g/dL）和脑脊液代谢组变化方面的准确性。

结果

20%的婴儿（39.2%）发展为铁缺乏，其中13%（25.5%）进一步发展为贫血。在出生后2周，新型红细胞指标——未成熟网织红细胞比例、网织红细胞血红蛋白（RET-He）和Delta-He——在随后发展为铁缺乏的婴儿中发生了变化，这些指标与低血红蛋白血症（HYPO-He）和高血红蛋白血症（HYPER-He）红细胞一起，能够预测铁缺乏和贫血的未来发生概率（假阳性率[FDR] < 0.05）。Hgb直到2个月时才具有预测铁缺乏或贫血的能力。在各种红细胞指标中，Delta-He的预测能力最强，准确率为84%，与TSAT相当。CCA显示4个月时的脑脊液代谢组谱与2周（r=0.71）、2个月（r=0.82）和4个月（r=0.79）的红细胞谱之间存在相关性。平均红细胞血红蛋白和RET-He是2周和2个月红细胞谱与4个月脑脊液代谢组谱之间相关性的主要贡献因素。

结论

新型红细胞指标比传统指标更早地检测出婴儿铁缺乏、贫血和脑代谢组改变。

引言

婴儿期是铁缺乏（ID）的高风险时期，全球有40-50%的婴儿受到影响（1）。铁缺乏不仅是贫血最常见的原因，还会对发育中的大脑产生长期不良影响，即使通过铁治疗纠正贫血后也是如此（2, 3, 4）。动物模型表明，早期铁治疗对于预防早期铁缺乏引起的神经行为异常至关重要（5, 6）。此前，我们使用标准化的非人灵长类动物模型证明，传统用于人类婴儿贫血筛查的血红蛋白（Hgb）在早期预测铁缺乏及相关脑代谢组变化方面缺乏敏感性（8, 9）。相比之下，网织红细胞血红蛋白当量（RET-He）能够更好地预测铁缺乏及相关脑代谢组变化，其预测准确性可与血清铁指标相媲美（8, 9）。

除了RET-He之外，许多自动化血液分析仪还能提供网织红细胞和成熟红细胞（RBC）的数量、体积和Hgb含量的数据，并能识别总红细胞群体中细胞大小或Hgb含量异常的亚群（10, 11, 12, 13）。尽管这些新型红细胞指标的参考值已为人类婴儿确定（14, 15, 16, 17, 18, 19），但它们在临床实践中并未得到广泛应用。最近的研究表明，这些新型红细胞指标能够敏感地检测婴儿和成人铁缺乏引起的红细胞生成障碍，以及监测铁治疗的反应（16, 20, 21, 22, 23, 24）。然而，它们在早期检测婴儿铁缺乏引起的脑代谢紊乱方面的敏感性尚未得到验证。

本研究利用我们从标准化婴儿铁缺乏模型中获得的血液学和脑脊液（CSF）代谢组数据，比较了传统红细胞指标和新型红细胞指标在早期预测铁缺乏、贫血及铁缺乏引起的脑代谢组改变方面的表现。在该自然发病模型中，由于出生时铁储备低且母乳中铁含量不足以满足快速生长婴儿的需求，20-40%的婴儿在2至4个月大时发展为铁缺乏（8, 26）。铁缺乏会在4至6个月时发展为贫血。断奶后4-6个月内，随着婴儿开始摄入含铁固体食物，贫血会得到缓解；或者通过静脉铁治疗可以更快地纠正贫血（27）。然而，在Hgb恢复正常后，大脑仍会继续缺铁3-4个月（27, 28）。先前患有贫血的婴儿在1岁时表现出大脑皮层体积较小、白质髓鞘形成缓慢以及认知功能受损（29, 30）。先前的研究还表明，2个月时脑脊液（CSF）中已出现代谢组改变，这些改变在贫血缓解后仍持续存在（9, 31, 32, 33）。

章节摘录

研究对象

51只单胎、足月出生的恒河猴（Macaca mulatta；30只雄性和21只雌性）婴儿，由威斯康星大学麦迪逊分校的一个大型非人灵长类动物群体中的不同母亲通过自然阴道分娩产下，从出生起被前瞻性随访至6个月大。母亲和婴儿在标准化的饲养、饮食条件及环境丰富化环境中饲养（25, 26）。手稿中报告的所有实验程序均符合伦理要求。

结果

在这组从出生起被前瞻性随访至6个月大的51只婴儿中，20只（39.2%）在某个时间点符合铁缺乏的标准（TSAT < 20%）：2个月时7只，4个月时17只，6个月时14只。13只（25.5%）发展为贫血（Hgb < 10 g/dL）：2个月时2只，4个月时10只，6个月时9只。所有贫血婴儿在相应时间点的TSAT均< 20%，证实铁缺乏是病因。其中3只婴儿在4个月时出现严重贫血（MCV < 50 fL）。

讨论

我们对这种标准化非人灵长类动物模型中的红细胞谱分析表明，几种新型红细胞指标比传统红细胞指标更敏感，能够更早地检测出铁缺乏和贫血。网织红细胞衍生的指标比红细胞衍生的指标更早发生变化，是预测铁缺乏和贫血的更敏感的生物标志物。无论是传统指标还是新型指标，细胞血红蛋白化不足的标志物都更早受到影响。

作者对论文的贡献

RBR、MKG和CLC设计了研究；GRL和KME-C进行了研究；ZK和EFL分析了数据；RBR、PJK、MKG和CLC撰写了论文。RBR对最终内容负主要责任。所有作者均阅读并批准了论文。

数据共享

手稿中描述的数据和分析代码将在收到相应作者的书面请求后提供。

科学写作中关于生成式AI的声明

作者声明在撰写本文过程中未使用任何生成式AI或AI辅助技术。

资金来源

本研究由美国国立卫生研究院/Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与发展研究所（HD089989、HD080201、HD057064和HD39386）以及Sysmex America, Inc.（林肯郡）资助。Sysmex公司提供了Sysmex XN-V血液分析仪（型号XN-1000N）及所有试剂和其他材料。资助机构未参与研究设计、数据收集、数据分析或报告撰写，且对论文发表没有限制。

利益冲突

作者没有需要披露的利益冲突。