引用本文： 張帆, 宋琳, 韓鋒鋒. 代謝組學在肺部感染性疾病中的研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2024, 23(10): 741-744. doi: 10.7507/1671-6205.202303052 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國呼吸與危重監護雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
肺部感染是呼吸系統最常見的疾病之一，隨著老年人口及免疫功能低下宿主的增多，肺部感染尤其是社區獲得性肺炎（community-acquired pneumonia，CAP）的發病率逐年增多。肺部感染中致病病原體、宿主免疫狀態及機體免疫應答不盡相同，導致出現不同的臨床結局，部分重癥患者或高危人群中常出現較高的病死率[1]。對于高危人群如何盡快評估患者病情，區分出有重癥傾向或病情進展迅速的人群并盡早干預是有效控制肺炎病情、降低死亡率的關鍵所在。因此，社區獲得性肺炎的臨床管理，包括重癥肺炎如何早期識別、盡早明確病原體至關重要。目前臨床應用的病原檢測技術、生物標志物[2]、嚴重程度評分工具等存在滯后、特異性差等問題，因此探究新的技術應用于肺炎的臨床管理十分必要[3]。組學研究是近年來發展迅速的研究方向，在心血管疾病[4]、糖尿病[5]、腫瘤[6-7]、人類衰老[8]等研究領域都取得了重要研究成果。通過對基因組學、蛋白組學和代謝組學等數據進行整合分析，可以了解生物系統的基本狀態，通過整體分析反映人體組織器官功能和代謝狀態，為探索人類疾病的發病機制、評估疾病嚴重程度提供思路[9]。代謝組學能夠準確反映出機體當前病理生理狀態，已成為臨床研究和人類疾病診斷的研究熱點。
1 代謝組學概述
“代謝組學”這一概念是由英國皇家理工大學的Nicholson教授首次提出來的，是指對一個生物系統的細胞在給定時間和條件下所有小分子代謝物質的定量分析，從而定量描述生物內源性代謝物質的整體及其對內因和外因變化應答規律的科學[9]。它針對相對分子質量小于1 000的小分子代謝物，主要的生物樣本包括血清、尿液、肺泡灌洗液、腦脊液等體液，細胞或組織提取物甚至是生物組織[10]。代謝組學主要采用核磁共振氫譜（NMR）和質譜法（MS）進行檢測。其中超高效液相色譜/質譜聯用技術（UPLC/MS）可以高效、靈敏地檢測分析出樣本中的小分子化合物[11]，是代謝組學的常用研究工具。
2 代謝組學在不同病原體所致肺炎中的應用
2.1 細菌感染
一項對確診為細菌感染的發熱兒童（n =20）和確診為病毒感染的發熱兒童（n =20）的血漿樣本通過超高效液相色譜/質譜技術進行脂質組學分析發現：病毒感染組部分種類的甘油磷肌醇、鞘磷脂、溶血磷脂酰膽堿和膽固醇硫酸鹽含量高于細菌感染組，部分種類的脂肪酸、甘油磷膽堿、甘油磷絲氨酸、乳糖神經酰胺和膽紅素含量低于細菌感染組[12]，提示細菌和病毒感染后宿主脂質代謝可能存在不同。該研究提示通過脂質代謝分析可以區分細菌感染和病毒感染。Banoei Mohammad等[13]對150例細菌性社區獲得性肺炎患者的血漿進行分析，結果表明溶血磷脂酰膽堿和酰基肉堿含量的降低與細菌性CAP的死亡率升高顯著相關，并認為脂質代謝物與細菌性CAP患者90天死亡率、住院死亡風險、疾病嚴重程度密切相關。Arshad等[14]對29例CAP患者血漿脂質代謝組學分析，發現患者血漿磷脂濃度明顯降低，并隨臨床改善而逐漸恢復正常。其中降低幅度最大的是磷脂酰膽堿，其次是溶血磷脂酰膽堿。進一步利用金黃色葡萄球菌感染A549細胞和THP1細胞，發現磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰膽堿和鞘磷脂在細胞中也明顯下降。提示磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰膽堿在細菌感染宿主中含量降低，并與嚴重程度相關，可成為預測病情進展的指標。另一項基礎研究中，Slupsky等[15]分別對感染肺炎鏈球菌性肺炎和金黃色葡萄球菌性肺炎小鼠尿樣進行NMR分析，發現與對照組相比肺炎鏈球菌性肺炎小鼠間20種代謝物存在差異，其中馬尿酸鹽等15種不同程度降低，而乙醇胺等5種出現上升；在金黃色葡萄球菌性肺炎小鼠中發現苯乙尿酸等11種代謝物存在不同程度降低，并發現隨感染進程變化，代謝物含量也存在動態變化。由此可見，代謝組學，尤其脂質代謝組學，具有監測細菌性肺炎的疾病進展、評估患者預后甚至區分病原體的潛力，同時具有快速、創傷小的特點。
2.2 病毒感染
Chandler等[16]通過高分辨率代謝組學對H1N1病毒感染小鼠模型進行分析，發現流感病毒感染會引起色氨酸及其他氨基酸顯著變化，對嘌呤、嘧啶類、脂肪酸和甘油磷脂等通路也有廣泛影響。Tisoncik-Go等[17]對感染兩種不同亞型的H1N1流感病毒的雪貂氣管、肺組織進行LC-MS/MS、GC-MS分析顯示含有花生四烯酸和DHA的磷脂與炎癥反應相關，鞘磷脂與病毒復制免疫應答有關。由此可見，結合代謝組學的綜合分析可以揭示宿主的免疫反應和病毒感染所致肺損傷結局之間的關系，對疾病預后有重要的提示作用。另有一項研究利用人類冠狀病毒229E（HCoV-229E）感染宿主細胞并分析脂質代謝的變化，發現甘油磷脂和脂肪酸含量顯著升高，亞油酸到花生四烯酸的代謝軸明顯紊亂，表明宿主脂質代謝譜的變化與人致病性冠狀病毒的復制密切相關[18]。病毒感染可致宿主氨基酸、脂質等含量變化，機制涉及機體炎癥反應，具體機制仍待進一步研究。
隨著新型冠狀病毒COVID-19的全球大流行，許多學者也開展了針對COVID-19的代謝組學研究。Fraser等[19]研究發現，與健康對照組相比，COVID-19感染者尿氨酸、精氨酸、溶血磷脂酰膽堿含量存在顯著差異，精氨酸/犬尿氨酸的比值可作為獨立的判斷是否感染的指標，肌酐/精氨酸比值與新冠病毒感染后死亡率密切相關。另一項研究也發現代謝物和脂質改變與COVID-19患者的預后密切相關，與輕癥患者相比，死亡患者中血漿氨甲酰磷酸顯著下降[20]。一項回顧性研究對COVID-19住院患者血清、尿液進行代謝組學分析，發現COVID-19感染患者血清麥芽糖、甘露糖酸、木糖醇及甘油酸代謝物存在差異，月桂酸濃度升高可能與病毒感染嚴重程度相關[21]。該研究認為代謝組學有助于探索COVID-19感染背后的代謝改變，成為確定疾病診斷和預后的潛在生物標志物。Valdés等[22]學者對145例COVID-19患者進行代謝組學分析，發現COVID-19患者存在肉堿、酮體、脂肪酸、氨基酸等的代謝改變，并篩選出可用于判斷疾病嚴重程度的潛在生物標志物，如亞油酸、LPC（14∶0和18∶2）、LPE（22∶6）、犬尿氨酸、色氨酸。Jia等[23]學者的一項研究通過對COVID-19患者疾病不同階段進行靶向與非靶向代謝組學分析，發現精氨酸水平顯著降低，認為葡萄糖代謝改變與尿素循環失調可能與COVID-19疾病進展和嚴重程度有關。以上研究結果表明，COVID-19患者代謝組學改變主要集中在脂質代謝、葡萄糖代謝及氨基酸改變，疾病的病理生理機制仍有待于研究。非靶向代謝組學幫助無偏向篩選差異代謝物，非靶向代謝組學用于差異代謝物的發現和定量，二者結合使用，對代謝分子標志物進行深入研究和分析。目前研究結果證明病毒感染對脂質、氨基酸等代謝均造成影響，如何篩選出某個特定標志物是后續研究的重點。
2.3 非典型病原體及結核感染
Li等[24]在一項納入63例肺炎支原體肺炎兒童的研究中發現，甘油磷脂、鞘磷脂和脂肪酰基在肺炎支原體肺炎患者中顯著增加，這些代謝物主要參與甘油磷脂和鞘脂代謝。脂質代謝物在重癥肺炎支原體肺炎與輕癥肺炎支原體肺炎患者之間表達存在差異，且其水平與肺外并發癥的發生相關。Zhou等[25]采用核磁共振氫譜對結核患者的血清進行分析，發現結核患者存在17種代謝物水平的差異。與健康對照者相比，結核病患者血清樣本中1-甲基組氨酸、乙酰乙酸、丙酮、谷氨酸、谷氨酰胺、異亮氨酸、乳酸、賴氨酸、煙酸鹽、苯丙氨酸、丙酮酸和酪氨酸含量增加，而丙氨酸、甲酸鹽、甘氨酸、甘油磷脂酰膽堿和低密度脂蛋白含量降低。該研究揭示了結核患者血清的代謝特征，表明基于核磁共振氫譜的代謝組學或可發展成為結核病診斷及療效監測的新型臨床工具。在另一項對結核患者與糖尿病、社區獲得性肺炎和惡性腫瘤的代謝譜進行對比分析中發現，結核患者血漿中酮體、乳酸和丙酮酸水平高于健康對照，但低于CAP和惡性腫瘤患者，提示結核分枝桿菌感染的代謝譜具有一定的特異性[26]。一項研究通過對健康者、結核分枝桿菌潛伏感染者、未治療患者及不同治療階段患者進行非靶向代謝組學分析，發現差異代謝物主要集中在谷胱甘肽代謝等途徑，為預測結核分枝桿菌感染及治療結局提供思路[27]。非典型病原體感染所致肺炎和結核感染均存在培養分離病原體困難、檢出率低、周期長等特點，目前代謝組學已顯示出其應用潛力，期待更多的更大樣本人群的研究，發現相對特異性的新型生物標志物，更好的用于非典型病原體和結核感染的診斷，區別病原體。
3 代謝組學在鑒別重癥肺炎與非重癥肺炎中的應用
在肺炎的臨床診療過程中早期識別危重患者，盡早干預診療對肺炎患者預后至關重要。已有研究表明重癥肺炎與非重癥肺炎患者間存在代謝組學的差異。Laiakis等[28]通過對11個患有急性肺炎岡比亞兒童的血液和尿液樣本進行代謝組學分析，發現尿酸、次黃嘌呤和谷氨酸含量較高，色氨酸和二磷酸腺苷含量較低，提示代謝組學分析有助于區分重癥肺炎和非重癥肺炎，識別危重患者。To等[29]對142例CAP患者和97例非CAP患者的血漿樣本采用非靶向代謝組學分析，確定了13種脂質代謝物可能被用作CAP的快速診斷或判斷預后：CAP組的糖鞘磷脂、鞘磷脂、溶血磷脂酰膽堿和1-棕櫚酰肉堿水平高于非CAP組，溶血磷脂酰乙醇胺水平低于非CAP組。與非致死性CAP患者相比，致死性CAP患者三己基神經酰胺（d18:1/16:0）水平較高，溶血磷脂酰乙醇胺水平較低。Seymour等[30]通過非靶向質譜分析患病90天內死亡的CAP患者組和未死亡的CAP患者組的血液樣本，發現了早期肺炎患者體內代謝通路中小分子物質水平差異，其中70種代謝物存在明顯差異，涉及氨基酸、核酸、能量、膽酸、固醇等代謝機制。Ning等[31]研究納入了119例CAP患者，利用非靶向超高效液相色譜-串聯質譜（LC-MS/MS）代謝組學分析發現CAP患者與對照組之間代謝特征有顯著差異，在CAP患者中發現15種代謝產物明顯失調，主要涉及鞘脂、精氨酸、丙酮酸和磷酸肌醇代謝通路。代謝組學可以用于揭示CAP過程中的代謝改變，建立與疾病嚴重程度相關的代謝物特征。另一項研究[32]采用靶向脂質組學分析，測定CAP患者血樣中磷脂酰膽堿（PC）、溶血磷脂酰膽堿（LPC）、磷脂酰乙醇胺（PE）和溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）的濃度，利用基因表達綜合數據庫（GEO）評估Lands循環中關鍵酶的基因表達水平，并采用實時定量聚合酶鏈反應（qRT-PCR）進行驗證，顯示CAP患者LPC水平明顯降低，PE水平、PC/LPC、PE/LPE比值明顯升高（P<0.05）。該研究證明血清LPC或PE水平以及PC/LPC比值聯合CURB-65是預測CAP患者病情嚴重程度和30天死亡率的有效生物標志物。上述研究顯示氨基酸、核酸、能量等代謝途徑中多種代謝產物在重癥肺炎與非重癥肺炎中存在差異，為CAP的代謝組學研究奠定了基礎。已有部分研究證實某些可預測病情嚴重程度的生物標志物，但仍需更多的重癥肺炎臨床研究揭示和證明CAP重癥患者代謝組學的特征，以便更好地優化CAP患者的診治流程，降低病死率。
代謝組學作為一門新興學科，近年來在疾病診斷、生物標志物發現、藥物研發、農業研究等領域展現出重要價值。代謝物及其水平直接反映細胞或組織潛在的生化活動和狀態，準確傳達機體表型信息。隨著對疾病理解的深入，代謝組學研究可以揭示生理和病理狀態下的代謝特征，找到疾病相關新型生物標志物，為診斷和預測疾病提供依據。肺部感染性疾病病原體檢測困難，病情復雜變化快，常通過病原培養、支氣管鏡及二代基因測序等方法協助診斷。代謝組學技術找出不同病原體、不同病情嚴重程度的差異代謝物，提供了更快速、更簡便、創傷更小的檢測手段，將成為診治肺部感染性疾病的有力工具。同時由于其反映終端代謝物的特點，必然受到藥物應用、合并癥等因素的影響，對檢測結果存在一定干擾。目前大樣本和不同樣本代謝組學研究對代謝物檢測的準確度和重復性也有較高要求。此外，部分研究所涉樣本量有限，得出結論能否廣泛應用于臨床仍有待考量。技術飛速發展，代謝組學在肺部感染性疾病中的應用等待更多更深入的研究。
利益沖突：本研究不涉及任何利益沖突。
肺部感染是呼吸系統最常見的疾病之一，隨著老年人口及免疫功能低下宿主的增多，肺部感染尤其是社區獲得性肺炎（community-acquired pneumonia，CAP）的發病率逐年增多。肺部感染中致病病原體、宿主免疫狀態及機體免疫應答不盡相同，導致出現不同的臨床結局，部分重癥患者或高危人群中常出現較高的病死率[1]。對于高危人群如何盡快評估患者病情，區分出有重癥傾向或病情進展迅速的人群并盡早干預是有效控制肺炎病情、降低死亡率的關鍵所在。因此，社區獲得性肺炎的臨床管理，包括重癥肺炎如何早期識別、盡早明確病原體至關重要。目前臨床應用的病原檢測技術、生物標志物[2]、嚴重程度評分工具等存在滯后、特異性差等問題，因此探究新的技術應用于肺炎的臨床管理十分必要[3]。組學研究是近年來發展迅速的研究方向，在心血管疾病[4]、糖尿病[5]、腫瘤[6-7]、人類衰老[8]等研究領域都取得了重要研究成果。通過對基因組學、蛋白組學和代謝組學等數據進行整合分析，可以了解生物系統的基本狀態，通過整體分析反映人體組織器官功能和代謝狀態，為探索人類疾病的發病機制、評估疾病嚴重程度提供思路[9]。代謝組學能夠準確反映出機體當前病理生理狀態，已成為臨床研究和人類疾病診斷的研究熱點。
1 代謝組學概述
“代謝組學”這一概念是由英國皇家理工大學的Nicholson教授首次提出來的，是指對一個生物系統的細胞在給定時間和條件下所有小分子代謝物質的定量分析，從而定量描述生物內源性代謝物質的整體及其對內因和外因變化應答規律的科學[9]。它針對相對分子質量小于1 000的小分子代謝物，主要的生物樣本包括血清、尿液、肺泡灌洗液、腦脊液等體液，細胞或組織提取物甚至是生物組織[10]。代謝組學主要采用核磁共振氫譜（NMR）和質譜法（MS）進行檢測。其中超高效液相色譜/質譜聯用技術（UPLC/MS）可以高效、靈敏地檢測分析出樣本中的小分子化合物[11]，是代謝組學的常用研究工具。
2 代謝組學在不同病原體所致肺炎中的應用
2.1 細菌感染
一項對確診為細菌感染的發熱兒童（n =20）和確診為病毒感染的發熱兒童（n =20）的血漿樣本通過超高效液相色譜/質譜技術進行脂質組學分析發現：病毒感染組部分種類的甘油磷肌醇、鞘磷脂、溶血磷脂酰膽堿和膽固醇硫酸鹽含量高于細菌感染組，部分種類的脂肪酸、甘油磷膽堿、甘油磷絲氨酸、乳糖神經酰胺和膽紅素含量低于細菌感染組[12]，提示細菌和病毒感染后宿主脂質代謝可能存在不同。該研究提示通過脂質代謝分析可以區分細菌感染和病毒感染。Banoei Mohammad等[13]對150例細菌性社區獲得性肺炎患者的血漿進行分析，結果表明溶血磷脂酰膽堿和酰基肉堿含量的降低與細菌性CAP的死亡率升高顯著相關，并認為脂質代謝物與細菌性CAP患者90天死亡率、住院死亡風險、疾病嚴重程度密切相關。Arshad等[14]對29例CAP患者血漿脂質代謝組學分析，發現患者血漿磷脂濃度明顯降低，并隨臨床改善而逐漸恢復正常。其中降低幅度最大的是磷脂酰膽堿，其次是溶血磷脂酰膽堿。進一步利用金黃色葡萄球菌感染A549細胞和THP1細胞，發現磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰膽堿和鞘磷脂在細胞中也明顯下降。提示磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰膽堿在細菌感染宿主中含量降低，并與嚴重程度相關，可成為預測病情進展的指標。另一項基礎研究中，Slupsky等[15]分別對感染肺炎鏈球菌性肺炎和金黃色葡萄球菌性肺炎小鼠尿樣進行NMR分析，發現與對照組相比肺炎鏈球菌性肺炎小鼠間20種代謝物存在差異，其中馬尿酸鹽等15種不同程度降低，而乙醇胺等5種出現上升；在金黃色葡萄球菌性肺炎小鼠中發現苯乙尿酸等11種代謝物存在不同程度降低，并發現隨感染進程變化，代謝物含量也存在動態變化。由此可見，代謝組學，尤其脂質代謝組學，具有監測細菌性肺炎的疾病進展、評估患者預后甚至區分病原體的潛力，同時具有快速、創傷小的特點。
2.2 病毒感染
Chandler等[16]通過高分辨率代謝組學對H1N1病毒感染小鼠模型進行分析，發現流感病毒感染會引起色氨酸及其他氨基酸顯著變化，對嘌呤、嘧啶類、脂肪酸和甘油磷脂等通路也有廣泛影響。Tisoncik-Go等[17]對感染兩種不同亞型的H1N1流感病毒的雪貂氣管、肺組織進行LC-MS/MS、GC-MS分析顯示含有花生四烯酸和DHA的磷脂與炎癥反應相關，鞘磷脂與病毒復制免疫應答有關。由此可見，結合代謝組學的綜合分析可以揭示宿主的免疫反應和病毒感染所致肺損傷結局之間的關系，對疾病預后有重要的提示作用。另有一項研究利用人類冠狀病毒229E（HCoV-229E）感染宿主細胞并分析脂質代謝的變化，發現甘油磷脂和脂肪酸含量顯著升高，亞油酸到花生四烯酸的代謝軸明顯紊亂，表明宿主脂質代謝譜的變化與人致病性冠狀病毒的復制密切相關[18]。病毒感染可致宿主氨基酸、脂質等含量變化，機制涉及機體炎癥反應，具體機制仍待進一步研究。
隨著新型冠狀病毒COVID-19的全球大流行，許多學者也開展了針對COVID-19的代謝組學研究。Fraser等[19]研究發現，與健康對照組相比，COVID-19感染者尿氨酸、精氨酸、溶血磷脂酰膽堿含量存在顯著差異，精氨酸/犬尿氨酸的比值可作為獨立的判斷是否感染的指標，肌酐/精氨酸比值與新冠病毒感染后死亡率密切相關。另一項研究也發現代謝物和脂質改變與COVID-19患者的預后密切相關，與輕癥患者相比，死亡患者中血漿氨甲酰磷酸顯著下降[20]。一項回顧性研究對COVID-19住院患者血清、尿液進行代謝組學分析，發現COVID-19感染患者血清麥芽糖、甘露糖酸、木糖醇及甘油酸代謝物存在差異，月桂酸濃度升高可能與病毒感染嚴重程度相關[21]。該研究認為代謝組學有助于探索COVID-19感染背后的代謝改變，成為確定疾病診斷和預后的潛在生物標志物。Valdés等[22]學者對145例COVID-19患者進行代謝組學分析，發現COVID-19患者存在肉堿、酮體、脂肪酸、氨基酸等的代謝改變，并篩選出可用于判斷疾病嚴重程度的潛在生物標志物，如亞油酸、LPC（14∶0和18∶2）、LPE（22∶6）、犬尿氨酸、色氨酸。Jia等[23]學者的一項研究通過對COVID-19患者疾病不同階段進行靶向與非靶向代謝組學分析，發現精氨酸水平顯著降低，認為葡萄糖代謝改變與尿素循環失調可能與COVID-19疾病進展和嚴重程度有關。以上研究結果表明，COVID-19患者代謝組學改變主要集中在脂質代謝、葡萄糖代謝及氨基酸改變，疾病的病理生理機制仍有待于研究。非靶向代謝組學幫助無偏向篩選差異代謝物，非靶向代謝組學用于差異代謝物的發現和定量，二者結合使用，對代謝分子標志物進行深入研究和分析。目前研究結果證明病毒感染對脂質、氨基酸等代謝均造成影響，如何篩選出某個特定標志物是后續研究的重點。
2.3 非典型病原體及結核感染
Li等[24]在一項納入63例肺炎支原體肺炎兒童的研究中發現，甘油磷脂、鞘磷脂和脂肪酰基在肺炎支原體肺炎患者中顯著增加，這些代謝物主要參與甘油磷脂和鞘脂代謝。脂質代謝物在重癥肺炎支原體肺炎與輕癥肺炎支原體肺炎患者之間表達存在差異，且其水平與肺外并發癥的發生相關。Zhou等[25]采用核磁共振氫譜對結核患者的血清進行分析，發現結核患者存在17種代謝物水平的差異。與健康對照者相比，結核病患者血清樣本中1-甲基組氨酸、乙酰乙酸、丙酮、谷氨酸、谷氨酰胺、異亮氨酸、乳酸、賴氨酸、煙酸鹽、苯丙氨酸、丙酮酸和酪氨酸含量增加，而丙氨酸、甲酸鹽、甘氨酸、甘油磷脂酰膽堿和低密度脂蛋白含量降低。該研究揭示了結核患者血清的代謝特征，表明基于核磁共振氫譜的代謝組學或可發展成為結核病診斷及療效監測的新型臨床工具。在另一項對結核患者與糖尿病、社區獲得性肺炎和惡性腫瘤的代謝譜進行對比分析中發現，結核患者血漿中酮體、乳酸和丙酮酸水平高于健康對照，但低于CAP和惡性腫瘤患者，提示結核分枝桿菌感染的代謝譜具有一定的特異性[26]。一項研究通過對健康者、結核分枝桿菌潛伏感染者、未治療患者及不同治療階段患者進行非靶向代謝組學分析，發現差異代謝物主要集中在谷胱甘肽代謝等途徑，為預測結核分枝桿菌感染及治療結局提供思路[27]。非典型病原體感染所致肺炎和結核感染均存在培養分離病原體困難、檢出率低、周期長等特點，目前代謝組學已顯示出其應用潛力，期待更多的更大樣本人群的研究，發現相對特異性的新型生物標志物，更好的用于非典型病原體和結核感染的診斷，區別病原體。
3 代謝組學在鑒別重癥肺炎與非重癥肺炎中的應用
在肺炎的臨床診療過程中早期識別危重患者，盡早干預診療對肺炎患者預后至關重要。已有研究表明重癥肺炎與非重癥肺炎患者間存在代謝組學的差異。Laiakis等[28]通過對11個患有急性肺炎岡比亞兒童的血液和尿液樣本進行代謝組學分析，發現尿酸、次黃嘌呤和谷氨酸含量較高，色氨酸和二磷酸腺苷含量較低，提示代謝組學分析有助于區分重癥肺炎和非重癥肺炎，識別危重患者。To等[29]對142例CAP患者和97例非CAP患者的血漿樣本采用非靶向代謝組學分析，確定了13種脂質代謝物可能被用作CAP的快速診斷或判斷預后：CAP組的糖鞘磷脂、鞘磷脂、溶血磷脂酰膽堿和1-棕櫚酰肉堿水平高于非CAP組，溶血磷脂酰乙醇胺水平低于非CAP組。與非致死性CAP患者相比，致死性CAP患者三己基神經酰胺（d18:1/16:0）水平較高，溶血磷脂酰乙醇胺水平較低。Seymour等[30]通過非靶向質譜分析患病90天內死亡的CAP患者組和未死亡的CAP患者組的血液樣本，發現了早期肺炎患者體內代謝通路中小分子物質水平差異，其中70種代謝物存在明顯差異，涉及氨基酸、核酸、能量、膽酸、固醇等代謝機制。Ning等[31]研究納入了119例CAP患者，利用非靶向超高效液相色譜-串聯質譜（LC-MS/MS）代謝組學分析發現CAP患者與對照組之間代謝特征有顯著差異，在CAP患者中發現15種代謝產物明顯失調，主要涉及鞘脂、精氨酸、丙酮酸和磷酸肌醇代謝通路。代謝組學可以用于揭示CAP過程中的代謝改變，建立與疾病嚴重程度相關的代謝物特征。另一項研究[32]采用靶向脂質組學分析，測定CAP患者血樣中磷脂酰膽堿（PC）、溶血磷脂酰膽堿（LPC）、磷脂酰乙醇胺（PE）和溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）的濃度，利用基因表達綜合數據庫（GEO）評估Lands循環中關鍵酶的基因表達水平，并采用實時定量聚合酶鏈反應（qRT-PCR）進行驗證，顯示CAP患者LPC水平明顯降低，PE水平、PC/LPC、PE/LPE比值明顯升高（P<0.05）。該研究證明血清LPC或PE水平以及PC/LPC比值聯合CURB-65是預測CAP患者病情嚴重程度和30天死亡率的有效生物標志物。上述研究顯示氨基酸、核酸、能量等代謝途徑中多種代謝產物在重癥肺炎與非重癥肺炎中存在差異，為CAP的代謝組學研究奠定了基礎。已有部分研究證實某些可預測病情嚴重程度的生物標志物，但仍需更多的重癥肺炎臨床研究揭示和證明CAP重癥患者代謝組學的特征，以便更好地優化CAP患者的診治流程，降低病死率。
代謝組學作為一門新興學科，近年來在疾病診斷、生物標志物發現、藥物研發、農業研究等領域展現出重要價值。代謝物及其水平直接反映細胞或組織潛在的生化活動和狀態，準確傳達機體表型信息。隨著對疾病理解的深入，代謝組學研究可以揭示生理和病理狀態下的代謝特征，找到疾病相關新型生物標志物，為診斷和預測疾病提供依據。肺部感染性疾病病原體檢測困難，病情復雜變化快，常通過病原培養、支氣管鏡及二代基因測序等方法協助診斷。代謝組學技術找出不同病原體、不同病情嚴重程度的差異代謝物，提供了更快速、更簡便、創傷更小的檢測手段，將成為診治肺部感染性疾病的有力工具。同時由于其反映終端代謝物的特點，必然受到藥物應用、合并癥等因素的影響，對檢測結果存在一定干擾。目前大樣本和不同樣本代謝組學研究對代謝物檢測的準確度和重復性也有較高要求。此外，部分研究所涉樣本量有限，得出結論能否廣泛應用于臨床仍有待考量。技術飛速發展，代謝組學在肺部感染性疾病中的應用等待更多更深入的研究。
利益沖突：本研究不涉及任何利益沖突。