精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代，探索疾病的微小分子變化已成為診斷與治療的關(guān)鍵。糖尿病性白內(nèi)障作為糖尿病患者的常見并發(fā)癥，其術(shù)前精準(zhǔn)診斷對(duì)于降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、改善預(yù)后至關(guān)重要。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院眼科蘇蘊(yùn)副研究員、范先群教授、郭濤主任醫(yī)師與華東師范大學(xué)萬晶晶教授團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一種基于納米顆粒增強(qiáng)激光解吸電離質(zhì)譜（NELDI-MS）的新方法，僅需10納升（nL）淚液，在30秒內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)糖尿病性白內(nèi)障的精準(zhǔn)、無創(chuàng)診斷，并成功揭示了糖尿病性白內(nèi)障在眼表與眼內(nèi)獨(dú)特且密切相關(guān)的代謝重編程規(guī)律。

研究成果在線發(fā)表于 《Nature Communications》，華東師范大學(xué)博士研究生祁子衡、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院博士研究生王淼、主治醫(yī)師嚴(yán)晨熙為共同第一作者。萬晶晶教授、蘇蘊(yùn)副研究員、范先群教授、郭濤主任醫(yī)師為共同通訊作者。

直面痛點(diǎn)：追尋無創(chuàng)診斷的“金鑰匙”

淚液作為一種完全無創(chuàng)、易于獲取的眼部體液，蘊(yùn)含著豐富的疾病分子信息，是理想的無創(chuàng)診斷生物標(biāo)志物來源。然而，非刺激性淚液的量極少（單次僅微升級(jí)），且其中代謝物濃度低，對(duì)分析技術(shù)的靈敏度與通量提出了極高要求。傳統(tǒng)的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)所需樣本量大、前處理復(fù)雜、分析時(shí)間長，難以應(yīng)用于臨床淚液樣本的高通量檢測。

該研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，構(gòu)建了高性能的納米顆粒增強(qiáng)激光解吸電離質(zhì)譜平臺(tái)。該平臺(tái)利用自主研發(fā)的鐵納米顆粒作為基質(zhì)，將代謝物檢測的信號(hào)響應(yīng)提升了1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高通量（每個(gè)樣本檢測時(shí)間<30秒）、高靈敏度（檢測限低至0.1 ng）和高重復(fù)性，完美契合了痕量淚液代謝分析的需求。

基于NELDI-MS的淚液代謝指紋無創(chuàng)診斷糖尿病性白內(nèi)障

破壁而行：10納升淚液，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)診斷

利用該創(chuàng)新技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)168名白內(nèi)障患者（包括86名糖尿病性白內(nèi)障和82名單純年齡相關(guān)性白內(nèi)障）的淚液樣本進(jìn)行了分析。通過對(duì)淚液代謝指紋進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，成功構(gòu)建了一個(gè)僅包含三個(gè)關(guān)鍵代謝特征的診斷模型。該模型在驗(yàn)證隊(duì)列中表現(xiàn)出色，曲線下面積達(dá)到0.923，靈敏度為85.9%，特異性為82.0%。這意味著，僅需采集10納升淚液，即可在分鐘級(jí)別內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)糖尿病性白內(nèi)障的精準(zhǔn)、無創(chuàng)鑒別診斷。

深入機(jī)制：揭示眼表與眼內(nèi)的代謝“對(duì)話”

該研究深入探索糖尿病性白內(nèi)障的發(fā)生機(jī)制。為了對(duì)NELDI-MS篩選出的關(guān)鍵代謝特征進(jìn)行精準(zhǔn)鑒定，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了基于痕量樣本的快速二維信息特征匹配策略，成功將淚液中的診斷標(biāo)志物注釋為甘油-3-磷酸、9,10-DHOME、12,13-DHOME和N-乙酰神經(jīng)氨酸。這些代謝物與能量代謝、炎癥和氧化應(yīng)激密切相關(guān)。通過對(duì)匹配的房水樣本進(jìn)行分析，團(tuán)隊(duì)在眼內(nèi)發(fā)現(xiàn)了1,5-脫水葡萄糖醇作為糖尿病性白內(nèi)障的生物標(biāo)志物。相關(guān)性分析表明，眼表淚液與眼內(nèi)房水的代謝紊亂雖不相同，但密切相關(guān)。進(jìn)一步的細(xì)胞和離體晶狀體實(shí)驗(yàn)證實(shí)，1,5-脫水葡萄糖醇能夠通過上調(diào)抗氧化酶水平，顯著減輕高糖誘導(dǎo)的晶狀體氧化應(yīng)激和混濁，發(fā)揮了保護(hù)作用。這揭示了1,5-脫水葡萄糖醇水平降低可能是糖尿病性白內(nèi)障發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

1,5-脫水葡萄糖醇在高糖環(huán)境下對(duì)晶狀體的保護(hù)作用機(jī)制

該研究將高性能NELDI-MS技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，首次實(shí)現(xiàn)了基于痕量淚液代謝指紋的糖尿病性白內(nèi)障無創(chuàng)診斷，并建立了連接淚液與房水的代謝研究新策略，為疾病機(jī)制探索提供了新視角。

該方法具有無創(chuàng)、快速、樣本需求量極低、準(zhǔn)確性高的顯著優(yōu)勢，有望在未來轉(zhuǎn)化為一種適用于眼科門診的常規(guī)篩查工具，為實(shí)現(xiàn)糖尿病性白內(nèi)障的早期診斷、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和個(gè)性化治療提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)，該研究范式也可推廣至其他基于痕量體液的無創(chuàng)診斷研究領(lǐng)域，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。