2022年1月，广州市妇女儿童医疗中心徐开寿教授课题组在Journal of Proteome Research（IF: 4.466）发表论文“Plasma Metabolomic Changes in Children with Cerebral Palsy Exposed to Botulinum Neurotoxin”,使用非靶代谢组学技术（由吉凯基因提供）对注射BoNT-A的儿童脑性瘫痪(Cerebral palsy, CP)患者的血浆样本进行了代谢谱分析，探讨BoNT-A在儿童CP患者注射前及1、3、6个月的系统性代谢作用特点。
研究背景
脑性瘫痪是一组以运动和姿势障碍为特征的静态、非进行性脑损害，是儿童最常见的肢体残疾。现有证据表明，肉毒杆菌神经毒素A（BoNT-A）可以通过抑制受影响肌肉的神经肌肉连接中乙酰胆碱的释放，安全而有选择性地减少痉挛，但代谢物的动态变化如何影响作用时间尚不清楚。
实验设计
4个时间点；BoNT-A注射前及注射后1、3、6个月，每个时间点30例血浆样本，共计120例。
研究结论
1. 受试者的临床基线特征
共有91名儿童参与本研究，其中22名儿童在多个采样时间点提供血浆样本，共计120例血浆样本。各时间点的受试者临床特征如图所示。在BoNT-A注射前，GMFCS I级、II级和III级的比例分别为46.67%、20%和26.67%。注射1个月后，GMFCS I-II型患儿的比例显著增加至56.67%和26.67%，而GMFCS III型患儿的比例显著降低至13.33%。在注射BoNT-A后，粗大运动功能评定得分在不同时间点有不同程度的提高。采用改良Ashworth量表和改良Tardieu量表测量肌肉痉挛，TP2组和TP3组均明显降低，TP1组和TP4组无显着差异。
2. 血浆样本的整体代谢组学分析
为了确保分析方法的稳健性，我们通过对所有样本进行主成分分析，对数据进行了全局检查，结果表明不同组别间区分明显。
为了确定 BoNT-A 注射如何改变痉挛性CP儿童的代谢组，对所有采样时间点的代谢组进行差异分析。本研究共鉴定了 354 种代谢物，其中 195 种在METLIN 数据库中有暂定的ID。39 种具有ID 的代谢物存在显著变化。利用雷达图以显示不同采样时间点变化显著的代谢物。结果表明，注射BoNT-A 1个月后，核糖、酪氨酸、琥珀酸和羟基脲水平显著升高。丙酮酸和葡萄糖在注射3个月后下降最明显。然而，苯丙氨酸在这一时期显著上调。此外，核糖、葡萄糖酸内酯、丙酮酸和延胡索酸在注射6个月后起主要作用。
代谢物相关性分析结果以热图展示。结果表明，代谢物间主要呈正相关。此外，亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸在TP1和TP2之间具有很强的相关性(r= 0.70 ~ 0.95,p<0.05)。在TP1和TP3之间，棕榈酸与硬脂酸、反油酸和亚油酸(r= 0.84 ~ 0.89,p<0.05)、十四烷与反油酸、亚油酸和顺式二十碳-11-烯酸 (r= 0.73 ~ 0.80,p<0.05)以及塔格糖与β-丙氨酸 (r= 0.80,p<0.05)呈强正相关。在TP1和TP4之间，尿嘧啶与葡萄糖、塔格糖、β-丙氨酸和葡萄糖酸内酯 (r= 0.75 ~ 0.93,p<0.05)，塔格糖与丙酮酸和β-丙氨酸 (r=0.70和0.80,p<0.05)， 葡萄糖酸内酯与β-丙氨酸(r= 0.83,p<0.05)呈显著正相关。
5. 代谢途径与功能分析
代谢途径富集分析发现，TP1与其他组之间存在不同的代谢途径，包括TCA循环和甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢等。14条代谢途径在TP1和TP2之间有显著性差异，如丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，TCA循环，泛酸盐和辅酶a生物合成, β丙氨酸代谢。注射BoNT-A 6个月后，β-丙氨酸代谢、丁/酸代谢、TCA循环、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢起重要作用。
6. 网络分析
在TP1和TP2之间，22个不同丰度的代谢物分布的整个网络中，包括7个不同的途径和84个反应，两个独立的代谢物簇。同样，TP1和TP3、TP1和TP4之间的代谢物或代谢途径则大致聚集在一起。研究结果表明，功能代谢物簇在注射BoNT-A后有序改变，各簇内的代谢物表现出相关性。
本研究不同时间点共鉴定出354种代谢物，其中39种为显著性差异的代谢物(p<0.05, VIP > 1)。通过主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA) 揭示了不同时间点之间的明显区别，网络分析显示了功能代谢物的协同变化。总的来说，我们的研究结果发现，CP患儿注射BoNT-A后，血浆代谢产物发生了显著的动态变化。与能量消耗相关的代谢途径可能为研究BoNT-A的作用提供新的视角，甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢和半胱氨酸、蛋氨酸代谢可能与BoNT-A的作用时间有关。
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