[背景]心房颤动(房颤)是临床上最常见的心律失常之一,可诱发多种并发症,如降低患者心功能、血栓栓塞,甚至致死——房颤患者的病死率是非房颤患者的2倍。房颤的发生和维持机制复杂,是心律失常领域尚未攻克的顽疾,其复发、预后及起始因素曾被报道与炎症、凝血等因素相关,但目前尚无公认的特异性生物标志物能辅助诊断或预测房颤的转归。最近研究认为房颤引起了心房代谢重构,并因此导致氧化应激产物的增多,心房电活动传导不均一继而出现心房代谢重构。代谢组学主要通过研究生物体中一套完整的小分子,致力于理解正常或疾病状态下的生物过程,可作为一种工具应用于生物标志物的发现,可以为房颤的机制及诊断提供有效的信息。[目的]基于液相色谱-正离子电喷雾电离串联质谱法,通过代谢组学分析深度挖掘可用于房颤诊断的新型生物学标志物。[方法]1)样本收集与保存:于2015年5月至2016年3月在中国医学科学院阜外医院收集房颤及非房颤患者血液及心耳样本。根据手术原则,术中采集心耳样品。心耳采集后置于冰上切碎,转移到冻存管,液氮淬灭后存储于-80℃冰箱直到使用时取出。患者入院早晨空腹使用EDTA抗凝管采血,采血后立即离心,取上清于-80℃冷冻保存。2)代谢组学分析:血浆采用乙腈萃取法,心耳采用2步萃取法,使用液相色谱-阳性离子电喷雾电离串联质谱法对样本进行检测,得到血浆及心耳组织样本代谢物原始数据文件。3)数据分析:将数据归一化后应用Simca-P 13.0软件进行多元统计分析(包括主成分分析、偏最小二乘法分析和正交-偏最小二乘法)对所有样本进行主成分分析。结合正交-偏最小二乘法第一主成分的VIP值、Student’s T检验(P<0.05)探求差异的代谢物。然后通过热图分析进一步研究代谢物和样本之间的相似关系,聚类软件为R语言。关联分析用于计算代谢物和代谢物之间的相关系数,采用方法为皮尔森相关系数,关联性矩阵用R语言的corO函数进行计算,并绘制代谢物关联热图。基于KEGG代谢通路构建代谢物之间的关系,富集分析采用metaboanalyst进行。得到差异代谢物的同时用ROC曲线评判潜在生物标记物(SPSS 22.0),并以ROC曲线下面积(AUC)评估生物标记物的灵敏度和特异度。[结果]本研究共纳入165例患者,其中房颤组49人,对照组116人。共收集到心耳组织60例(房颤组:30例;对照组:30例),血浆样品163例(房颤组:48例;对照组:115例)。经分析后,心耳样品和血浆样品分别获得了 262个和361个代谢物;通过进一步筛选,我们在心耳组织中得出24种代谢物,血浆中得出24种代谢物适合作为房颤差异代谢物(VIP≥1,P≤0.05)。其中5种代谢物在血浆及心耳组织中共同存在,这5种代谢物分别是肌酐、D-谷氨酸、胆碱、次黄嘌呤以及烟酰胺(VIP≥1.5,P<0.01,FDR<0.05),并被认为是房颤患者的特征性差异代谢物。由此富集代谢途径后得出,D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢途径是房颤患者的特征性代谢途径。在血浆样品中,由D-谷氨酸、肌酐和胆碱组成的联合生物标记物得到了 0.927(95%CI:0.875-0.979,P<0.001)的AUC值,其敏感度为90.5%,特异度为83.3%,被认为是区分房颤和非房颤患者的联合生物标志物。[结论]代谢组学技术可以作为一种有效的工具筛选生物标志物。D-谷氨酸、肌酐和胆碱组成的联合生物标志物可以很好的预测房颤的发生。谷氨酰胺和谷氨酸代谢途径的改变可能与房颤发生的潜在机制相关。