分享至
客户案例 | Cell Discov（IF=33.5）迄今最大队列发现补钙不能防止骨质疏松？
中医药是中华民族的瑰宝，振兴发展中医药已上升为国家战略，中医药在各种利好政策的助力下加速进入黄金发展期，预计到2025年市场规模将突破2.1万亿元。但是中医药的发展仍面临不少科学问题和技术难题。如临床疗效“说不清”、作用机理“讲不明”，导致中医药国际化面临困境。例如人口老龄化相关的骨质疏松症（Osteoporosis，OP）异质性特征非常强，现有的诊断措施不足以准确识别骨质疏松患者的骨折风险。
01. 中医表型组学强势破局(Chinmedphenomics)
面对这种形式，将传统医学与现代化技术相结合，出台完整、切实且客观的中医疗效判定标准成为流行趋势。王拥军教授等团队2022年于Phenomics期刊首次在国际上倡导建立中医表型组学（Chinmedphenomics），并论述了其“3P”理念，将中医学“从深奥的阴阳五行理论到中医临床应用”这个模式转变为使用现代化技术评判的模式（中医表型组学研究思路图见文末），以更好的适应现今倡导的个性化与精准医疗[1]。
理论提出的两年后，上海中医药大学王拥军、唐德志，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈洛南及广州实验室曾涛，2024年3月12日共同通讯在Cell Discovery（IF=33.5）在线发表题为“Multi-modal molecular determinants of clinically relevant osteoporosis subtypes”的研究论文完美应用中医表型组学鉴定的OP的临床分子分型，该研究基于中医阴阳理论指导历时5年建立迄今最大规模的单中心多组学OP前瞻性队列研究[2]。麦特绘谱为本研究提供Q300代谢组检测服务，又一次为大队列研究提供了精准稳健的技术保障。
图1. 中医表型组学来源（左），最新队列应用（右）
02. 最新应用：迄今最大规模骨质疏松队列研究
任何复杂的临床疾病研究简单来说可以概括为三步：是什么？为什么？有什么用？下面就由绘谱君带着这3个问题和您一起看看王拥军教授是如何开展骨质疏松症研究的。
研究思路图
是什么？
三观全景式图谱
OP患者在基因、代谢物和菌群等分子层面有哪些变化？基于现代化技术从微观层面研究中心法则的全面分子景观，作者通过利用基因组学、甲基化测序、代谢组学和宏基因组学技术，发现从正常到骨质减少，再到骨质疏松疾病异质性的多组学分子表型，整体差异表现为408个差异化SNP位点、10000个差异甲基化位点、188个差异代谢物<氨基酸、有机酸、短中长链脂肪酸等>和129个差异菌属<拟杆菌、双歧杆菌、艰难梭菌、链球菌等>。
图2. OP多组学设计和工作流程
图3. 与骨质疏松症及其亚型相关的代表性微生物群和代谢物特征
深度潜在空间融合算法（DLSF）
在获得OP患者的三观全景式图谱后，下一个问题则是在多组学数据集成中更好的分析出有效的疾病亚型，作者使用自己开发的深度学习模型-深度潜在空间融合算法（DLSF），发现OP宏观的核心临床指标区分度明显，并且在分子层面可以进一步分为两个组群。
图4. 利用深潜空间融合模型识别骨质疏松症的多模态亚型
三个时间点的纵向随访数据
OP患者分成两个组群后，前瞻性队列研究也正式进入到下一阶段，作者团队进一步随访两组在服用钙制剂后2年的骨密度变化（4年随访骨折风险结果见第二个问题），并结合中医阴阳表型组学思维模式，将随访结果进行归类，发现一组人群骨密度显著升高，而另一组人群几乎没有变化或骨密度进一步减低。
图5. 中医阴阳理论思维与现代化多组学技术结合
小结
至此我们可以回答第一个问题，骨质疏松症具体可以根据钙补充结局分成两种亚型，“临床干预相关的亚型”（clinical intervention relevant subtypes，CISs），其中对钙制剂使用敏感骨密度获益高的为CIS1型，即阳型；对钙制剂使用不敏感获益不显著的为CIS2型，即阴型。
为什么？
正反向中心法则互相验证OP亚型
确立阴阳分型后，下一步则是进一步解释其背后的机制基础。回答第1个问题时作者验证了DLSF算法是一种与中心法则顺序相一致的分子亚型发现方法。因此，回答第2个问题时，作者将通过反向生物学解释来表征亚型特征，先从临床宏观的表型参数进行分析，后通过算法分析表型相关分子特征（DAM）、多组学定量特征位点（xQTL）来表征表型相关基因型。
图6. 正反向中心法则互相验证示意图
阴阳分型背后的生物学机制
一方面，作者总结了正常、骨质减少和骨质疏松组SNP/SNV分布的差异，发现两种骨质疏松症亚型与其他组相比，其整体SNP模式有显著变化。另一方面，作者研究了两种骨质疏松亚型对应的xQTL模型，以推断基因型与分子表型之间的定量关联，并再次观察到了这两种亚型的共同分子特征和特异性分子特征。最后，根据4年的随访数据，作者发现这两种亚型有不同的骨折风险。
图7. 不同骨质疏松症亚型对应的xQTL的SNP/SNV偏好
小结
影响阴阳分组差异的分子生物学通路具体表现为：阳型OP组的分子响应活跃，Estrogen、AMPK等信号通路激活上调；阴型OP组则完全相反，钙信号通路呈现大规模抑制。
有什么用？
在回答前两个问题时，作者发现两种亚型具有2年随访骨密度和4年随访骨折风险的不同，作者进一步使用高效的DLSF分析提炼了OP发生发展的多组学景观和相应的新型多组学标志物（Multi-modal molecular Signatures，M3S），该研究利用M3S构建临床预测模型，其预测OP的准确率达到81.9%，预测骨折的精度达到73%，相关结论也在独立的骨质疏松队列（金山，n=166）中得到验证。
图8. M3S在骨质疏松症和骨折风险评估中的临床应用
全文总结
该研究利用大型队列现代化多组学数据，结合中医表型组学策略，通过自主开发的高效的DLSF分析，基于多组学景观和相应的M3S分子特征，确定了骨质疏松症中国人群的临床干预相关亚型（CISs），为OP的早期诊断和个性化治疗提供参考意义。
王拥军教授介绍，后续有望开发出血液预警诊断试剂盒，实现“一滴血防OP”、“一滴血防骨折”的目标，助力OP精准诊治体系建设。此外，研究后续还能指导适合人群钙剂补充，对于钙剂不敏感人群，团队也已经在开发相应中药制剂。
中医表型组学研究思路
中医表型组学是指以中医核心理念为根本，以大型人群队列为基础，采用多组学、生物信息学和人工智能等手段，从宏观、中观、微观水平上系统地、定性与定量结合地测定中医“证”与“病”发生发展全过程中的表型集合及中药干预下的转归机制，揭示中医现代科学内涵的一门学科。
图9. 中医表型组学研究思路
（图片来源：上海中医药大学附属龙华医院公众号）
参考文献
[1]Chinese Medicine Phenomics (Chinmedphenomics): Personalized, Precise and Promising. Phenomics, 2022.
[2]Multi-modal molecular determinants of clinically relevant osteoporosis subtypes. Cell Discovery, 2024.
绘谱帮你测
麦特绘谱开创性地搭建了医学领域高端代谢组学技术平台，覆盖了非靶向-全定量-代谢流等全方位的高端医学代谢组解决方案，同时全面布局微生物组学、转录组学和蛋白质组学等多组学技术服务，已成为全球多组学研究者的优选合作伙伴。麦特绘谱拥有Q1000，Q500、Q300、Q200和胆汁酸、短链脂肪酸、色氨酸及吲哚衍生物、多胺和TMAO类等各类小分子代谢物、非靶向代谢组学和同位素示踪代谢流技术等共40+系列检测方法；已为数百家三甲医院、科研院所和企业提供多组学解决方案，协助客户与合作伙伴发表SCI文章400+篇，累计影响因子4000+，平均IF＞10，包括Science, Nature, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Hepatology, Microbiome等顶级期刊。
END
