摘要：根据世界卫生组织2020年全球结核病报告，估计2019年至少有80，000名儿童（特别脆弱的人群）患上结核性脑膜炎（TBM）--如果不治疗，这种疾病总是致命的--尽管这可能被低估了。随着我们最新技术的发展，随着各种"组学"学科的空前发展，大量关于传染病的新数据被创造出来。但是，我们对传染病的认识和理解还在努力跟上。代谢物提供了许多生物学信息，但它们所提供的见解可能很难推导出来。本文综述了TBM患者脑脊液（CSF）的代谢组学研究现状，并对已报道的代谢数据进行了整理。总体而言，CSF代谢组学研究已确定了表征TBM的五类代谢物：氨基酸、有机酸、核苷酸、碳水化合物和"其它"。从整体上看，本综述中给出的信息有助于促进假设生成的机制性作用，这将推动和指导TBM的未来研究。

关键词：脑脊液（CSF）;结核性脑膜炎（TBM）;代谢组学;代谢表征

结核病（TB）是人类的一种古老疾病，无需介绍。造成这种情况的细菌是结核分枝杆菌（M.结核病）-已感染人类数千年;在8000多年前的陶器前新石器时代C时期，在黎凡特人口中发现了这种细菌[1]。世界卫生组织（WHO）2020年全球结核病报告得出结论，2019年约有1000万人感染了该疾病[2]：56%为男性，32%为女性，12%为儿童（年龄〈15岁）。8个国家占这些病例的三分之二以上-印度（26%）、印度尼西亚（8.5%）、中国（8.4%）、菲律宾（6.0%）、巴基斯坦（5.7%）、尼日利亚（4.4%）、孟加拉国（3.6%）和南非（3.6%）。被认为结核病负担最重的地理区域几乎全部位于东南亚和撒哈拉以南非洲（图1）。

结核性脑膜炎（TBM）是由结核分枝杆菌引起的脑膜感染。结核这种细菌如何侵入中枢神经系统的确切机制仍有争议。然而，可以肯定的是，并且在文献中有详细记录的是，晚期TBM表现出非常严重的临床症状，并且通常被认为是TB的最严重表现。未经治疗，TBM总是致命的，即使治疗，死亡率和发病率也很高，尤其是在儿童中[3]。据报告，在高结核病环境中，约10%的儿童医院结核病例患有TBM [4]。因此，如果2019年全球12%的新发结核感染发生在儿童中，三分之二的发病率发生在结核病高负担地区[2]，则假设2019年至少有80，000名儿童发生TBM。然而，由于许多病例未被诊断，并且许多接受治疗的病例被认为未报告，因此TBM的全球负担估计变得复杂[3]。因此，2019年儿童TBM病例为80，000例可能被低估。

结核性脑膜炎国际研究联合会（TMIRC）是一个全球性的结核性脑膜炎专家网络，它承认结核性脑膜炎有许多方面需要更多的了解。2009年，该财团首次在南非开普敦召开会议，讨论与TBM有关的所有问题以及前进的道路。自2009年以来，TMIRC于2015年在越南大叻举行会议;2019年在印度勒克瑙;并于2020年在印度尼西亚万隆（虚拟）由TBM专家主持。这些会议导致TBM研究的复苏，相应的同行评审科学出版物数量的增长证明了这一点（图2）。2016年至2020年间，TMIRC共同撰写了15篇论文，其中回顾了TBM的历史和当前研究，确定了重要的知识差距，并确定了研究重点[3，5 -18]。关于TBM的一个明显的知识缺口是缺乏疾病的代谢特征。

此处的代谢表征是指根据代谢途径中断和代谢产物上调/下调来解释TBM。在生物化学的中心法则中，细胞中的DNA通过转录成mRNA来发送遗传信息，然后mRNA翻译这些信息来生成蛋白质。这些蛋白质通过激素和酶反应调节新陈代谢。代谢产物（低分子量化合物）是这些过程的最终产物，包含大量的生物信息，表现出极大的物理化学复杂性。代谢组学--研究生物系统中低分子量化合物的科学--使我们得以揭开TBM代谢信息的冰山一角。本综述确定并概述了文献中的CSF代谢组学研究，这些研究提供了可能有助于表征疾病的代谢信息。这种整合的代谢信息旨在促进假设生成的机制作用，以推动未来的TBM研究。

在PubMed中使用“结核性脑膜炎”和“代谢组学”的在线检索标准，截至2020年底，共检索到14条;其中11项研究[19-29]包含了人类CSF中TBM的代谢信息，并在本综述中进行了讨论。对这11项研究的进一步检查产生了另外3项关于TBM的CSF代谢组学研究[30-32]。使用检索标准“结核性脑膜炎”和标题和/或摘要中的“代谢”，在PubMed中进一步在线检索1990年至2020年，得到18个匹配项。对所有这些研究进行了检查，但只有4项[33-36]包含关于人CSF中TBM的代谢信息，也包含在本综述中。进一步检查这些来源的参考文献，发现另外8项研究包含人类CSF中TBM的代谢信息[37-44]。值得注意的是，PubMed显示20世纪50年代和60年代发表了大量关于TBM代谢/代谢方面的生化研究;但是，这些出版物的全文无法在网上查阅，而且大多数出版物不是英语本。此外，脂质组学（脂质靶向代谢组学）不包括在本综述中。

"代谢组学"一词于1998年由Oliver等人首次使用[45]，而实际术语"代谢组学"则于2001年由Oliver Fiehn首次使用[46]。代谢组学是一个多学科的科学领域，包括化学、生物学和统计学，以及生物化学、生物统计学和化学计量学。代谢组学背后的主要驱动力是使用高度复杂的分析仪器，其产生反映生物有机体和/或样品的代谢的丰富数据输出。代谢组学中使用的两个关键平台是核磁共振（NMR）光谱和质谱（MS），通常与色谱分离形式相结合，例如气相色谱（GC）或液相色谱（LC）。代谢组学中的科学方法可以是一种开放的、产生假设的方法，其中对代谢组的全局观点进行检查（称为非靶向方法），提供发现的描述，或者是一种通过先验的、假设驱动的议程（靶向方法）对代谢组的特定子集进行检查，提供机械见解。代谢组学在TBM中的应用已在过去的综述中进行了专门讨论-一个综述集中在NMR [47]，另一个综述集中在MS [48]，这两个综述都主张代谢组学将产生数据，改善对该疾病的现有知识。本综述整合了过去15年收集的关于TBM的CSF代谢组学数据。

涉及从患有TBM的人中采集的CSF的首批代谢组学研究之一是2005年的一项初步研究[30]，该研究比较了各种形式的脑膜炎病例与对照，以确定CSF代谢组学作为快速诊断脑膜炎的技术的可行性。Coen等[30]分析的23例脑膜炎病例的病原体为真菌（n = 1）、病毒（n = 11）和细菌（n = 9）;仅2例诊断为TBM。不幸的是，本研究中可用的TBM受试者不足，无法描述疾病特征。然而，这项工作的意义在于，它能够仅基于NMR代谢组学区分病毒性脑膜炎和其他形式（真菌性、细菌性和结核性）的脑膜炎。此外，Coen等人[30]报告NMR代谢组学快速，需要最少的样品制备，可被视为用于区分细菌性脑膜炎和病毒性脑膜炎的潜在诊断平台，从而为未来TBM的CSF代谢组学研究奠定了基础。

下一项涉及TBM的CSF代谢组学研究出现在10年后的2015年，这是代谢组学领域内首项关注TBM的人体研究[22];Mason等人[22]的这项研究是一项基于NMR的非靶向代谢组学研究，使用了南非人群中一个儿科（〈12岁）队列的CSF。在原始队列中，33例TBM病例与30例“患病”和43例“健康”年龄匹配对照进行了比较。剔除离群值后，为了使每组尽可能均匀，通过各种统计分析将17例TBM病例与19例“患病”和30例“健康”对照进行比较。在TBM病例中，最主要的分化CSF代谢物为葡萄糖降低（2.69 ± 1.22 mmol/L）和乳酸盐高度升高（7.36 ± 2.36 mmol/L）（见表1）。另外15种CSF代谢物被鉴定为具有TBM特征-即醋酸盐、柠檬酸盐、肌醇、肌酐和二甲砜降低，丙氨酸、赖氨酸、异亮氨酸/亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、丙酮酸盐、甲酸盐和胆碱升高。本研究的意义在于首次基于CSF代谢组学获得了TBM的代谢图谱。TBM的15种代谢物特征表明神经能量紊乱。因此，根据表达为“星形胶质细胞-小胶质细胞乳酸穿梭”（AMLS）的假设，提出了星形胶质细胞和小胶质细胞之间的联系。简单地说，这一假说认为，涉及能量相关代谢物的复杂级联通讯--从星形胶质细胞到小胶质细胞--是小胶质细胞驱动的对入侵M。结核另一个特征是使用两个对照组进行代谢表征-一个“患病”组（相同队列，但证实任何形式的脑膜炎均为阴性，尽管受试者患病时症状令人想起该疾病）和一个“健康”组（不同队列，疑似患有神经代谢疾病）。然而，经过详细研究，在这些患者中均未发现诊断为TBM的临床或生化证据。Mason等人[22]的研究有两个主要局限性：（1）重要的是要注意，这反映了许多CSF研究的共同局限性，即出于研究目的从健康个体中获取CSF样本是不道德的，尤其是儿科病例，因为通过腰椎穿刺采集CSF存在固有的健康风险。通过使用额外的（“健康”）对照组患者（根据其CSF代谢特征认为“正常”），部分克服了这一局限性。(2)未赋值变量（无法指定代谢物名称的NMR光谱区域）被确定为具有统计学显著性，但未进一步研究，因为这些未赋值变量不具有生物学值-即，它们与特定代谢物无关，因此无法从代谢方面对其进行讨论。因此，未评估潜在重要的生物学和/或诊断信息。

次年（2016年），另一项基于NMR的非靶向代谢组学研究在印度成年人（〉18岁）队列中进行。Chatterji等人[31]检查了TBM病例的CSF、血清和尿液，并将其与对照和细菌性脑膜炎（BM）病例进行了比较。在分析的83份CSF样本中，30份代表TBM，21份代表BM，22份代表对照。Chatterji等人对分组的NMR光谱数据采用了典型的非靶向代谢组学方法;然而，无监督主成分分析不能区分TBM病例与对照，也不能区分BM受试者。给出的理由是分箱可能会损害数据集的光谱分辨率。Chatterji等人[31]使用称为QUANTAS（人工信号定量）的内部软件方案，首先根据NMR光谱鉴别和定量26种代谢物，然后通过单变量统计、判别函数分析和多变量统计进行评估。这种代谢组学数据的方法是独特的，但鉴定了15种表征TBM的CSF代谢物。葡萄糖降低和乳酸升高是两种主要的分化代谢物。其他13种代谢物为肌醇、醋酸盐和3-羟基异戊酸盐降低，异亮氨酸、缬氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、异丁酸盐、2-羟基丁酸盐、肌酸、甘油磷酸胆碱和甲酸盐升高（表1）。这15种CSF代谢物归因于感染和神经炎症。其中，四种代谢物（葡萄糖降低和乳酸、丙酮酸和柠檬酸升高）的组合被确定为具有正确分类TBM的潜力。同样，使用三种代谢产物（3-羟基异戊酸、异丁酸和甲酸降低）的组合来区分TBM和BM。Chatterji等人[31]报告的重要性在于，这是第一项代谢组学研究，旨在表征来自成人TBM病例的三种不同生物液体的代谢特征，并区分TBM和BM。这也是第一项代谢组学研究，提示TBM的潜在诊断CSF生物特征，灵敏度和特异性分别为73.3%和80.7%。主要的局限性是参与者的HIV状态未知，并且通过比较TBM病例与神经学对照来进行TBM的代谢特征描述，神经学对照病例被证明为脑膜炎阴性，但有神经学症状，如偏头痛、小细胞性贫血、腰蛛网膜炎、颅神经麻痹、下肢轻瘫和轻偏瘫。此外，在所分析的三种生物液体中鉴别出的常见代谢物相对较少。Chatterji等人随后于2017年发表了一项类似的代谢组学研究[32];然而，将代表脑膜炎的所有代谢物置于单个实验组中;因此，没有一个结果可以直接归因于TBM。

2017年，在中国成人（15 - 70岁）人群中进行了一项非靶向NMR代谢组学研究，比较了TBM（n = 18）和病毒性脑膜炎（VM;n = 20）例[21]。关于这项审查，主要的局限性是没有与对照病例进行比较;因此，TBM不能被表征。另一个限制是仅分析了0.4 - 4.4ppm范围内的NMR光谱区域。因此，未考虑NMR光谱区域在7.0 - 9.0 ppm之间的所有芳香族化合物（例如，苯丙氨酸和酪氨酸）。Li et al. [21]鉴定了25种区分TBM与VM的CSF代谢物，TBM中VM-14（56%）增加，11种（44%）减少。在这25种代谢物中，根据VIP〉2和FC〉2或〈0.5的统计学截断标准，4种区分代谢物（甘氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺和丝氨酸）被确定为TBM与VM鉴别诊断的潜在生物标志物。正如Li等人[21]所述，本研究的意义在于TBM病例中碳水化合物（和脂质）代谢的显著变化表明神经能量和无氧代谢增加，这很可能与M.TB和宿主神经炎症反应。另一个优势是，这是第一项使用MetaboAnalyst 3.0（Example Domain（2021年9月20日访问））进行途径分析的TBM代谢组学研究，以突出受TBM影响最大的代谢途径。MetaboAnalyst (accessed on 20 September 2021)) to highlight the metabolic pathways most affected by TBM.主要局限性之一是许多代谢物的报告强度较低。已知NMR具有比其基于MS的分析对应物低得多的灵敏度;然而，基于Li等人[21]描述的CSF样本制备方法，CSF样本被稀释1.83倍，混淆了NMR灵敏度低的问题。其他局限性包括（1）脂蛋白被确定为显著，但由于使用了0.22 µ mol/L离心过滤器，因此样本中不应存在脂蛋白;（2）丙二酸和丙二酸盐-相同的代谢物-都被独立地鉴定为显著;和（3）环己烷和N，N-二甲基甲酰胺被确定为具有统计学显著性，但这些化合物的生物来源尚不清楚。

2017年还首次对TBM进行了基于GC-MS的代谢组学研究。Mason等人[25]使用靶向GC-MS方法分析了从南非儿科队列（〈12岁）采集的CSF中的氨基酸，该队列包括33例TBM病例和34例对照。共测定了29种氨基酸，但仅通过严格的质量控制程序才可接受。因此，在这15种氨基酸中检测到的任何变异均可归因于生物学变异（这应是任何代谢组学研究的重点），与分析方法的差异极小（可忽略不计）。这就是这项靶向代谢组学研究的优势[25]-严格的质量控制程序从分析方法中去除了任何显示出过多分析（不必要）变异的氨基酸。根据质量控制评估，5种氨基酸显示出良好的可靠性，因此确信其为重要的区分变量。这五种氨基酸是丙氨酸（TBM：77.3 ± 52 µmol/L，对照品：25 ± 9.5 µmol/L）、天冬酰胺（TBM：19.9 ± 14 µmol/L，对照品：5.3 ± 1.7 µmol/L）、甘氨酸（TBM：58.2 ± 31.7 µmol/L，对照品：24.4 ± 1.4 µmol/L）、赖氨酸（TBM：36.5 ± 25.2 µmol/L，对照品：14.5 ± 5.2 µmol/L）和脯氨酸（TBM：24.3 ± 25.8 µmol/L，对照品：1.8 ± 0.5微摩尔/升）。Mason等人[25]提供了对表征TBM的这五种氨基酸的一些见解;他们提出了与神经能量学（丙氨酸和天冬酰胺）、神经递质抑制（丙氨酸和甘氨酸）、脂质过氧化（赖氨酸）、谷氨酰胺-谷氨酸盐循环（脯氨酸和天冬酰胺）和CSF蛋白升高（脯氨酸）的一致性的联系。这五种氨基酸的共同因素是氨代谢和过量亚硝酸盐的清除[51]。

还使用来自人TBM病例的CSF样本进行了两项基于LC-MS的代谢组学研究。例如，Dai等人[19]检查了中国成年（〉18岁）人群中的50例TBM病例，并提供了广泛的统计输出;然而，没有与对照组进行比较，也就是说，TBM不能由这些数据表征。根据MetaboAnalyst途径分析结果，有7组主要的代谢物改变可将TBM与其他形式的脑膜炎（细菌性、病毒性和真菌性）区分开来-即氨基酸、脂质、脂肪酸、胆红素、胆汁酸和核苷。van Laarhoven等人[27]对印度尼西亚成年（〉18岁）TBM病例人群进行了更深入的LC-MS代谢组学研究。在33例TBM病例和22例对照的初始队列中，评估了351种CSF代谢物-TBM中250种增加，18种减少[27]。更仔细地观察TBM病例，确定16例为存活动物（1例存活动物因LC-MS结果异常而从分析中排除），17例为非存活动物。在存活动物中鉴别出13种代谢产物高于对照组，在非存活动物中的升高程度高于存活动物。在这13种代谢物中，类花生酸白三烯B4是非存活者增加最多的代谢物。葡萄糖和肌醇显示相反的趋势，存活者低于对照组，非存活者也低于存活者。发现非存活动物中的腐胺、胞苷和色氨酸低于对照组，存活动物中的腐胺、胞苷和色氨酸也低于非存活动物。Van Laarhoven等人[27]确定脑色氨酸代谢是该发现队列中TBM中上调最多的代谢途径之一，犬尿氨酸途径的下游代谢上调，但与生存无关。Van Laarhoven等随后在一个验证队列中检测了CSF色氨酸，该队列包括101例TBM病例和17例对照，并确定吲哚胺2，3-双加氧酶-IDO 1是一种催化色氨酸分解代谢第一个限速步骤的酶-在TBM患者中的表达高于脑外伤患者。基于发现和验证队列，对照组、非存活组和存活组的平均CSF色氨酸浓度分别计算为2.08 µ mol/L、1.11 µ mol/L和0.2 µ mol/L。Van Laarhoven等人[27]进一步进行了基因分型，并在来自发现和验证队列的133例TBM患者中的130例中鉴定了11个独立的数量性状基因座。在一个额外的随访遗传学验证队列中，包括285例TBM病例（HIV阴性），这11个独立的数量性状基因座，连同年龄和性别，被用于产生一个复合预后指数，该指数强烈预测TBM患者的生存率。因此，van Laarhoven等人[27]显示了与大脑色氨酸代谢和死亡率的遗传相关性。因此，色氨酸代谢在TBM结局中具有因果关系。这些研究提供的优势在于患者描述和随访、代谢组学和基因组学结果的结合以及两个单独TBM患者队列的验证。其局限性在于发现队列较小，样本中的许多变量没有注释，并且只检查了HIV阴性病例。此外，van Laarhoven等人[27]未发表表征TBM的代谢物的完整报告;因此，对这一审查适用性有限。

2019年,一个没有针对性NMR-based CSF对成年代谢组学研究中国人口(15 - 70岁),旨在确定TBM的代谢特征和标记[29]。120年,最初,脑脊液样本收集:TBM (n = 31), VM (n = 29), BM (n = 30)和控制(n = 30)。删除离群值后,100份脑脊液样本——TBM (n = 25), VM (n = 27), BM (n = 20)和控制(n = 29)统计分析。Zhang et al。[29]确定21 CSF代谢物,TBM的特征。增加乳酸和减少葡萄糖被指出是典型的TBM的代谢特征,也与疾病的发展和预后有关。其他19 CSF代谢物包括增加丙氨酸、异亮氨酸,缬氨酸,3-hydroxybutyrate, 3-hydroxyisobutyrate, 2-hydroxyisovalerate, 2-oxoglutarate,癸酸盐,异丁酸盐,摘要,和乙酰胺;和减少甲硫氨酸、甘氨酸丙酮酸、胆碱、肌醇、1,3-dimethylurate,肌酐,环己烷。Zhang et al。[29]还发现了23和6 CSF代谢物,杰出的TBM从VM和BM,分别。提供的意义研究Zhang et al。[29]确定TBM是潜在的生物标记物,类似于李et al。[21],前者由MetaboAnalyst研究采用路径分析。在讨论Zhang et al。[29],提供一些见解,进一步证实了TBM的代谢特征。一定的局限性,也类似于李et al。[21],是只有0.4 - -4.4 ppm NMR光谱区进行了分析,以及环己烷的生物性不能被识别。此外,与其他TBM代谢组学研究中,控制情况下基于临床症状疑似脑膜炎,但后来证明是meningitis-negative,代谢标记识别是公认的队列和需要与更大的群组研究中进行验证研究,测试他们的诊断价值。

在2015年NMR代谢组学研究的后续研究中，Mason等人于2020年再次使用非靶向NMR代谢组学对新的南非TBM儿童队列（〈12岁）进行了另一次代谢表征[28]。从103例疑似TBM病例和97例对照的原始缓存中，对样本进行严格过滤，仅分析了23例确诊TBM病例和33例对照。货车Zyl等人[28]进行的这项研究的优势在于采用了严格的质量保证步骤。使用24个质量控制（QC）样品，从分析中删除所有始终不可靠（变异系数大于50%）的NMR光谱区域。因此，仅保留高度可重复的数据用于统计分析。排除HIV状态为阳性或未知的所有病例（TBM和对照）。元数据筛选排除了表现出神经系统症状或任何全身性TB体征的对照病例，以获得尽可能接近正常的同质对照组。对于实验组，仅纳入最终诊断为明确TBM的病例[52]。“最正常”对照与“最严重”TBM病例的比较允许文献中TBM的最佳代谢表征之一。与所有其他基于NMR的CSF代谢组学研究一样，两种最具鉴别力的CSF代谢物是葡萄糖降低和乳酸盐高度升高。不考虑CSF葡萄糖和乳酸盐，TBM表征为18种具有统计学显著性的代谢产物（表1）：其中7种代谢物（丙氨酸、胆碱、异亮氨酸、肌醇、丙酮酸盐和缬氨酸）与Zhang等人[29]的研究一致，10种代谢物（乙酸盐、丙氨酸、胆碱、柠檬酸盐、肌酐、异亮氨酸、赖氨酸、肌醇、丙酮酸盐和缬氨酸）与Mason等人[22]的先前研究重叠。货车Zyl et al. [28]首次鉴定了与TBM相关的8种独特CSF代谢物（2-羟基丁酸盐、肉碱、肌酸、磷酸肌酸、谷氨酸盐、谷氨酰胺、胍基乙酸盐和脯氨酸），这些代谢物与TBM中不受控制的葡萄糖代谢、脯氨酸和肌酸代谢上调、解毒和谷氨酸-谷氨酰胺循环中断有关。因此，TBM的这些新特征性代谢物为我们理解该疾病提供了额外信息。货车Zyl等人[28]提出的假设是，TBM病例CSF中2-羟基丁酸酯水平升高，支持M.胰岛素抵抗和葡萄糖代谢失控的概念。结核病感染的大脑。不受控制的葡萄糖代谢导致葡萄糖不能进入细胞，随后导致细胞糖酵解减少和ATP剥夺，最终导致血脑屏障不稳定。货车Zyl等人[28]报告的主要局限性在于，几个未分配的变量有助于区分TBM与对照组-即，这些TBM病例的CSF代谢特征中可能仍存在一些未探索的生物学信息。

值得注意的是，只有货车Laarhoven等人[27]验证了他们的发现。本文报告的所有其他关于TBM的CSF代谢组学研究仍需验证。表2总结了当前文献中关注人类TBM的所有CSF代谢组学研究。可以看出，大多数CSF代谢组学研究是基于NMR的，并且每项研究的TBM病例数相对较少，这并不奇怪，因为与TB相比，TBM的发生率相对较低。

最后，Rodríguez-Núñez等人在1993年的一项早于代谢组学[35]的研究和2003年的一份报告中（技术上未使用术语“代谢组学”[36]）采用了靶向（类似代谢组学）LC-MS方法，以鉴别腺苷一磷酸、鸟苷、黄嘌呤和尿酸盐，这些是5例儿童TBM病例的特征;以及肌苷、黄嘌呤和尿酸盐，其特征在于9例儿科TBM病例。Rodríguez-Núñez等人[35，36]被纳入本综述，因为他们是唯一报告TBM中核苷酸的代谢研究。

CSF包含大量的代谢信息，可用于描述TBM。TBM的CSF代谢组学研究中一致出现的两种主要代谢标志物是CSF乳酸盐和CSF葡萄糖-如下所述。TBM的这两种主要代谢标志物通常主导疾病的NMR CSF代谢组学报告中的统计结果;因此，为了评估TBM的其它代谢标记物，通常需要除去它们。表1总结了CSF代谢组学研究鉴定的TBM特征代谢物。本综述的其余部分将通过提供TBM代谢特征的整体总结，重点关注表1中代谢数据的生物学背景。

过去，TBM病例中CSF乳酸盐升高被认为仅与缺氧相关。事实上，乳酸确实可以通过厌氧呼吸产生--丙酮酸转化为乳酸，在乳酸脱氢酶的催化下，NADH氧化为NAD+。然而，CSF乳酸盐的真正代谢作用才刚刚开始显现[24]，越来越多的证据支持CSF乳酸盐在神经病学中具有新的、多方面的认识[26]。CSF乳酸盐在TBM病例中的新作用之一是星形细胞-小胶质细胞乳酸盐穿梭（AMLS）。提出的穿梭意味着星形胶质细胞通过糖酵解产生高水平的乳酸盐，并且该乳酸盐通过穿梭系统转运到细胞外间隙并定向到小胶质细胞。小胶质细胞吸收乳酸盐，将其转化为丙酮酸盐，并立即在三羧酸循环和氧化磷酸化途径中使用它来产生ATP和产生自由基，例如过氧化氢，以帮助对抗入侵的病原体（M.结核）。

诊断价值

许多研究报告CSF乳酸盐可用于区分无菌性脑膜炎和细菌性脑膜炎。33项研究（1974-2008）的荟萃分析推测CSF乳酸盐临界值为3.885 mmol/L，以区分两种形式的脑膜炎[53]。另一项包含25项研究（1974-2008年）的荟萃分析表明，区分无菌性脑膜炎和细菌性脑膜炎的CSF乳酸临界值范围为2.1 - 4.44 mmol/L，其中12项研究的CSF乳酸临界值〈3.5 mmol/L，12项研究的相应临界值≥ 3.5 mmol/L [54]。虽然细菌性脑膜炎患者CSF乳酸盐的确切临界值仍存在争议，但细菌性脑膜炎病例的CSF乳酸盐水平明显异常升高。文献中关于TBM患者CSF乳酸盐水平的信息远比其他形式脑膜炎的信息有限。

然而，TBM中存在CSF乳酸盐升高并不新鲜，早期研究（如Donald和Malan于1985年进行的研究）已确定为显著升高[37]。PubMed列出了早在1948年的TBM病例的CSF生化研究，但这些报告的语言不确定（非英语）和/或无法在线获得;因此，不包括在本次审查中。文献中尚未确定区分TBM与正常参考范围或其他形式脑膜炎的TBM中CSF乳酸盐的明确临界值。表3列出了1985年至2020年发表的14项研究，这些研究报告了462例TBM病例的CSF乳酸值;根据这些数据，计算出加权汇总：TBM患者的平均CSF乳酸值为6.59 ± 2.89 mmol/L，范围为3.04-17 mmol/L。据报告，儿童和成人CSF乳酸盐的参考范围上限分别仅为2.2 mmol/L和2.7 mmol/L [50]。这表明即使TBM中CSF乳酸盐的范围下限（3.04 mmol/L）也大于参考范围上限。然而，由于CSF乳酸水平与TBM的进展相关，CSF乳酸水平随着TBM变得更严重而升高，并且与预后不良相关（通过格拉斯哥昏迷评分下降表明），因此分配TBM中CSF乳酸的临界值较为复杂[34]。尽管如此，基于现有研究的加权计算，TBM患者的CSF乳酸盐水平往往高于细菌性脑膜炎受试者，但确定TBM患者CSF乳酸盐的明确临界值需要进一步研究。

脑脊液中葡萄糖浓度降低和蛋白质水平升高长期以来一直是用于诊断TBM的两个生化指标。表3显示，TBM病例脑脊液葡萄糖加权平均值为1.88 ± 0.18 mmol/L，范围为1.6-2.69 mmol/L。这些标准基于11项研究，共来自758例TBM患者（主要归功于Solomons等人[43]报告的469例TBM病例）。儿科和成人CSF葡萄糖参考范围的下限分别为1.9 mmol/L和2.6 mmol/L [50]。因此，在TBM中，低但正常的CSF葡萄糖水平和异常低的CSF葡萄糖水平之间存在重叠。虽然CSF葡萄糖一直是TBM鉴别诊断中使用的主要代谢物，但“低”CSF葡萄糖水平的存在并不足够可靠，因为没有明确的临界值，“低”CSF葡萄糖仅表明糖酵解增加（即，能量产生增加）。比较表1和表3显示，这些CSF代谢组学研究中报告的CSF葡萄糖值（2.69 ± 1.22 mmol/L [22]、2.02 ± 0.79 mmol/L [29]和2.38 ± 1.19 mmol/L [28]）高于计算的加权平均值1.88 ± 0.18 mmol/L。Chatterji等[31]将葡萄糖报告为α-葡萄糖（1.84 ± 1.27 mmol/L）和β-葡萄糖（3.61 ± 3.06 mmol/L）。使用39：61的α：β比[55]，Chatterji等人[31]报告的26例成人TBM的总葡萄糖估计平均值为2.92 mmol/L-仍高于加权平均值。代谢组学研究中报告的CSF葡萄糖值高于其他报告的原因尚不清楚。众所周知，NMR是可靠的和可重复的，并且能够产生高度准确的绝对定量数据[56，57];因此，差异的原因不太可能在分析仪器中。

根据报告的TBM CSF乳酸盐研究，TBM病例中报告的正常CSF乳酸盐和异常高CSF乳酸盐浓度值之间存在明显区别。因此，在临床环境中，CSF乳酸盐应是比葡萄糖更准确的TBM诊断指标。

文献中仅报告了6项CSF代谢组学研究（截至2020年底），比较了TBM病例与对照组的CSF [22，25，27 - 29，31]，特别确定了表征TBM的具有统计学意义的代谢物（表2）。其中5项研究基于NMR，而Mason等人[25]进行了GC-MS靶向研究，仅报告了氨基酸。这6份CSF代谢组学报告中有3份涉及成人（〉18岁）-用于表征疾病的TBM病例数量分别为27 [27]、26 [31]和25 [29]。其他三项研究涉及17 [22]、33 [25]和23 [28]例TBM病例样本组的儿科患者（〈12岁，但不包括新生儿（〈6个月））。

本文综述的CSF代谢组学信息显示，除CSF乳酸盐和葡萄糖外，有5类主要代谢物表征TBM：氨基酸、有机酸、核苷酸、碳水化合物和“其他”（图3）。15种氨基酸（丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸、酪氨酸和支链氨基酸-异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸）表征TBM。据报告，与群体对照组相比，TBM病例中色氨酸和甲硫氨酸减少，12种氨基酸升高。所有这些氨基酸数据在成人和儿童人群中均相互支持。唯一的差异是，据报告，南非儿童TBM人群中甘氨酸升高[25]，而中国成人TBM人群中甘氨酸降低[29]。碳水化合物肌醇已被一致报道为在TBM中减少，而不受控制的葡萄糖代谢的副产物-2羟基丁酸酯增加。Rodríguez-Núñez et al. [35，36]使用LC-MS报告了4种核苷酸表征TBM-1，3-二甲基尿酸盐减少，肌苷、黄嘌呤和尿酸盐增加。本文回顾的表征TBM的6项CSF代谢组学研究中有5项是基于NMR的。应注意，尿酸盐在1H-NMR光谱中不可见，1 µmol/L通常是1H-NMR代谢组学中的定量限。因此，这些基于NMR的研究中没有一个能够确定这些核苷酸，除了黄嘌呤。已鉴定出11种表征TBM的有机酸：丙酮酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、甲酸盐、3-羟基丁酸盐、3-羟基异戊酸盐、2-羟基异戊酸盐、2-氧代谷氨酸盐、异丁酸盐、异戊酸盐和癸酸盐。与各自的群体对照组相比，关于这11种有机酸在TBM中是否增加/减少，研究之间存在一些差异。然而，总的趋势是，与正常参考范围相比，这11种有机酸中的大多数升高。最后，9种“其他”代谢物表征TBM：胆碱、肌酸酐、二甲基砜、乙酰胺、甘油磷酸胆碱、肌酸、磷酸肌酸、肉碱和胍基乙酸盐。这些“其他”代谢物沿着表征TBM的其他四类代谢物均与神经能量改变有关[24]。神经能量学在传染性疾病如TBM引起的慢性神经炎性疾病中的作用需要探索。对所有这些表征TBM的CSF代谢物的进一步检查应提供检验我们对该疾病的理解的假设，并启动对TBM的未来研究。

每个代谢组学分析平台（NMR、GC-MS、LC-MS）都提供了CSF代谢组学的独特视角[49]。当组合使用时（NMR + GC-MS、NMR + LC-MS、GC-MS + LC-MS），输出提供了支持给定代谢解释的补充数据。然而，当所有三种代谢组学分析平台一起使用时，可以观察到TBM诱导的CSF代谢组改变的更全面的视图，从而提供独特的见解。正如古老的成语所说，“整体大于各部分之和”。因此，我们建议在未来的TBM CSF代谢组学研究中采取更全面的方法，以提供更全面的假设。表征TBM的代谢标志物的相关性应与神经炎症和/或TBM进展的指标进行研究，例如CSF：血清白蛋白比，其是血脑屏障破坏的指标。此外，为了预测TBM的下游代谢效应并对其建模，还需要整合其他“组学”数据，如免疫学数据[20]。

还应注意的是，TBM的CSF代谢组学研究正在从发现新代谢物（在非靶向研究中）的概念验证、探索性阶段向一个时代发展，在这个时代，可以基于现有的非靶向代谢组学研究制定新的假设，并在验证队列中测试机制见解。此后，可以测试和验证作为TBM的鉴别指标的代谢标志物，以用于更早诊断和更快治疗，从而抑制该疾病。

Author Contributions: Conceptualization, S.M.; writing—original draft preparation, S.M. and R.S.; writing—review and editing, S.M. and R.S. Both authors have read and agreed to the published version of the manuscript.

Funding: This research received no external funding.

Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.

文章来源：Mason S, Solomons R. CSF Metabolomics of Tuberculous Meningitis: A Review. Metabolites. 2021 Sep 28;11(10):661. doi: 10.3390/metabo11100661. PMID: 34677376; PMCID: PMC8541251.