膀胱过度活动症（Overactive Bladder, OAB）是一种以尿急为核心症状的临床常见综合征，常伴日间尿频和夜尿，严重影响患者生活质量，全球患病率高达11.8%–35.6%。目前，OAB诊断主要依赖主观症状评估和排除性检查，缺乏客观、快速的生物标志物，导致诊断延迟、误诊频发。

近日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院余燕岚教授、丁国庆教授团队联合浙江大学化学系邬建敏教授团队及杭州汇健科技有限公司，在国际知名期刊《Journal of Analysis and Testing》发表题为 “Accurate Urinary Diagnosis of Overactive Bladder via TELDI-MS-Based Screening and Multi-Omics Integration” 的研究论文。该研究将Tip-Enhanced Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry (TELDI-MS)平台与多组学分析、机器学习结合，开发了一种基于尿液代谢指纹的无创OAB诊断新方法，仅需20 μL尿液，即可在数秒内完成检测，并在外部验证队列中实现高达97.9% 的OAB识别准确率（图1）。

图1. OAB标志物发现及诊断模型构建的工作流程示意图。

研究团队首先在大鼠OAB模型中进行了转录组与代谢组的整合分析，发现127个上调基因和83个下调基因，以及52个下调代谢物和16个上调代谢物。KEGG通路富集分析显示，这些差异特征主要涉及代谢、环境信息处理、生物系统和细胞过程四大类。联合通路分析进一步揭示，差异代谢物与基因共同参与氨基酸生物合成、蛋白质消化吸收等通路，为后续临床研究提供了明确方向。

在此基础上，研究团队利用自主研发的TELDI-MS平台，对520例临床尿液样本进行了非靶向代谢组学分析。在全部尿液样本中，研究团队可靠检测到222个峰（S/N>3），并筛选出19种在OAB人群中显著失调的代谢物（p<0.05），主要涉及氨基酸代谢通路。其中，牛磺酸是OAB患者中上调最显著的代谢物，而咪唑丙酸则下调最显著。值得注意的是，3-羟基邻氨基苯甲酸、尿酸、龙胆酸、脯氨酸、半胱氨酸、牛磺酸和水杨酸等7种代谢物在人体尿液中的变化方向与大鼠模型完全一致，展现了良好的跨物种一致性。

代谢物-代谢物相互作用网络分析及通路富集分析显示，牛磺酸和次牛磺酸代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢是扰动最显著的代谢通路。基因-代谢物相互作用网络进一步识别出676个参与差异代谢物代谢的基因，为理解OAB的病理机制提供了丰富线索。

图2. OAB表型中隐藏的失调生物学通路。a. 基于OAB相关代谢物的代谢物-代谢物相互作用网络。b 差异代谢物的网络分析显示代谢通路发生紊乱。c. OAB发病过程中扰动最显著的通路富集分析。

临床上，尿频尿急不仅见于OAB，也可见于尿路感染（UTI）、支原体感染（MI）等。研究采用逐步二元分类策略，构建了三步诊断模型：第一步区分有无泌尿系统疾病（UD vs. HC）；第二步筛查UTI；第三步诊断OAB，并与MI进行鉴别。在比较六种机器学习算法后，支持向量机（SVM）在准确率、F1分数、Kappa系数、精确率和召回率等指标上均表现最佳，因此被用于构建最终模型。

在内部验证队列中，模型对UD判别的灵敏度为96.1%，特异性为96.4%；90.9%的UTI患者和全部尿常规阴性患者被正确识别；所有OAB患者均成功与MI受试者分离。在独立的外部验证队列中（55例健康对照、52例OAB、11例UTI、13例MI），模型分类准确率分别为：健康对照94.5%、UTI 100%、MI 91.7%、OAB 97.9%。ROC曲线分析显示，各步判别的AUC值分别达到0.9677、0.9940和0.9894，所有组别灵敏度均超过90%，充分证明了模型的稳健性和泛化能力。

图3. 分层模型对外部测试集的判别结果。(A-C) 分别为第一步（A）、第二步（B）和第三步（C）预测的预测得分。（D）外部验证集中逐步预测的受试者工作特征（ROC）曲线。(E-G) 分别为第一步、第二步和第三步预测的混淆矩阵。

为了验证关键基因，研究团队在大鼠膀胱组织中进行了qRT-PCR和Western blot实验。结果显示，OAB组中APLN mRNA水平显著升高，ALDH18A1 mRNA水平显著降低，OPRD1 mRNA和蛋白水平均显著下降。此外，转录组分析提示AQP1异常表达，实验证实AQP1在OAB组中显著降低，且主要定位于尿路上皮。免疫荧光显示AQP1与UPK3共定位，进一步支持其在尿路上皮中的功能。

在机制层面，研究团队发现抑制ERK磷酸化可显著增加尿路上皮细胞中AQP1的表达，提示AQP1的变化受ERK磷酸化水平调控。然而，膀胱灌注AQP1抑制剂并未引起大鼠OAB症状，表明AQP1的调节可能是OAB的伴随现象，而上游磷酸激酶活性或其调控因素才是OAB病理的启动因素。这些发现为OAB的分子机制与潜在治疗靶点的挖掘提供了新见解。

图4. 代谢物相关候选基因验证的生物学实验。a-c. OAB模型和对照大鼠膀胱组织中代谢物相关基因的mRNA水平。d-e. Western blot检测大鼠膀胱组织OPRD1蛋白水平。f. 免疫组化验证OAB膀胱组织中AQP1的表达和定位；免疫荧光验证AQP1与UPK3共定位。g. Western blot分析LY294002或Tametinib处理24 h后SV-HUC-1细胞中AQP1的变化。h. RT-qPCR分析Tametinib处理24 h后SV-HUC-1细胞中AQP1 mRNA水平变化。

与传统诊断方法相比，本研究所采用的基于尿液代谢组的OAB诊断方法展现出显著优势：

· 样本量：仅需20 μL尿液，远低于传统方法的>20 mL；

· 安全性：完全无创，避免侵入性尿动力学检查；

· 速度：单样本检测仅需数秒，40分钟内可完成96份样本的高通量检测；

· 成本：单样本约5.2美元（含耗材、人工和芯片制备，不含仪器折旧）；

· 可靠性：基于客观代谢指纹，而非主观症状评估和排除性诊断。

这项研究不仅为OAB提供了一种快速、无创、高准确性的诊断工具，还通过多组学整合揭示了氨基酸代谢紊乱等病理机制，为OAB的临床管理和药物研发提供了新思路。未来，研究团队将开展多中心、前瞻性研究，进一步验证该技术的普适性和长期价值。

本研究受到国家自然科学基金（21874118、22274138）、浙江省重点研发计划（2025C02058）、浙江大学医学院医学交叉创新项目等资助。

汇健科技始终专注于MS-LOC高通量质谱技术的创新研发，构建了基于尿液、唾液、呼气等无创样本的多组学研究平台。通过整合前沿质谱技术与人工智能算法，我们为临床诊疗和科研探索提供了革命性的无创组学解决方案，助力精准医疗实现从"有创"到"无创"的跨越式发展！

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