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丙酮酸作为糖酵解与三羧酸循环的关键节点代谢物，其浓度变化正在成为多种疾病早期诊断和预后预测的重要生物标志物。2025-2026年多项研究揭示了丙酮酸在心血管疾病、神经系统疾病和肿瘤转移中的诊断价值。
一、丙酮酸：能量代谢的十字路口
丙酮酸（Pyruvate，CH₃COCOO⁻）是葡萄糖酵解的最终产物，也是进入线粒体三羧酸循环（TCA cycle）的关键入口分子。在生理条件下，丙酮酸处于一个动态平衡中：
有氧条件：丙酮酸进入线粒体，经丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）转化为乙酰辅酶A，进入TCA循环
缺氧条件：丙酮酸在细胞质中经乳酸脱氢酶（LDH）还原为乳酸
糖异生：丙酮酸可通过草酰乙酸途径逆向生成葡萄糖
这一"十字路口"位置决定了：一旦细胞代谢发生异常，丙酮酸的水平变化往往是最敏感的早期信号之一。
二、丙酮酸在心血管疾病中的诊断价值
2.1 心源性猝死风险预测
2026年一项多组学研究筛选了急性冠脉综合征（ACS）患者血浆细胞外囊泡（EVs）中的代谢标志物，用于预测心源性猝死（SCD）风险。
研究设计：
纳入18例NSTE-ACS、21例STEMI、16例ACS相关SCD患者及41例匹配对照
从血浆EVs中进行LC-MS/MS代谢组学与蛋白质组学联合分析
以ELISA验证候选标志物
关键发现：
鉴定出27个与SCD进展相关的差异代谢物
糖酵解及TCA循环是SCD的关键代谢通路
尽管血浆浓度无差异，SCD患者EV来源丙酮酸和LDHB水平显著升高（P < 0.05）
EV来源丙酮酸与LDHB联合传统标志物（CK-MB、MYO）可提升SCD风险预测效能
这一发现的意义在于：EV来源的丙酮酸比血浆总丙酮酸更能反映细胞代谢应激状态，具有更高的诊断敏感性。
2.2 颅内动脉瘤预后评估
2026年发表的研究表明，蛛网膜下腔出血（aSAH）患者脑脊液中丙酮酸水平与疾病严重程度显著相关：
脑脊液丙酮酸水平升高与低级别aSAH显著相关
Hunt-Hess分级较高患者的丙酮酸水平升高，可反映疾病严重程度
丙酮酸和乳酸联合检测有助于区分动脉瘤患者与健康人群
值得注意的是，早期（出血时间<36h）脑间质丙酮酸水平随入院时意识水平而变化——清醒患者丙酮酸正常，无意识患者丙酮酸偏低，提示丙酮酸可作为脑代谢状态的实时指示器。
三、脓毒症诊断：丙酮酸/乳酸比值
2025年发表于Biophysical Chemistry的研究采用核磁共振（NMR）技术分析了78例患者（41例脓毒性休克、21例脓毒症和16例疾病对照）的血清代谢谱。
核心发现：
脓毒性休克组的丙酮酸/乳酸（Pyr/Lac）比值最低
Pyr/Lac比值与APACHE II评分呈负相关
该比值降低反映线粒体功能障碍和缺氧
AUROC分析显示Pyr/Lac比值对疾病分层具有高度鉴别力
研究首次将代谢组学与酶活性分析结合，证实Pyr/Lac和Phe/Tyr比值可作为脓毒症动态监测的"双指标系统"。
四、肿瘤转移监测
2026年一项基于963名黑色素瘤患者、1698份血清样本的¹H-NMR代谢组学研究揭示了丙酮酸在肿瘤转移监测中的价值：
活动性转移患者的血液特征：
丙酮酸水平升高
葡萄糖、谷氨酸、乙酰乙酸水平升高
组氨酸和柠檬酸水平降低
升高的丙酮酸和葡萄糖提示癌症驱动的糖代谢重塑——即Warburg效应的临床体现：肿瘤细胞即使在有氧条件下也优先通过糖酵解获取能量，产生大量丙酮酸和乳酸。
五、糖尿病视网膜病变的代谢图谱
2025年发表的研究对增生型糖尿病视网膜病变（PDR）患者的玻璃体液进行了非靶向代谢组学分析：
鉴定出165个差异代谢物，富集于21条代谢通路
丙酮酸在多条代谢通路上均具有差异性，曲线下面积（AUC）高达0.96
丙酮酸可能是PDR诊断的潜在标志物
六、丙酮酸检测技术对比
七、丙酮酸标记探针的定制合成
丙酮酸及其衍生物的生物素标记探针在代谢酶活性研究和丙酮酸结合蛋白鉴定中具有重要应用。通过将生物素-PEG连接臂与丙酮酸分子偶联，可构建用于Pull-down实验的亲和探针，从复杂蛋白混合物中富集丙酮酸代谢通路中的关键酶和调控蛋白。
这类探针的定制合成需要关注以下要点：
偶联位点选择：在远离羧基和酮基的反应位点引入标记，保留丙酮酸的代谢活性
连接臂优化：PEG₃连接臂在亲水性和空间位阻之间取得最佳平衡
活性验证：合成后需通过酶活性实验确认探针保留与代谢酶的结合能力
八、结语
丙酮酸作为能量代谢的核心节点分子，其浓度变化在心血管疾病、脓毒症、肿瘤转移和糖尿病并发症等多种疾病的诊断和预后中展现出广阔的应用前景。随着代谢组学技术和EV分离方法的不断进步，丙酮酸作为生物标志物的临床转化价值将进一步凸显。
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