支氣管哮喘代謝組學(xué)研究進展

李陸一，蔣毅

1.山西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，山西太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院呼吸與危重癥科，山西太原 030001

隨著近幾年城市污染的加重，呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率顯著提高，這其中支氣管哮喘是較為嚴重且頑固的一類疾病。為提高支氣管哮喘的診斷率和療效，許多學(xué)者對此進行了深入的研究，而代謝組學(xué)作為一門新興學(xué)科，憑借其樣本多樣化、技術(shù)多元化等優(yōu)勢理所當(dāng)然地進入了公眾的視線。該文將從不同角度、不同醫(yī)學(xué)理論體系如中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)、維吾爾醫(yī)學(xué)介紹支氣管哮喘以及代謝組學(xué)各自特點并綜合論述支氣管哮喘代謝組學(xué)研究進展。

1 支氣管哮喘

支氣管哮喘（bronchial asthma），簡稱哮喘是由多種細胞參與的氣道慢性炎癥性疾病。我國已成為全球哮喘病死亡率最高的國家之一。哮喘的發(fā)病因素是多方面的，根據(jù)賀娟梅等[1]研究發(fā)現(xiàn)，畜牧業(yè)哮喘的發(fā)病率最高，其次為化工業(yè)；每年季節(jié)交替、氣溫變化較大的月份，如6月、9月為發(fā)病高峰。目前哮喘機制未完全闡明，但“環(huán)境與遺傳因素共同作用”的說法已被普遍接受。

現(xiàn)如今哮喘的診斷其實不容樂觀。有研究顯示我國哮喘的漏診率范圍在8.26%～85.86%。由于哮喘的變應(yīng)性及特殊類型哮喘的存在，僅僅依靠臨床癥狀、病史等很難確診。因此普及哮喘知識、引進先進技術(shù)等就變得至關(guān)重要。

2 代謝組學(xué)

2.1 代謝組學(xué)技術(shù)手段

代謝組學(xué)主要是利用一些技術(shù)手段對采樣標(biāo)本進行檢測，并借助一些統(tǒng)計方法來分析機體代謝變化從而做出診斷。核磁共振（NMR）技術(shù)預(yù)處理簡單，它的最大優(yōu)勢在于分辨率高，能夠迅速、準(zhǔn)確地定量分析代謝物，并對所有化合物的靈敏度一致，用于化合物的結(jié)構(gòu)鑒定。但其靈敏度較差，對于一些含量較低的化合物可能檢測不到[2]。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）具有較高分辨能力、較快的分析速度，靈敏度高等特點，但數(shù)據(jù)庫相對GCMS較小，適用于分析穩(wěn)定性差、難揮發(fā)的化學(xué)成分。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）具有高分辨能力、高靈敏度、大量數(shù)據(jù)庫等特點，且成本相對低廉，但無法實現(xiàn)對熱穩(wěn)定性差和高分子量代謝物的分析，因此，適合分析相對分子量小、低極性、低沸點的代謝物[3]。

2.2 代謝組學(xué)的標(biāo)本選擇

Mondul AM等通過實驗發(fā)現(xiàn)：1-磷酸肌醇與進展期癌癥關(guān)系最密切；甘油磷脂類和脂肪酸也與癌癥有很大關(guān)聯(lián)；α-酮戊二酸鹽和檸檬酸鹽也可提示注意前列腺癌。此實驗可以證明血液代謝物可能與前列腺癌有病理生理聯(lián)系，有這些提示后應(yīng)及時做其他細致的檢查。

Saude等對135名兒童的尿液進行取樣，這其中包括健康者、穩(wěn)定的門診哮喘患者、不穩(wěn)定的急診患者。經(jīng)分析對比發(fā)現(xiàn)這3類人群的尿液有很大差別，這就為哮喘的診斷提供了新的思路。

Ibrahim等利用NMR技術(shù)分析82例患者和25名健康者的呼出氣冷凝液，通過分析痰中嗜酸性粒細胞、嗜中性粒細胞、哮喘控制與吸入皮質(zhì)類固醇的功能來鑒別兩類人群。

支氣管肺泡灌洗液也是可供選擇的一類標(biāo)本。Ho WE[4]射卵蛋白使小鼠致敏，建立哮喘模型，利用LC-MS、GC-MS技術(shù)發(fā)現(xiàn)哮喘模型一組的小鼠有新奇的代謝變化。

2.3 代謝組學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

主成分分析法（PCA）是無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法中的主要途徑，其分析的目的不僅僅是發(fā)現(xiàn)樣品之間的異同，更重要的是在大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)造成上述差異的具體分子。

偏最小二乘法 （PLS）是一種有監(jiān)督的算法，與PCA的分析原理相同，都是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行投影分析，但PCA只有一個數(shù)據(jù)集，對應(yīng)一個多維空間，而PLS有兩個數(shù)據(jù)集，因此也相應(yīng)地對應(yīng)有兩個多維空間，會更有效地發(fā)現(xiàn)變量間的聯(lián)系及變化規(guī)律等[5]。

3 哮喘與代謝組學(xué)

3.1 哮喘代謝組學(xué)在西方醫(yī)學(xué)的研究進展

Kashiwakura JC等通過實驗發(fā)現(xiàn)，被證實能夠抑制HRF/IG反應(yīng)的免疫球蛋白相互作用的HRF肽可以抑制肥大細胞活化以及氣道炎癥反應(yīng)。實驗顯示HRF是哮喘促炎癥反應(yīng)的重要角色，同時也提示HRF成為潛在的治療目標(biāo)。

支鏈氨基酸（BCAA）的生物學(xué)作用從而也可以在一定程度上解釋哮喘患者體內(nèi)BCAA的變化。BCAA包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸。BCAA雖然不在體內(nèi)合成，但它們對于蛋白質(zhì)和神經(jīng)傳遞素的合成十分重要。BCAA的蛋白質(zhì)合成代謝作用似乎不僅通過促進翻譯過程，而且還抑制蛋白質(zhì)的降解過程。BCAA生物學(xué)作用可能會幫助研究其作為生物標(biāo)記物的作用。多項實驗結(jié)果表明哮喘患者BCAA含量下降可能與機體存在能量長期消耗有關(guān)。

谷氨酰胺與谷氨酸共同調(diào)節(jié)體內(nèi)氨的水平，但二者在哮喘患者中的變化有所不同：Lee CH等[6]型發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺會通過依賴MKP-1的方式去抑制P38 MAPK及其下游路徑，這個發(fā)現(xiàn)就為治療肺部嗜中性粒細胞炎癥疾病提供了新的治療思路。也有其他學(xué)者推測谷氨酰胺可以抑制炎癥反應(yīng)、具有保護氣道的作用；而谷氨酸的減少將會引起谷胱甘肽的生成減少，導(dǎo)致機體抗氧化能力降低、氧化應(yīng)激水平升高從而加重炎癥反應(yīng)[7]。

在利用代謝組學(xué)研究哮喘時，小分子物質(zhì)起到了至關(guān)重要的作用，不僅僅上述幾種，近幾年很多學(xué)者都嘗試從不同角度、追蹤不同小分子物質(zhì)來深入研究，如各類氨基酸、脂質(zhì)、炎癥介質(zhì)、細胞因子等，可見代謝組學(xué)在哮喘領(lǐng)域中的應(yīng)用前景很好。

3.2 哮喘代謝組學(xué)在中醫(yī)、維醫(yī)中的應(yīng)用

該文列舉了一些成功應(yīng)用代謝組學(xué)的例子，但其實對哮喘的研究目前已不僅限于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，近幾年中醫(yī)與維醫(yī)也對哮喘的研究越來越深入，而在這個過程中代謝組學(xué)均起到了不可磨滅的作用。

中醫(yī)學(xué)的整體觀、治未病觀等理論都與以“整體性、系統(tǒng)性”為主要特點的代謝組學(xué)不謀而合、十分契合，也正因如此，國內(nèi)也開展了許多關(guān)于代謝組學(xué)在中醫(yī)中應(yīng)用的進展，如陶嘉磊等[8]通過對尿液成分的分析得出與痰熱阻肺證患者相比，非痰熱阻肺證患兒尿中蛋氨酸、琥珀酸、賴氨酸等多種有機酸以及多種脂類、酮類化合物含量升高，由此對中醫(yī)證候群的研究提供了新的思路；茍小軍等[9]發(fā)現(xiàn)丁酸、磷酸鹽、肌酐等的含量在肺脾氣虛型和氣陰兩虛型哮喘患者中存在明顯差異，這些有差異的物質(zhì)有可能成為兒童哮喘患者辨證分型的物質(zhì)基礎(chǔ)和客觀量化的診斷標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)祥于塔里木文明，位于古絲綢之路大動脈之上的維吾爾醫(yī)學(xué)中，患病率逐年上升的哮喘也是其中一大熱門問題。在維吾爾傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，將哮喘分為三類：異常粘液質(zhì)哮喘、異常膽液質(zhì)哮喘和異常黑膽質(zhì)哮喘，這其中異常黑膽質(zhì)哮喘最常見，癥狀也最重。將代謝組學(xué)應(yīng)用到維醫(yī)中可發(fā)現(xiàn)異常黑膽質(zhì)哮喘患者體內(nèi)異常的代謝組分的變化、研究其發(fā)生時的生物學(xué)標(biāo)志、從而進一步明確其發(fā)生機制等；也可用于區(qū)分異常黑膽質(zhì)證與非異常黑膽質(zhì)證哮喘等。如吳燕等[10-11]利用代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)與健康者相比，異常黑膽質(zhì)證患者血漿中多種氨基酸、谷氨酰胺、乳酸、脂類、葡萄糖等都有不同程度的變化，3大物質(zhì)代謝通路、糖異生、免疫功能也都存在異常改變?，F(xiàn)普遍認為應(yīng)首先使用異常黑膽質(zhì)成熟劑使體液成熟和堆積，而后使用清除劑，將異常的體液排出體外[12]異常黑膽質(zhì)成熟劑現(xiàn)在也已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)（專利號：z102130082.8）[13]廣泛應(yīng)用到氧化應(yīng)激、銀屑病、腫瘤等各個方面。

4 結(jié)語

支氣管哮喘代謝組學(xué)的前景可觀主要有兩方面的原因：①哮喘的反復(fù)性和難治性，這給家庭和社會都帶了極大的負擔(dān)；②代謝組學(xué)的廣泛應(yīng)用：代謝組學(xué)不僅可用于研究疾病的發(fā)病機制、診斷等如糖尿病、冠心病、腫瘤、腎病等，還可用于植物學(xué)、動物營養(yǎng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、水產(chǎn)品物流、寄生蟲、農(nóng)業(yè)研究等，近幾年不同領(lǐng)域關(guān)于代謝組學(xué)的文章如雨后春筍般涌現(xiàn)，這也預(yù)示了代謝組學(xué)在未來一定會得到更加廣泛的應(yīng)用。但同時代謝組學(xué)畢竟是一門新興學(xué)科，也有一些需要完善的地方，如檢測儀器昂貴、分析手段有限等。相信隨著未來科技的日益進步，支氣管哮喘代謝組學(xué)的研究也終將會登上臨床的舞臺，幫助人們對哮喘的診治、機制的研究和療效及預(yù)后的判斷提供可靠依據(jù)。