脂質(zhì)組學(xué)在高脂血癥研究中的應(yīng)用進(jìn)展

吳遵平 劉浩 陸安靜 彭捷 魯艷柳 何芋岐，

1遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)藥理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨特色民族藥教育部國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（貴州遵義563003）；2遵義市第一人民醫(yī)院（遵義醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院）藥劑科（貴州遵義563099）；3遵義醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院（貴州遵義563099）

近年來，高脂血癥（hyperlipidemia）的發(fā)病率逐年增高，由于其與糖、脂代謝異常密切相關(guān)［1］，受到越來越多的關(guān)注。根據(jù)病因，高脂血癥可以分為繼發(fā)性和原發(fā)性。根據(jù)臨床表現(xiàn)，高脂血癥可以分為高膽固醇血癥、高甘油三酯血癥、混合型高脂血癥以及低高密度脂蛋白膽固醇血癥。目前，揭示高脂血癥的發(fā)病機(jī)制、發(fā)現(xiàn)更加敏感的生物標(biāo)志物、開發(fā)安全有效的新型降脂藥物并闡明其作用機(jī)制，已成為研究的重要方向。

目前，LIPID MAPS數(shù)據(jù)庫已列出40 000 多種脂質(zhì)，對這些脂質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的研究已成為必要。而脂質(zhì)組學(xué)（lipidomics）就是借助各種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，研究脂質(zhì)組的一門新興學(xué)科［2］。自2003年脂質(zhì)組學(xué)的概念提出以來［3］，關(guān)于脂質(zhì)組學(xué)的研究報(bào)道呈線性增長趨勢［4］。脂質(zhì)組學(xué)采用目標(biāo)物分析、輪廓分析和成像分析等方法［5-6］，比較脂質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)的整體變化，明晰不同生理、病理?xiàng)l件下脂質(zhì)代謝的特點(diǎn)，探索其與相關(guān)疾病之間的關(guān)系，識別并鑒定關(guān)鍵生物標(biāo)志物，最終揭示疾病的發(fā)病機(jī)制，發(fā)現(xiàn)治療藥物的靶點(diǎn)和先導(dǎo)化合物。近年來，脂質(zhì)組學(xué)已成為高脂血癥相關(guān)研究的重要方法［7］。本文將總結(jié)脂質(zhì)組學(xué)在高脂血癥研究中的應(yīng)用，以期為相關(guān)研究提供參考佐證。

1 脂質(zhì)組學(xué)的分析方法

脂質(zhì)組學(xué)的基本研究流程包括樣本收集和前處理、分離鑒定、數(shù)據(jù)采集和處理、生物通路分析等環(huán)節(jié)［8］，其中建立分析方法是關(guān)鍵。應(yīng)用于脂質(zhì)組學(xué)的新興分析技術(shù)，極大推動了脂質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，主要包括拉曼光譜法、高效液相色譜法、氣相色譜法、質(zhì)譜法、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、離子淌度-質(zhì)譜法、質(zhì)譜成像法、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用法、核磁共振法等［9-11］。其中，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，因結(jié)合了液相色譜的分離特點(diǎn)和質(zhì)譜的鑒定優(yōu)勢，已成為脂質(zhì)組學(xué)最重要的分析方法［12-13］。當(dāng)然，不同的分析方法，具備不同的優(yōu)缺點(diǎn)，其適用性也隨之不同。例如，氣相色譜-質(zhì)譜法適用于揮發(fā)性脂質(zhì)成分的分析，但是分析非揮發(fā)性脂質(zhì)成分時(shí)，需要對樣品進(jìn)行衍生化處理，從而限制了其對復(fù)雜脂質(zhì)化合物的檢測［14-15］。超臨界流體色譜-質(zhì)譜法，常以超臨界二氧化碳作為流動相，溶劑化能力強(qiáng)，適用于脂質(zhì)成分的分析［16］。離子淌度-質(zhì)譜法可以實(shí)現(xiàn)脂質(zhì)異構(gòu)體的分離［17］，而質(zhì)譜成像法可以進(jìn)行可視化分析［18］。在脂質(zhì)組學(xué)的研究中，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

2 脂質(zhì)組學(xué)的數(shù)據(jù)處理

脂質(zhì)組學(xué)的數(shù)據(jù)處理包括定性和定量兩個(gè)方面，其中難點(diǎn)在于差異脂質(zhì)化合物的鑒定。大規(guī)模的脂質(zhì)鑒定，主要依賴于計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫。目前，使用較多的免費(fèi)軟件有Lipid Navigator，它是由日本開發(fā)的一種高通量網(wǎng)頁工具，主要用于分析磷脂的質(zhì)譜數(shù)據(jù)；還有Trigly APCI，主要用于解析甘油三酯的APCI-MS 圖譜［19］。除此之外，開源的SECD 軟件可以分析色譜譜圖數(shù)據(jù)，LIMSA軟件可以進(jìn)行脂質(zhì)MS∕MS 譜圖的數(shù)據(jù)分析。而常用的付費(fèi)軟件是Lipid Profiler［20］。在脂質(zhì)組學(xué)研究中，HMDB（http：∕∕www.hmdb.ca∕）是當(dāng)前收錄人源代謝物較全的數(shù)據(jù)庫之一［21］，包括了脂溶性和水溶性的代謝物。KEGG（http：∕∕www.kegg.jp∕）數(shù)據(jù)庫可以查詢到與代謝物相關(guān)的代謝通路，進(jìn)而了解生物系統(tǒng)中基因、蛋白質(zhì)及代謝物之間的相互關(guān)系［22］。美國LIPID MAPS（http：∕∕www.lipidmaps.org∕）數(shù)據(jù)庫，除了涵蓋4 萬多種脂質(zhì)結(jié)構(gòu)，8 500 余種與脂類相關(guān)的基因和蛋白信息，還包括許多的脂質(zhì)定性和定量方法［23］。脂質(zhì)數(shù)據(jù)庫和軟件的不斷建立加速了脂質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展，但是還不能提供所有脂質(zhì)化合物的信息，仍需要不斷優(yōu)化。

3 脂質(zhì)組學(xué)在高脂血癥研究中的應(yīng)用

3.1 脂質(zhì)組學(xué)在發(fā)病機(jī)制研究中的應(yīng)用家族性高膽固醇血癥（familial hypercholesterolemia，F(xiàn)H）的患者，從出生就有高膽固醇血癥，經(jīng)常過早發(fā)生動脈粥樣硬化性心血管疾病，是最嚴(yán)重的一種脂質(zhì)代謝疾病。運(yùn)用高通量核磁共振技術(shù)，能探討FH患兒和健康兒童脂質(zhì)代謝的改變［24］，發(fā)現(xiàn)相比于健康兒童，F(xiàn)H 患兒載脂蛋白B、脂類及脂蛋白亞類中的脂質(zhì)組成水平均較高。且FH 患兒高密度脂蛋白顆粒濃度和脂質(zhì)含量發(fā)生改變，表現(xiàn)為膽固醇酯含量升高，游離膽固醇和磷脂水平降低。因此推測，F(xiàn)H 兒童高膽固醇血癥雖然機(jī)制復(fù)雜，但與膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)受損有關(guān)。

低高密度脂蛋白膽固醇血癥（＜1.0 mmol∕L），與冠心病和糖尿病發(fā)病相關(guān)，目前發(fā)病機(jī)制尚不明確，藥物干預(yù)效果也不理想［25］。采用核磁共振技術(shù)，研究高密度脂蛋白顆粒脂質(zhì)組成特征與血清中高密度脂蛋白膽固醇水平之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)［26］，隨著高密度脂蛋白膽固醇水平的增加，飽和脂肪酸減少，不飽和脂肪酸增加，總飽和度降低，總膽固醇、游離膽固醇、酯化膽固醇及鞘磷脂的百分比顯著升高，而甘油三酯百分比顯著降低，推測鞘磷脂和游離膽固醇水平的升高，有助于表征高密度脂蛋白抗動脈粥樣硬化的功能。

脂質(zhì)組學(xué)研究表明，妊娠期婦女高脂血癥與妊娠期糖尿病、子癇前期和自發(fā)性早產(chǎn)等密切相關(guān)［27］。利用LC∕MS 技術(shù)，比較妊娠期正常和妊娠期高脂血癥婦女的脂質(zhì)組發(fā)現(xiàn)［28］，妊娠期高脂血癥患者血漿中膽紅素、鵝去氧膽酸水平明顯高于正常孕婦，表明妊娠高脂血癥的發(fā)生可能與妊娠期體內(nèi)膽汁分泌異常具有一定相關(guān)性。

3.2 脂質(zhì)組學(xué)在生物標(biāo)志物研究中的應(yīng)用高脂血癥的生物標(biāo)志物缺乏特異性和敏感性，只有在嚴(yán)重的血脂異常時(shí)，才顯著改變，因此需要發(fā)現(xiàn)更為敏感的生物標(biāo)志物［29］。采用LC-QTOF∕MS 技術(shù)［30］，分析高甘油三酯血癥小鼠的血清脂肪酸成分，發(fā)現(xiàn)了16 個(gè)潛在的生物標(biāo)志物，主要為脂肪酸酰胺類5 個(gè)、脂肪酸酯類2 個(gè)和硝基、鹵化脂肪酸類9 個(gè)，這些脂肪酸在高甘油三酯血癥的發(fā)生發(fā)展過程中可能起到重要作用，但結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步的確認(rèn)。

在中醫(yī)理論中，高脂血癥與“血瘀”和“痰濁”有關(guān)［31］，其中肝郁脾虛證（liver qi-stagnation and spleen-deficiency，SLQSD）是高脂血癥的主要癥候類型?；谥|(zhì)組學(xué)［32］，對高脂血癥患者（包括SLQSD 患者和非SLQSD 患者）和健康志愿者的血漿脂質(zhì)譜進(jìn)行比較。相較于健康人群，高脂血癥患者血漿中主要有磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油和神經(jīng)酰胺等脂質(zhì)代謝物發(fā)生變化。而與非SLQSD 患者相比，SLQSD 患者血漿中主要有磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、甘油三酯、二酰基甘油、溶血磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂、溶血磷脂酰膽堿和乳糖苷神經(jīng)酰胺等脂質(zhì)代謝物發(fā)生變化。結(jié)果證明，同一疾病不同癥候間的脂質(zhì)代謝物存在顯著差異，有潛在的標(biāo)志物。

3.3 脂質(zhì)組學(xué)在治療藥物及作用機(jī)制研究中的應(yīng)用他汀類藥物主要用來治療高膽固醇血癥，療效較好，但有時(shí)會引發(fā)嚴(yán)重的不良反應(yīng)，如橫紋肌溶解、骨骼肌病以及新發(fā)糖尿病等［33］。利用UPLC∕MS 技術(shù)［34］，比較健康受試者與高膽固醇血癥患者在服用瑞舒伐他汀后的脂質(zhì)組變化，探索他汀類藥物引起不良反應(yīng)的機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于健康受試者，高膽固醇血癥患者脂肪酸和溶血磷脂酰膽堿水平增加，而磷脂酰膽堿水平下降，β-氧化總體降低，且僅在高膽固醇血癥患者組中觀察到多不飽和脂肪酸的增加。推測異常的脂肪氧化或藥物誘導(dǎo)的線粒體功能障礙，可能是不良反應(yīng)發(fā)生的根本原因。

運(yùn)用UPLC-QTOF∕MS 技術(shù)［35］，可比較阿托伐他汀劑量遞增組與阿托伐他汀∕非諾貝特聯(lián)合給藥組的脂質(zhì)變化。與劑量遞增組不同，在聯(lián)合給藥組觀察到脂質(zhì)代謝物明顯聚集，大多數(shù)脂質(zhì)酰基甘油代謝物和多種神經(jīng)酰胺減少，而鞘磷脂增多。在劑量遞增組中發(fā)現(xiàn)，溶血磷脂酰膽堿水平降低，而聯(lián)合給藥組對溶血磷脂酰膽堿的影響沒有規(guī)律。該研究提供了組合療法常規(guī)脂質(zhì)譜之外的代謝變化信息，為聯(lián)合給藥的研究提供了新的依據(jù)。

脂質(zhì)組學(xué)還被運(yùn)用到開發(fā)新型降脂藥物并闡明其作用機(jī)制的研究中。新化合物D-47 具有降血脂作用［36］，采用超臨界流體色譜聯(lián)用三重四極桿質(zhì)譜法探索其作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)［37］，D-47 使得肝臟膽固醇和甘油三酯的含量分別降低了22%和69%，心包和腸系膜的脂肪積累分別降低了57%和17%，還使溶血磷脂酰膽堿、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺縮醛磷脂、鞘磷脂和神經(jīng)酰胺含量降低。推測D-47 是一種有效的降脂化合物，其作用機(jī)制可能與他汀類藥物不同，值得進(jìn)一步研究。

脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，還適合中藥作用機(jī)制的研究。研究茯苓對高脂血癥大鼠的作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)［38］，在茯苓給藥組中包括棕櫚酸、十六碳烯酸、己?；鈮A和二十四碳六烯酸在內(nèi)的7 種脂肪酸顯著增加，乙醇酰胺、3-羥基十四酸和5，6-DHET 顯著減少，另有5 種甾醇類脂的濃度升高，提示茯苓降降脂機(jī)制可能主要與改善膽汁酸、類固醇和脂肪酸代謝的紊亂有關(guān)。

4 總結(jié)與展望

本文綜述了近年來脂質(zhì)組學(xué)在高脂血癥研究中的應(yīng)用，結(jié)果表明脂肪酸、磷脂、甘油酯和鞘脂的代謝紊亂與血脂的異常密切相關(guān)，而降脂藥物可以通過不同的作用機(jī)制逆轉(zhuǎn)血脂的異常，并發(fā)現(xiàn)潛在的生物標(biāo)志物。雖然，脂質(zhì)組學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫還需要不斷完善，數(shù)據(jù)的分析方法還需要進(jìn)一步開發(fā)，應(yīng)用于高脂血癥發(fā)病機(jī)制的研究還不夠深入，發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志物的最終確定還需要長期、反復(fù)的驗(yàn)證，但是脂質(zhì)組學(xué)與藥效學(xué)等多學(xué)科的結(jié)合，已為研究者提供了新的思路與方法，必將發(fā)揮更大的作用。