脂質(zhì)組學(xué)在慢性腎病研究中的應(yīng)用

高芯，李長(zhǎng)印，段徐彬，丁選勝

（1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬婦產(chǎn)醫(yī)院 南京市婦幼保健院藥學(xué)部，江蘇 南京 210004；2. 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院臨床藥理實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029；3. 中國(guó)藥科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 211198）

慢性腎?。╟hronic kidney disease，CKD）是由多種原因引起的腎臟結(jié)構(gòu)與功能的慢性障礙，包括腎小球的病理?yè)p傷、血液或尿液成分異常、估計(jì)腎小球?yàn)V過(guò)率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）下降超過(guò)3個(gè)月[1]等。各種原發(fā)性、繼發(fā)性腎臟疾病或腎損傷均可導(dǎo)致CKD。盡早發(fā)現(xiàn)疾病、定期監(jiān)測(cè)腎功能并對(duì)癥治療對(duì)于CKD及其并發(fā)癥的治療至關(guān)重要。目前，臨床上常用的腎功能標(biāo)志物為血肌酐、尿蛋白-肌酐比率與eGFR，但這三者對(duì)檢測(cè)早期階段腎病均不夠敏感[2]。故研究機(jī)體代謝物的水平和功能變化對(duì)CKD的機(jī)制及新型治療策略的研究具有重要意義[3]。

近年來(lái)，CKD與脂質(zhì)代謝的關(guān)系開始被廣泛關(guān)注。脂質(zhì)是生物體的基本組成物質(zhì)之一，也是人體內(nèi)極為重要的一類代謝產(chǎn)物。研究表明，腎臟對(duì)物質(zhì)的分解、合成和代謝功能與脂質(zhì)代謝關(guān)系密切，在CKD疾病狀態(tài)下，機(jī)體會(huì)發(fā)生多種脂質(zhì)代謝紊亂[1,4]。脂質(zhì)組學(xué)是利用分析化學(xué)的原理和技術(shù)對(duì)生物體內(nèi)脂質(zhì)進(jìn)行研究的一門學(xué)科[5]，于2003年由Han等[6-7]提出，隨著質(zhì)譜分析技術(shù)的不斷革新，這一新興學(xué)科發(fā)展迅速。脂質(zhì)組學(xué)能夠通過(guò)單個(gè)脂質(zhì)的變化來(lái)研究細(xì)胞代謝，為研究疾病狀態(tài)下的脂質(zhì)代謝變化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持[8]。近年來(lái)，脂質(zhì)組學(xué)在CKD相關(guān)疾病研究中的應(yīng)用日益廣泛，脂類代謝物在CKD的診斷、治療中的重要性逐漸受到關(guān)注。本文對(duì)近6年（2015—2020年）應(yīng)用脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)開展的CKD相關(guān)研究進(jìn)行綜述，同時(shí)也涉及了與慢性腎功能障礙表現(xiàn)類似的腎臟老齡化和藥物性腎損害，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 文獻(xiàn)檢索與分析

在中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行中文文獻(xiàn)檢索，未檢索到摘要中同時(shí)含有“慢性腎病”和“脂質(zhì)組學(xué)”的期刊文獻(xiàn)。在PubMed數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行英文文獻(xiàn)檢索：文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間設(shè)定為2015年1月1日至2020年12月31日；在摘要Abstract中搜索同時(shí)出現(xiàn)lipidomics/lipidomic/lipidome和chronic kidney disease/chronic renal disease/chronic nephropathy的文獻(xiàn)，去重后得關(guān)鍵詞包含“慢性腎病”和“脂質(zhì)組學(xué)”的研究文獻(xiàn)共31篇（見表1）。結(jié)果表明：“脂質(zhì)組學(xué)”在英文文獻(xiàn)中常用lipidomics表示，出現(xiàn)lipidomic的文獻(xiàn)中多數(shù)也會(huì)出現(xiàn)lipidomics一詞；而“慢性腎病”更多地用“chronic kidney disease”表示，“chronic renal disease”次之，“chronic nephropathy”最少。

表1 PubMed數(shù)據(jù)庫(kù)中2015—2020年脂質(zhì)組學(xué)與慢性腎病相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量Table 1 Numbers of published papers in PubMed database associated with lipidomics-based study of chronic kidney disease from 2015 to 2020

進(jìn)一步對(duì)31篇文獻(xiàn)按如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選。納入標(biāo)準(zhǔn)：1）樣本為生物樣品（組織、血清、血漿等）；2）采用脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)平臺(tái)[氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）、磁共振等]；3）選擇和評(píng)估出適當(dāng)?shù)纳飿?biāo)志物（單變量分析、多變量分析等）；4）有生物標(biāo)志物的評(píng)價(jià)指標(biāo)[準(zhǔn)確性、敏感度、特異度、受試者工作特征曲線（ROC）下面積等]。排除標(biāo)準(zhǔn)：1）非對(duì)照實(shí)驗(yàn)；2）主要研究對(duì)象不是CKD類疾?。?）綜述、信件、評(píng)論、會(huì)議海報(bào)或會(huì)議記錄。經(jīng)篩選后，共得19篇符合納入和排除標(biāo)準(zhǔn)的CKD相關(guān)脂質(zhì)組學(xué)文獻(xiàn)。通過(guò)提取研究的基本信息（第一作者、發(fā)表年份）、樣品特征（患者/實(shí)驗(yàn)動(dòng)物樣品類型、患者/實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)目、疾病狀態(tài)、治療過(guò)程等）、所采用的脂質(zhì)組學(xué)平臺(tái)（技術(shù)方法、靶向或非靶向）和研究結(jié)果（生物標(biāo)志物、變化趨勢(shì)），對(duì)19篇文獻(xiàn)基本信息進(jìn)行初步整理與分析（見表2）。2015—2020年，CKD相關(guān)的脂質(zhì)組學(xué)研究呈逐年增多的趨勢(shì)，涉及靶向和非靶向脂質(zhì)組學(xué)，并以非靶向研究方式居多。研究所用的分析技術(shù)平臺(tái)則以LC-MS為主；近6年來(lái)，基于脂質(zhì)組學(xué)的CKD臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究交替出現(xiàn)，動(dòng)物樣本量6 ～ 48例不等，這與研究者選用的動(dòng)物模型有關(guān)；臨床樣本量有逐漸增多的趨勢(shì)，從20例到1 000余例，呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。研究樣本多為血液或腎臟組織，尿液樣本的研究較少。這19項(xiàng)研究多數(shù)集中于疾病標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，少數(shù)涉及治療藥物或方式的評(píng)估，發(fā)現(xiàn)的潛在生物標(biāo)志物也不盡相同。

表2 慢性腎病相關(guān)脂質(zhì)組學(xué)研究19篇文獻(xiàn)基本信息Table 2 Basic information of 19 selected papers associated with lipidomics-based study of chronic kidney disease

2 脂質(zhì)組學(xué)在慢性腎病中的應(yīng)用

脂質(zhì)是可溶于非極性有機(jī)溶劑的生物分子，通常不溶于水，其分子構(gòu)成豐富多樣，與機(jī)體內(nèi)多個(gè)代謝途徑和多種生物功能均有著密切的聯(lián)系。在人體內(nèi)，脂質(zhì)參與了以能量?jī)?chǔ)存和代謝為代表的復(fù)雜生理和生化過(guò)程[28-29]。此外，脂質(zhì)也是細(xì)胞膜和錨蛋白的主要成分和信號(hào)傳導(dǎo)分子[30-31]。根據(jù)結(jié)構(gòu)及功能的不同，脂質(zhì)可以分為脂肪?；?、甘油酯類、磷脂類、鞘脂類、甾醇類、異戊烯醇類、糖脂類和聚酮類[32]。其中，前5類為人體內(nèi)源性脂質(zhì)[32-33]，異戊烯醇類、糖脂類和聚酮類的脂質(zhì)則多存在于植物及化學(xué)合成物中[32]。內(nèi)源性脂質(zhì)在生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中聯(lián)系密切，互為前體，且它們與CKD均有著緊密的聯(lián)系，故以下著重對(duì)這5類人體內(nèi)源性脂質(zhì)在CKD中的研究進(jìn)展及脂質(zhì)間相互的生物轉(zhuǎn)化通路進(jìn)行探討。

2.1 脂肪酰基類脂質(zhì)及其在慢性腎病中的脂質(zhì)組學(xué)研究

脂肪?；愔|(zhì)通常也被稱為脂肪酸（fatty acid，F(xiàn)A）[28]。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)（見圖1）是否含不飽和雙鍵，F(xiàn)A可分為飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）和不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFA）[28]。SFA可通過(guò)去飽和酶生成雙鍵，從而轉(zhuǎn)化為單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acids，MUFA）和多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA），后者在一系列腎病相關(guān)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[15]。依據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，PUFA通常根據(jù)從尾部（即非羧酸端）算起的首個(gè)雙鍵的位置（ω）進(jìn)行分類與命名[33]，其中，ω-3 PUFA以及ω-6 PUFA為人體必需脂肪酸，是PUFA中最廣為人知的家族。ω-3 PUFA以亞麻酸（α-linoleic acid，ALA）為母體，可以通過(guò)多步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）等下游代謝物，這些代謝產(chǎn)物可以通過(guò)不同途徑降低人體內(nèi)心血管疾病和炎癥的發(fā)生概率[34]。ω-6 PUFA以亞油酸（linoleic acid，LA）為母體，可以通過(guò)脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）、前列腺素內(nèi)過(guò)氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）或細(xì)胞色素P450等酶的反應(yīng)進(jìn)一步代謝成各類二十烷酸[34]，例如花生四烯酸（arachidonic acid，AA）和二十碳三烯酸（epoxyeicosatrienoic acid，EET），這是2種被廣泛研究的脂質(zhì)信號(hào)前體。研究顯示，AA和EET在炎癥反應(yīng)[34]和表觀遺傳學(xué)[35]等方面均發(fā)揮了獨(dú)特的作用。

圖1 脂肪?；愔|(zhì)的化學(xué)骨架Figure 1 The chemical skeleton of fatty acyl lipids

研究表明，CKD可使大鼠血液中SFA水平發(fā)生顯著變化[14-16]。Zhang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，慢性腎功能衰竭大鼠的血漿中棕櫚酸和蓖麻油酸水平明顯降低。棕櫚酸是動(dòng)物中最常見的SFA之一，可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致近端腎小管細(xì)胞系的凋亡和壞死。另有研究發(fā)現(xiàn)，給予中藥大黃治療可使慢性腎衰大鼠血漿中的棕櫚酸恢復(fù)到正常水平，證實(shí)了藥物可以通過(guò)改善SFA代謝紊亂而起到治療CKD的作用[14]。Chen等[16]對(duì)慢性腎間質(zhì)疾病模型的大鼠血清進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，包括四乙酸、十八碳酸在內(nèi)的SFA含量較健康大鼠有顯著性上升，這可能涉及核因子蛋白通路的激活，促炎性、促氧化和促纖維化蛋白的上調(diào)，轉(zhuǎn)錄因子Nrf2（NF-E2-related factor 2）活性及其下游抗氧化和細(xì)胞保護(hù)蛋白的下調(diào)。

血液中PUFA的水平在CKD狀態(tài)下則通常呈下降趨勢(shì)[19,24]。Feng等[23]通過(guò)靶向和非靶向的臨床脂質(zhì)組學(xué)研究，從1 156例CKD伴蛋白尿的患者血漿樣品中鑒定出多種差異脂質(zhì)，其中PUFA較健康對(duì)照者水平顯著降低。Dou等[18]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，CKD模型大鼠血清內(nèi)的EPA，DHA以及8，9-EET顯著性下調(diào)，證實(shí)了PUFA作為炎癥因子在慢性腎功能損傷中起到了一定作用，這些發(fā)現(xiàn)可能與核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB），Nfr2以 及 促纖維化信號(hào)通路的激活有關(guān)。與血液中情況不同，CKD或其相關(guān)疾病狀態(tài)下的腎臟組織中PUFA水平多呈上調(diào)趨勢(shì)。Decleves等[21]采用基于LC-MS的靶向脂質(zhì)組學(xué)方法，測(cè)定了高脂飲食模型小鼠腎臟及血漿內(nèi)PUFA的含量，結(jié)果表明：高脂飲食小鼠的血漿中DHA與EPA的含量較正常飲食組有所減少，DHA下游代謝物10-羥基二十二碳六烯酸、13-羥基二十二碳六烯酸、20-羥基二十二碳六烯酸等降低，AA水平呈上升趨勢(shì)；而在高脂飲食小鼠的腎臟組織中，AA及DHA的含量均顯著上升，認(rèn)為可能是因?yàn)楦咧嬍硹l件下腎臟磷脂酶的表達(dá)被上調(diào)，從而增加了腎臟中促炎AA和抗炎DHA的產(chǎn)生；高脂飲食狀態(tài)下，小鼠腎臟中DHA衍生的LOX、細(xì)胞色素P450和非酶降解的代謝產(chǎn)物含量均有所增加，EPA衍生的LOX和非酶降解代謝產(chǎn)物含量減少，這種差異可能系部分DHA相關(guān)代謝物在腎臟局部合成，較少進(jìn)入血液循環(huán)所致。

2.2 甘油酯類脂質(zhì)及其在慢性腎病中的脂質(zhì)組學(xué)研究

甘油酯主要通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)的蛋白激酶，進(jìn)而磷酸化一系列底物蛋白，產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物[36-38]。由1，2或3個(gè)脂肪酰基與甘油進(jìn)行酯化反應(yīng)所產(chǎn)生的甘油酯，分別稱為單酰甘油（monoacylglycerol，MAG）、二酰甘油（diacylglycerol，DAG）和三酰甘油（triacylglycerol，TAG），見圖2。目前，針對(duì)MAG功能的研究比較少，DAG與TAG則被廣泛研究。DAG參與了細(xì)胞膜的形成[39]和突觸囊泡的周期反應(yīng)[40]，也可作為二級(jí)脂質(zhì)信使，發(fā)揮如胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等作用[41]。TAG則是人體主要的儲(chǔ)能分子，參與脂肪酸及其他甘油酯的代謝過(guò)程[42]。

圖2 甘油酯類脂質(zhì)的化學(xué)骨架Figure 2 The chemical skeleton of glyceride lipids

在諸多研究[9,12,15,20]中，大部分DAG在CKD狀態(tài)的血液中呈下調(diào)趨勢(shì)，而多數(shù)TAG呈上調(diào)趨勢(shì)。Dou等[18]在CKD模型大鼠血清中檢測(cè)到，隨著疾病的進(jìn)展，TAG（46∶6，64∶9，60∶14，68∶12）含量顯著性上升，DAG（44∶6，35∶1，40∶9，42∶4，46∶6）含量則呈顯著性下降趨勢(shì)；給予中藥澤瀉進(jìn)行治療可回調(diào)上述脂質(zhì)的異常變化；CKD會(huì)引起血液中TAG水平升高，可能與脂蛋白脂肪酶和極低密度脂蛋白受體下調(diào)導(dǎo)致的TAG清除受損有關(guān)；而NF-κB信號(hào)通路的活化、促氧化和促炎活性的上調(diào)、Nrf2活性及其下游抗氧化劑和細(xì)胞保護(hù)蛋白的下調(diào)也同樣會(huì)導(dǎo)致甘油酯代謝紊亂。Yang等[26]對(duì)曲霉素引起的藥物腎臟脂質(zhì)毒性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，小鼠血清中長(zhǎng)鏈FA、磷脂酰膽堿（phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）等多種脂質(zhì)水平顯著升高，同時(shí)多種TAG（12∶0/16∶1/18∶2，18∶0/18∶1/18∶1，12∶0/16∶0/18∶2，14∶0/16∶0/18∶1）也呈上調(diào)趨勢(shì)；推測(cè)TAG的形成主要受脂質(zhì)積聚的影響，其上調(diào)同時(shí)也伴隨著藥物引起的腎毒性的增強(qiáng)。這些研究提示TAG可作為預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)CKD發(fā)生發(fā)展的潛在生物標(biāo)志物。

2.3 磷脂類脂質(zhì)及其在慢性腎病中的脂質(zhì)組學(xué)研究

磷脂又稱甘油磷脂，是組成細(xì)胞雙分子層的關(guān)鍵成分，在細(xì)胞的生理功能[43]、內(nèi)吞作用[44]和有絲分裂過(guò)程[45]中起重要作用。磷脂的一端為含磷的親水端，另一端為疏水親油的長(zhǎng)烴基鏈。根據(jù)磷脂甘油骨架和極性頭部基團(tuán)的不同，磷脂可分為不同的亞類，如甘油磷脂酸（phosphatidic acid，PA），磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS），PE，PC等（見圖3）。其中，溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA）是相對(duì)分子質(zhì)量最小、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的磷脂。此外，磷脂還可以充當(dāng)信號(hào)分子，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)[46]。磷脂可以被磷脂酶水解1個(gè)?；?，從而代謝成為溶血磷脂，后者表面活性較強(qiáng)，能使紅細(xì)胞及其他細(xì)胞膜破裂，引起溶血或細(xì)胞壞死[45]。磷脂是腎臟脂質(zhì)的主要成分，含量超過(guò)50%。在各類磷脂中，PC和PE與CKD發(fā)病的關(guān)系最為密切。

圖3 磷脂類脂質(zhì)的化學(xué)骨架Figure 3 The chemical skeleton of phospholipids

2.3.1 磷脂酰膽堿PC是真核細(xì)胞膜中最豐富的甘油磷酸脂，在細(xì)胞膜的構(gòu)架中起關(guān)鍵性作用[47]。其參與機(jī)體的抗炎反應(yīng)[48]、膽固醇代謝[49]和神經(jīng)元分化[50]。溶血磷脂酰膽堿（lysophosphatidylcholine，LPC）是血液中含量最豐富的溶血磷脂，其水平與線粒體主要功能（如氧化率）的變化和線粒體的通透性密切相關(guān)[51]。飽和的LPC可致白細(xì)胞外滲和促炎介質(zhì)的形成，從而引發(fā)炎癥反應(yīng)，而多不飽和LPC如LPC 20∶4和LPC 22∶6等可抑制炎癥反應(yīng)[9,52]。研究顯示，與健康對(duì)照組相比，糖尿病腎病大鼠模型[11]和老齡化小鼠模型[11,15]腎臟樣本中的PC均呈下調(diào)趨勢(shì)，LPC水平則顯著性增加。而在賴氨酸尿蛋白不耐受癥導(dǎo)致腎損傷的患者[12]和晚期CKD患者[17]的血液樣本，以及肥胖伴CKD患者[19]和腎小球硬化癥患者[53]的尿液樣本中，PC水平下調(diào)，LPC與磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）水平顯著性增加。

PLA2在腎功能不全和器官損傷中起著關(guān)鍵作用，它可以通過(guò)水解反應(yīng)從PC中除去1個(gè)脂肪酰基，從而產(chǎn)生LPC；這一機(jī)制調(diào)節(jié)了PC的代謝，使得PC在酶的刺激下分解[14,17]。Noh等[25]基于基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像技術(shù)平臺(tái)對(duì)老齡化大鼠的腎臟進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，PLA2在老化的腎小球、管周毛細(xì)血管和血管內(nèi)皮細(xì)胞中均高度表達(dá)，老齡化大鼠有典型的脂質(zhì)沉積，從而導(dǎo)致腎臟中LPC水平顯著升高。

2.3.2 磷脂酰乙醇胺PE是PC生物轉(zhuǎn)化的前體，這類磷脂可以影響細(xì)胞膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)細(xì)胞膜的活化[20]。細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，暴露于PE后，細(xì)胞膜會(huì)失去不對(duì)稱的氨基磷脂，這會(huì)促進(jìn)細(xì)胞的凋亡和自噬[27]。Zhang等[14]發(fā)現(xiàn)，慢性腎小管間質(zhì)性腎病大鼠血清中多種PE（包括38∶1，38∶4，44∶1等）的含量較健康對(duì)照組均顯著下調(diào)。Braun等[11]也發(fā)現(xiàn)，在老齡化腎臟組織中，PE（包括38∶4，38∶6，40∶6等）也顯著性下調(diào)。由于PE在磷脂酰乙醇胺N-甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下可轉(zhuǎn)化為PC，這些研究結(jié)果與上述CKD中PC的下調(diào)具有一致性。

PE并非在所有CKD中均呈下降趨勢(shì)。Afshinnia等[20]檢測(cè)了患有糖尿病腎病的美洲印第安人種的血清樣本，結(jié)果顯示，疾病進(jìn)展程度較高的患者體內(nèi)PE均有顯著性上調(diào)，表明PE豐度和糖尿病腎病的進(jìn)展呈正相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)在前期研究中也從糖尿病腎病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了PE在腎小管細(xì)胞中的聚集[54]，與該觀察結(jié)果一致。隨后，研究人員建立了疾病進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，在該模型中，PE每增加1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，疾病進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)增加1.78倍（95%CI：1.24 ～ 2.57，P= 0.002），證實(shí)PE可作為監(jiān)測(cè)并預(yù)測(cè)早期糖尿病腎病疾病進(jìn)展的生物標(biāo)志物[20]。

2.4 鞘脂類脂質(zhì)及其在慢性腎病中的脂質(zhì)組學(xué)研究

鞘脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征是存在1個(gè)鞘氨醇基團(tuán)（十八碳烯氨基二醇）（見圖4）。這一復(fù)雜的化合物家族包括鞘氨醇（sphingosine，Sph）、神經(jīng)酰胺（ceramide，Cer）、鞘磷脂（sphingomyelin，SM）、糖類鞘氨醇（腦苷）及各類的衍生物。其中，Cer是所有鞘脂的基本結(jié)構(gòu)。鞘脂是真核細(xì)胞中的主要脂質(zhì)之一，在細(xì)胞的多種生物學(xué)反應(yīng)和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮著重要的作用。鞘脂代謝紊亂與糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎、腎臟疾病、心血管疾病、免疫和炎癥過(guò)程以及神經(jīng)退行性疾病有關(guān)[55]。其中，與CKD密切相關(guān)的鞘脂包括Cer與SM，二者也是血液循環(huán)中含量最豐富的鞘脂。

圖4 鞘脂類脂質(zhì)的化學(xué)骨架Figure 4 The chemical skeleton of sphingolipids

2.4.1 神經(jīng)酰胺Cer又名?；窠?jīng)鞘胺醇，是一類由神經(jīng)鞘氨醇和長(zhǎng)鏈FA通過(guò)共價(jià)縮合而成的物質(zhì)，當(dāng)細(xì)胞受到紫外線照射、熱擊、化療藥物等外界條件刺激后，內(nèi)源性的Cer開始合成并作為細(xì)胞內(nèi)第二信使，參與細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等多種生理、病理過(guò)程。冠心病、高血壓、肥胖、糖尿病患者Cer水平升高，富含Cer的低密度脂蛋白可導(dǎo)致胰島素抵抗，并促進(jìn)炎癥因子白細(xì)胞介素-6介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)[56-57]。老年小鼠腎臟內(nèi)，Cer總量顯著降低；老年腎髓質(zhì)中酸性神經(jīng)酰胺酶（Asah1）含量升高，可催化Cer降解[11,25]。Cer的減少可以改變細(xì)胞存活、凋亡、遷移和細(xì)胞骨架排列。其酶解產(chǎn)物的磷酸化形式S1P是5種G蛋白偶聯(lián)受體的配體，已被證實(shí)可直接介導(dǎo)腎纖維化。因此，Cer水平的下調(diào)可能直接影響腎臟的衰老過(guò)程。

Lopes-Virella等[24]研究發(fā)現(xiàn)，隨著1型糖尿病伴蛋白尿患者蛋白尿的進(jìn)展，乳糖Cer（C24:1-L，C26-L和C26:1-L）顯著性降低，但與eGFR變化無(wú)關(guān)；與維持持續(xù)正常腎功能的患者相比，1型糖尿病伴腎功能不全患者的己糖Cer C24:1-H呈下降趨勢(shì)，而Cer C18-H，Cer C18:1-H，Cer C20-H，Cer C20:1-H以及Cer C26-H有所上調(diào)；糖尿病會(huì)導(dǎo)致多個(gè)組織中FA碳鏈延伸率下降，從而導(dǎo)致長(zhǎng)鏈FA的形成減少，因此，長(zhǎng)鏈Cer及其衍生物的水平也隨之減少；該研究證實(shí)了一些長(zhǎng)鏈Cer與蛋白尿的風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)，血漿中Cer水平的變化能夠預(yù)測(cè)1型糖尿病患者的蛋白尿的發(fā)生。目前，這些鞘脂在腎臟中的積聚是否與糖鞘脂在尿液中的排泄增加相關(guān)尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

2.4.2 鞘磷脂SM是真核細(xì)胞和血漿中含量最豐富的鞘脂。其是細(xì)胞膜的組成部分之一，參與了機(jī)體的炎癥反應(yīng)[58]、細(xì)胞死亡[55]和自噬過(guò)程[59]。SM是Cer的下游產(chǎn)物，是由Cer的C1羥基上連接了磷酸膽堿或磷酸乙醇胺構(gòu)成的鞘脂，二者可通過(guò)鞘磷脂磷酸二酯酶和神經(jīng)酰胺激酶相互轉(zhuǎn)化[60]。

在CKD[11]、老齡化[11,25]及藥物腎毒性[26]模型中，SM均呈下調(diào)趨勢(shì)。Noh等[25]發(fā)現(xiàn)，在老齡化小鼠腎臟皮質(zhì)中，Cer與SM水平顯著降低，在腎髓質(zhì)中則無(wú)明顯差異。Braun等[11]亦發(fā)現(xiàn)，在老齡化小鼠的腎臟中Cer與SM的水平有所下調(diào)。Zhao等[10]對(duì)糖尿病腎病模型大鼠的腎臟進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎病狀態(tài)下SM（d18:1/16:1，d20:1/23:0，dC18:1/C16:0）均較健康對(duì)照組有顯著性下調(diào)，給予柴黃益腎方治療后則有所回調(diào)，推測(cè)SM異?？赡芘c鞘脂代謝酶的異常表達(dá)有關(guān)。Yang等[26]通過(guò)脂質(zhì)組學(xué)方法研究了曲霉素A的腎毒性，發(fā)現(xiàn)在模型小鼠腎臟中，SM（d16:1/25:0，d16:1/24:0，d16:1/25:1，d16:1/23:0）下調(diào)，而鞘磷脂酶（sphingomyelinase, SMase）上調(diào)，在給予曲克蘆丁解毒后，SM與SMase均回調(diào)；SMase是SM和氯調(diào)節(jié)通道激活的上游調(diào)節(jié)劑，其上調(diào)可導(dǎo)致毒性的累積，曲克蘆丁可能通過(guò)減輕SMase的上調(diào)和調(diào)控受損腎臟中氯調(diào)節(jié)通道的活化來(lái)改善曲霉素A的腎毒性。

2.5 甾醇類脂質(zhì)及其在慢性腎病中的脂質(zhì)組學(xué)研究

甾醇是由乙酰輔酶A合成的兩親性脂質(zhì)，以稠合的四環(huán)結(jié)構(gòu)作為核心（見圖5）。甾醇參與細(xì)胞膜的合成，影響膜流動(dòng)性和滲透性，并在多個(gè)生理過(guò)程中充當(dāng)了信號(hào)分子和激素等作用[49]。人體中含量最多的甾醇是膽固醇，其可調(diào)節(jié)人體的多種生理功能狀態(tài)[49]。

圖5 甾醇類脂質(zhì)的化學(xué)骨架Figure 5 The chemical skeleton of sterol lipids

目前，CKD相關(guān)研究中關(guān)于甾醇類脂質(zhì)的研究相對(duì)較少。Afshinnia等[15]研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者血清膽固醇的下游代謝物膽固醇酯（cholesterol ester, CE）的水平顯著下降，推測(cè)這可能與蛋白激酶C和有絲分裂原蛋白酶被激活，使得CE在腎小球皮質(zhì)或腎小管中的利用率增加有關(guān)。Rampanelli等[19]對(duì)肥胖伴CKD患者的腎臟樣品進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，肥胖伴CKD患者膽固醇和磷脂的水平明顯上調(diào)，原因可能是近端小管上皮細(xì)胞磷脂堆積，阻礙了膽固醇的外排。

2.6 脂質(zhì)間的生物轉(zhuǎn)化

結(jié)合上述研究可見，CKD疾病狀態(tài)下，機(jī)體內(nèi)脂肪酰基類、甘油酯類、磷脂類、鞘脂類、甾醇類5類脂質(zhì)均會(huì)發(fā)生不同程度的代謝紊亂：血液中SFA會(huì)因種類不同而呈現(xiàn)上升或下降的不同變化趨勢(shì)，PUFA在血液中通常呈下降趨勢(shì)，在腎臟中則多呈上升趨勢(shì)；血液中DAG多呈下調(diào)趨勢(shì)，而TAG多呈上調(diào)趨勢(shì)；腎臟和尿液中PC下調(diào)，LPC水平顯著增加；血液中PE在多數(shù)CKD中呈下調(diào)趨勢(shì)，但在患者血液中呈上調(diào)趨勢(shì)，且與糖尿病腎病疾病進(jìn)展緊密相關(guān)；腎臟中Cer總量的減少與腎臟衰老直接相關(guān)，1型糖尿病患者血漿中Cer水平的變化則能夠預(yù)測(cè)患者蛋白尿的發(fā)生，而SM在CKD狀態(tài)下往往呈下調(diào)趨勢(shì)；CKD狀態(tài)下，腎臟膽固醇水平會(huì)明顯升高。需要指出的是，上述結(jié)果僅僅是某一類CKD疾病模型的研究發(fā)現(xiàn)，不一定適用于所有CKD，但可為研究CKD的發(fā)病機(jī)制和治療手段提供重要參考，深入挖掘并驗(yàn)證上述各種變化間的內(nèi)在聯(lián)系對(duì)于最終全面描述CKD狀態(tài)下脂質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)的整體變化模式十分必要。上述5類脂質(zhì)間可能的相互轉(zhuǎn)化通路情況見圖6。

圖6 脂肪酰基類、甘油酯類、磷脂類、鞘脂類、甾醇類脂質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程Figure 6 Biotransformation process of fatty acyl lipids, glyceride lipids, phospholipids, sphingolipids and sterol lipids

甘油酯的合成從FA開始，然后通過(guò)多種酶依次轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)PA和PA。脂素1-3（lipin1-3，LPIN1-3）可將PA轉(zhuǎn)化為DAG，這一步驟可被二酰甘油激酶（diacylglycerol kinase，DGK）所逆轉(zhuǎn)。從DAG開始，1個(gè)FA基團(tuán)可以通過(guò)二酰甘油-?；D(zhuǎn)移酶1-2（diacylglycerol acyltransferase 1-2，DGAT1-2）添 加到甘油結(jié)構(gòu)的主干中，從而產(chǎn)生TAG，這一步驟可以被激素敏感性脂肪酶（hormone-sensitive triglyceride lipase，HSL）所逆轉(zhuǎn)。此外，二?；视椭久窤/B（diacylglycerol lipase A/B，DAGLA/B）可以從DAG中去除1個(gè)FA基團(tuán)，從而產(chǎn)生MAG。甘油磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶（glycerol-phosphate acyltransferase，GPAT）可以將FA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)PA，這是磷脂代謝轉(zhuǎn)化的開始。1-?；视?3-磷酸O-?；D(zhuǎn)移酶1-5（1-acylglycerol-3-phosphateO-acyltransferase1-5，AGPAT1-5）可將LPA代謝為PA；而通過(guò)磷脂酶A2（phospholipaseA2，PLA2），該反應(yīng)可被逆轉(zhuǎn)，將PA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)PA。隨后，DAG可通過(guò)膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶1（choline phosphotransferase 1，CHPT1）轉(zhuǎn)化為PC，或通過(guò)乙醇胺磷酸轉(zhuǎn)移酶1（ethanolaminephosphotransferase 1，EPT1）轉(zhuǎn)化為PE。磷脂酰乙醇胺N-甲基轉(zhuǎn)移酶（phosphatidylethanolamineN-methyltransferase，PEMT）可將PE轉(zhuǎn)化為PC。PC和PE都是磷脂酰絲氨酸合成酶1（phosphatidylserine synthase 1，PTDSS1）合成PS的前體，而磷脂酰絲氨酸脫羧酶（phosphatidylserine decarboxylase，PISD）可逆轉(zhuǎn)PE向PS的轉(zhuǎn)化。此外，PA可代謝為胞苷二磷酸二酰甘油（cytidine diphosphatediacylglycerol，CDP-DAG），然后通過(guò)不同通路轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）和磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol，PG）。

在FA轉(zhuǎn)化為Cer后，鞘磷脂合成酶1-2（sphingomyelin synthase 1-2，SGMS1-2）可將PC與Cer結(jié)合，生成SM；而鞘磷脂磷酸二酯酶1（sphingomyelin phosphodiesterase 1，SMPD1）可將SM代謝為Cer。Cer也可通過(guò)N-?；拾贝减０匪饷?-2（Nacylsphingosine amidohydrolase 1-2，ASAH1-2）轉(zhuǎn)化為Sph，該過(guò)程可依次通過(guò)神經(jīng)酰胺合酶1（ceramide synthase 1，CerS1）的作用逆轉(zhuǎn)。Cer可通過(guò)添加半乳糖分子來(lái)進(jìn)行糖基化反應(yīng)，生成半乳糖基神經(jīng)酰胺（glucosylceramide，Glc-Cer）。另外，乙酰輔酶A（acetyl coenzyme A，acetyl-CoA）是甾醇類脂質(zhì)代謝的源頭，通過(guò)復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程，可代謝為膽固醇（cholesterol，Cho）。Cho可被氧化成多種固醇類化合物，還可以通過(guò)磷脂酰膽堿-甾醇?；D(zhuǎn)移酶（lecithin-cholesterol acyltransferase，LCAT）與FA結(jié)合，從而合成CE。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

過(guò)去幾年中，CKD相關(guān)的脂質(zhì)研究主要集中在脂蛋白或主要腎功能指標(biāo)的變化趨勢(shì)上。CKD患者具有較高的心血管病變率，這是腎臟疾病患者過(guò)早死亡的主要原因，血脂的異常也導(dǎo)致了這種風(fēng)險(xiǎn)的增加[2]。對(duì)于合并動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的CKD患者，既往CKD的脂質(zhì)參數(shù)信息已無(wú)法解釋其病理機(jī)制[33]。故此，脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)開始在CKD研究中得到大規(guī)模應(yīng)用。目前研究表明，CKD狀態(tài)下的脂質(zhì)譜以DAG降低[15,18,20]、TAG升高[19,12,26]、PC下調(diào)[10,16-17,25]、SM下調(diào)[11,22,26]等代謝變化為特點(diǎn)，伴有多種脂肪酸與甾醇類化合物的代謝紊亂。作為脂質(zhì)研究強(qiáng)有力的手段，脂質(zhì)組學(xué)方法可以幫助研究者發(fā)現(xiàn)CKD疾病狀態(tài)下紊亂的脂質(zhì)代謝物及其相關(guān)通路，為CKD的預(yù)測(cè)與治療提供了新的角度。

由于脂質(zhì)是一個(gè)極其龐大且復(fù)雜的生物分子群，目前尚缺乏關(guān)于脂質(zhì)生物學(xué)意義的精確闡釋，這就帶來(lái)了兩大挑戰(zhàn)。首先，由于分離方法的局限性，目前很難對(duì)樣品中所有脂質(zhì)的特征進(jìn)行全方位描述，故無(wú)法對(duì)所有脂類同時(shí)分析，特別是受到同分異構(gòu)體等存在的阻礙；其次，目前精確測(cè)定各種脂質(zhì)濃度的方法尚在不斷完善中[4]，這阻礙了脂質(zhì)研究的進(jìn)展與可靠數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，而這些數(shù)據(jù)庫(kù)反過(guò)來(lái)又阻礙了研究者確定脂質(zhì)種類組合在機(jī)體中具體起到哪些作用[61]。

在過(guò)去30年中，基于質(zhì)譜技術(shù)的數(shù)據(jù)采集方法不斷改進(jìn)，這些技術(shù)的進(jìn)步以及數(shù)據(jù)解析能力的提高為解決臨床實(shí)際問題提供了新的機(jī)會(huì)。所以，研究者有必要進(jìn)行廣泛的臨床結(jié)果研究，以評(píng)估脂質(zhì)作為生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用效果?；谂R床樣本的脂質(zhì)組學(xué)研究，尤其是靶向脂質(zhì)組學(xué)是未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)。脂質(zhì)組學(xué)不僅在生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)方面有實(shí)用價(jià)值，也是在系統(tǒng)生物學(xué)背景下發(fā)現(xiàn)并揭示代謝紊亂趨勢(shì)的有力工具。有足夠證據(jù)表明，脂質(zhì)在CKD或藥物導(dǎo)致的腎損傷發(fā)展中起著核心作用，有作為評(píng)價(jià)疾病進(jìn)展或藥物治療作用的生物標(biāo)志物的潛質(zhì)[2-3]。但目前的脂質(zhì)研究不夠系統(tǒng)，阻礙了研究者對(duì)脂質(zhì)參與的特定病理機(jī)制的闡述。因此，需要借助先進(jìn)的分析技術(shù)，深入開展腎臟疾病的脂質(zhì)組學(xué)研究，并整合代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)、基因組學(xué)和分子生物學(xué)等多學(xué)科的相關(guān)研究，推動(dòng)腎臟疾病生物標(biāo)志物和藥物治療靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和最終確定。