自身免疫性甲狀腺疾病的代謝組學(xué)研究進展*

汪曉露 趙 勇 謝 敏△ 左新河

1湖北中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)臨床學(xué)院，武漢 430061 湖北省中醫(yī)院2內(nèi)分泌科，3甲狀腺疾病診療中心，武漢 430074

代謝組學(xué)(metabonomics)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄物組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后發(fā)展起來的一門新興組學(xué)，能定性、定量分析生物體受干擾后其代謝中間物和終產(chǎn)物的變化，反映代謝動態(tài)規(guī)律，從而研究生物體代謝途徑[1]。代謝組學(xué)能以微觀的視角去解析疾病，因而被廣泛運用于各類自身免疫性疾病的篩查、診斷、治療及預(yù)后等研究領(lǐng)域。近年來自身免疫性甲狀腺疾病在甲狀腺類疾病中發(fā)病率頗高，尤以女性群體多發(fā)，其發(fā)病具有家族性，目前發(fā)病機制尚未完全可知，精準(zhǔn)治療還有一定難度[2]。代謝組學(xué)的微觀視角能夠科學(xué)闡明自身免疫性甲狀腺疾病的本質(zhì)，可為其下一步的研究及精準(zhǔn)治療提供參考，現(xiàn)本文就代謝組學(xué)在自身免疫性甲狀腺疾病的研究進展進行綜述。

1 代謝組學(xué)

代謝組學(xué)主要測量細(xì)胞、組織、器官和生物系統(tǒng)中的代謝物濃度，以系統(tǒng)的方式研究新陳代謝中涉及的化學(xué)過程[3]。代謝物包括細(xì)胞代謝的所有中間體和產(chǎn)物，是生物系統(tǒng)中代謝產(chǎn)物的全部集合，由于代謝物是低分子量并且經(jīng)常分泌到易于獲得的體液如血液和尿液中，對代謝物進行取樣后運用現(xiàn)代技術(shù)進行疾病診斷、治療與預(yù)后的探索因此成為可能[4]。代謝組學(xué)研究主要采用核磁共振(NMR)和質(zhì)譜(MS)與不同的分離技術(shù)相結(jié)合的方式，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)及毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用(CE-MS)等聯(lián)用技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用[5]。臨床代謝組學(xué)通過同時測量單個樣本中的數(shù)百種代謝物，提供了一種全面的方法來識別跨多個生化途徑的代謝調(diào)控[6]。

2 代謝組學(xué)與自身免疫性疾病

自身免疫性疾病(autoimmune disease，AID)是自身細(xì)胞和體液對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損害的一類疾病，該病可分為系統(tǒng)性自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)和器官特異性自身免疫性疾病如自身免疫性甲狀腺病(autoimmune thyroid disease，AITD)和自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis，AIH)等，不同的AID在遺傳背景和致病機制之間存在交叉[7-8]。目前代謝途徑被視為免疫的重要調(diào)節(jié)劑，能夠影響AID的發(fā)生和發(fā)展，不同的代謝途徑通過提供能量和特定生物合成前體來調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的生長、分化、存活和活化，因此調(diào)控代謝可被認(rèn)為是治療AID的途徑[9-10]。慢性代謝壓力和AID易感性有一定聯(lián)系，受遺傳和表觀遺傳等因素的影響，外周組織的長期代謝過載可能會通過改變免疫細(xì)胞，尤其是Treg細(xì)胞的能量代謝來影響免疫自身耐受性。由此，當(dāng)組織和免疫細(xì)胞在體內(nèi)的平衡機制被打破就會導(dǎo)致AID的發(fā)生[11]。

2.1 AID生物標(biāo)志物的代謝組學(xué)研究

一項研究[12]通過GC-MS對多個AID血清總脂肪酸(TFAs)進行靶向代謝組學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，血清TFAs的代謝產(chǎn)物與AID的存在有關(guān)，可作為早期診斷的輔助參考指標(biāo)。Zhang等[13]在糞便代謝紊亂與SLE發(fā)病機制之間相關(guān)性的研究中，利用代謝組學(xué)技術(shù)比較了SLE患者和健康對照者糞便樣本的代謝譜后發(fā)現(xiàn)，2組間鑒定出23種差異代謝物和5種干擾途徑，表明糞便代謝物可能成為SLE的非侵入性生物標(biāo)志物。Zhou等[14]利用代謝組學(xué)方法在刀豆蛋白A誘導(dǎo)的AIH小鼠血清中發(fā)現(xiàn)了14種被視為與早期肝損傷有相關(guān)性的代謝產(chǎn)物，此外運用偏最小二乘回歸分析發(fā)現(xiàn)甘油磷脂、膽汁酸和視黃醇的代謝與臨床預(yù)后高度相關(guān)。代謝組學(xué)方法能用來闡明與疾病進展相關(guān)的內(nèi)源性代謝物水平的變化，有助于進一步了解疾病的分子機制。

2.2 AID代謝通路與代謝途徑研究

Pang等[15]利用代謝組學(xué)探尋甲氨蝶呤治療RA的機制，通過分析報告了3個干擾代謝性炎癥相關(guān)的途徑包括花生四烯酸、亞油酸和鞘脂代謝；結(jié)果表明甲氨蝶呤可通過抑制NF-κB和NLRP3/Caspase-1通路的激活從而抑制關(guān)節(jié)炎癥的發(fā)生，還能調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)。胡金波等[16]發(fā)現(xiàn)SLE的發(fā)病對體內(nèi)不飽和脂肪酸和氨基酸代謝通路有顯著影響，在SLE小鼠中花生四烯酸12-脂氧合酶的代謝途徑受到明顯影響，體內(nèi)不飽和脂肪酸和氨基酸的代謝紊亂，可能會加劇SLE發(fā)病時全身炎癥反應(yīng)。雖然AID表現(xiàn)在各種不同的器官和組織中，但它們具有共同的代謝紊亂特征，免疫細(xì)胞代謝的改變與AID的發(fā)病機理密切相關(guān)，這使得代謝紊亂成為AID新的研究點[17]。

3 代謝組學(xué)與AITD

AITD是一種由遺傳、環(huán)境和內(nèi)源性等多種因素所引起的疾病，是典型的器官特異性自身免疫性疾病，以甲狀腺局部淋巴細(xì)胞浸潤和甲狀腺自身抗體的產(chǎn)生為特征，但引發(fā)甲狀腺自身免疫反應(yīng)的機制目前仍不清楚[18]。臨床主要表現(xiàn)為破壞性的炎癥過程如橋本甲狀腺炎(Hashimoto thyroiditis，HT)，是甲狀腺功能減退的主要原因；或者是受抗體介導(dǎo)的疾病如Graves病(Graves’disease，GD)，是甲狀腺功能亢進的主要原因。

3.1 代謝組學(xué)用于GD與HT代謝產(chǎn)物的研究

GD以高代謝率為主要表現(xiàn)而HT以低代謝率為主要表現(xiàn)，在多數(shù)情況下二者的代謝狀態(tài)是相反的。Liu等[19]運用代謝組學(xué)研究了由GD導(dǎo)致的甲狀腺功能亢進癥患者及HT導(dǎo)致的甲狀腺功能減退癥患者的血清代謝模式，發(fā)現(xiàn)了186種代謝產(chǎn)物包括氨基酸、膽汁酸、游離脂肪酸等。相比對照組而言，甲狀腺功能亢進組中的22種代謝物和甲狀腺功能減退癥組中的17種代謝物發(fā)生了顯著變化。經(jīng)過途徑分析表明，甲狀腺功能亢進組對精氨酸、脯氨酸代謝及氨?；D(zhuǎn)移核糖核酸(tRNA)生物合成有顯著影響，而甲狀腺功能減退組對丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝有顯著影響。Song等[20]通過UFLC-MS/MS測量了AITD患者的多胺代謝物，包括多胺前體、多胺和多胺分解代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GD和HT患者的L-精氨酸、L-鳥氨酸、賴氨酸和丙氨酸水平明顯高于健康對照組，腐胺、1，3-二氨基丙烷、精胺、N-乙?；野彼崴絼t顯著低于健康對照組。研究表明雖然GD、HT會導(dǎo)致2種相反的甲狀腺功能障礙狀態(tài)，但二者可能存在共同的自身免疫、病理生理基礎(chǔ)或代謝途徑。GD與HT患者血清代謝物的變化是由于自身免疫還是甲狀腺激素水平不同所導(dǎo)致，基于目前的研究去判定尚有一定難度，還有待進一步的研究去探索。

3.2 代謝組學(xué)用于GD患者接受藥物治療后的研究

甲狀腺功能亢進與多種代謝變化有關(guān)，會導(dǎo)致體質(zhì)量減輕和胰島素抵抗，而GD患者經(jīng)過治療后甲狀腺功能從亢進變?yōu)檎：蟮纳碜兓瘷C制尚不清楚。Al-Majdoub等[21]觀察了瑞典GD患者接受藥物治療后甲狀腺功能恢復(fù)正常過程，通過代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)GD治療前后酰基肉堿水平發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為中鏈和短鏈酰基肉堿變化不一致，葡萄糖和氨基酸代謝產(chǎn)生的?；鈮A增加，而脂肪酸氧化產(chǎn)生的?；鈮A減少，但變化產(chǎn)生的原因是由于甲狀腺功能恢復(fù)所致還是繼發(fā)性改變尚未得到證實。Chng等[22]則研究了中國GD患者接受藥物治療后從甲狀腺功能亢進癥轉(zhuǎn)變?yōu)榧谞钕俟δ苷５拇x組學(xué)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)空腹C2、中鏈、長鏈和整體?；鈮A均顯著減少，研究結(jié)果為甲亢治療后燃料代謝和能量平衡的變化提供了一個綜合的觀點。Al-Majdoub與Chng的研究結(jié)果略有不同，可能是由于亞洲人與歐洲人的新陳代謝差異、BMI差異及飲食習(xí)慣不同，代謝組學(xué)研究補充了GD患者接受藥物治療后甲狀腺功能變化的生理變化，為GD患者的臨床特征和治療提供了新的見解。

3.3 代謝組學(xué)用于鑒別GD和Graves眼病的研究

Graves眼病(Graves’ophthalmopathy，GO)是GD最常見的甲狀腺外表現(xiàn)，主要是由于眼眶結(jié)締組織和眼外肌肉炎癥所導(dǎo)致[23]。GO可發(fā)生在甲亢前、甲亢治療中及治療后，然而目前還沒有簡單的血清標(biāo)志物能用來診斷GO。眼病不同的嚴(yán)重程度其治療側(cè)重點也有不同，GO的早期診斷和正確分期對治療方式和治療時機的選擇十分重要[24]。Ji等[25]在用GC-MS鑒別GO和GD的研究中發(fā)現(xiàn)，脯氨酸和1，5-脫水葡萄糖醇的組合被確定為GO特異性調(diào)節(jié)劑，有助于健康對照組、GO組和不含GO的GD組之間相鑒別。通過對GO患者組織代謝物譜的對比分析，推測出眼眶脂肪結(jié)締組織與生物流體之間的代謝聯(lián)系，即富馬酸、脯氨酸、苯丙氨酸和甘油與血液代謝物協(xié)調(diào)改變。Byeon等[26]采用納米流動超高壓液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(nUPLC-ESIMS/MS)對GD和GO患者血漿和尿液中的脂質(zhì)進行了定性和定量分析，分析顯示雖然GD與GO患者脂質(zhì)情況相似，但是觀察到在一些脂質(zhì)方面二者還是存在不同，其中1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)在GD和GO患者的血漿和尿液樣本均顯著增加，但在GO中變化程度明顯大于GD，故S1P可作為潛在標(biāo)記物在分子水平上區(qū)分GO和GD。

4 總結(jié)與展望

中醫(yī)注重整體思維，代謝組學(xué)研究以整體、動態(tài)、綜合、分析為特點，具有系統(tǒng)思維，代謝組學(xué)能夠成為中西醫(yī)之間潛在的橋梁，有利于將循證中醫(yī)與微觀生物學(xué)聯(lián)系起來[27-28]。目前臨床尚有針對AITD自身抗體升高切療效確切的中藥復(fù)方，中醫(yī)方證代謝組學(xué)研究可通過代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)方劑內(nèi)直接發(fā)揮治療作用的物質(zhì)，可建立方劑的有效性評價及安全體系，有利于豐富AITD的治療手段，還能促進中醫(yī)藥的科學(xué)研究和現(xiàn)代化發(fā)展[29]。

但目前研究仍有些局限性：一是研究的疾病類型尚不全面，目前研究主要集中在甲狀腺功能異常的AITD，而臨床上僅表現(xiàn)為甲狀腺自身抗體升高而無癥狀及甲狀腺功能正常的患者比例會更高，這類疾病還等待運用代謝組學(xué)去探索與認(rèn)識；二是代謝物的范圍及來源有限，目前研究主要采用患者的血液與尿液來進行研究，而免疫系統(tǒng)具有復(fù)雜性，應(yīng)當(dāng)擴大代謝物的范圍及來源；三是樣本問題，目前的研究樣本量不足，并且未排除樣本基礎(chǔ)新陳代謝、人種、飲食等差異對結(jié)果的影響；四是目前的研究還停留在認(rèn)識疾病的層面，即尋找代謝物變化與特定疾病之間的相關(guān)性，除了用于疾病的診查，未來還應(yīng)開展涉及對失調(diào)代謝物進行臨床干預(yù)治療的研究。

代謝組學(xué)有助于探索疾病生物標(biāo)志物和了解疾病相關(guān)代謝水平，進一步深入研究代謝組學(xué)在AITD中的作用，可為AITD的篩查、診斷和預(yù)后提供有效依據(jù)，也為精準(zhǔn)治療提供新的研究思路與路徑。