冠心病痰濁證病人代謝組學(xué)通路分析

陳 浩，梁 盼，任 維，楊思進

代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后一種新的組學(xué)方法[1-2]，代謝組學(xué)測定的物質(zhì)主要是生物體代謝產(chǎn)物，多為一些參與生物體新陳代謝、維持生命活動正常功能和生長發(fā)育的小分子化合物。目前，代謝組學(xué)技術(shù)平臺主要有核磁共振(NMR)技術(shù)、質(zhì)譜(MS)及其聯(lián)用技術(shù)如氣相色譜-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)等[3]。易敏等[4]運用1H-NMR技術(shù)、具星等[5]運用LC-MS技術(shù)、王廣基等[6]運用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜(GC-TOF/MS)技術(shù)檢測該證型的代謝差異物，這些代謝物質(zhì)的異常變化提示病人體內(nèi)可能存在脂質(zhì)、氨基酸、維生素、嘌呤等多種代謝途徑紊亂。但是，鑒于各個課題使用的代謝組學(xué)技術(shù)平臺不盡相同，所鑒定的代謝產(chǎn)物也存在差異，且大多研究并未進行代謝產(chǎn)物的代謝通路分析。本研究匯總各研究的代謝產(chǎn)物，并進行代謝通路分析，從分子水平解釋冠心病痰濁證可能存在的發(fā)病機制。

1 資料與方法

1.1 文獻檢索 檢索PubMed、EMbase、Web of Science、中國生物醫(yī)學(xué)文獻數(shù)據(jù)庫(SinoMed)、中國知網(wǎng)、萬方、維普數(shù)據(jù)庫自建庫至2021年11月1日收錄的冠心病痰濁證病人血漿代謝組學(xué)研究。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn) ①文獻的形式包括期刊、碩博學(xué)位論文、會議論文及會議摘要；②文獻包含完整的代謝組學(xué)方法、結(jié)果、結(jié)論信息；③研究類型為冠心病痰濁證血漿代謝組學(xué)研究。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn) ①重復(fù)文獻；②綜述；③病案或病例報道；④中醫(yī)理論探討；⑤其他疾病，⑥非冠心病痰濁證血漿代謝組學(xué)研究；⑦方法、結(jié)果、結(jié)論信息不完整或?qū)嶒灧桨冈O(shè)計不科學(xué)、不合理的文獻。

1.4 代謝組學(xué)中代謝產(chǎn)物的確定 統(tǒng)計代謝產(chǎn)物，重復(fù)者只統(tǒng)計1次。研究中未確定的產(chǎn)物暫不收錄。使用metPA網(wǎng)站(metpa.Metabolomics.ca/)對代謝產(chǎn)物名稱注釋進行轉(zhuǎn)換，對未能識別的代謝產(chǎn)物使用人類代謝組數(shù)據(jù)庫(http：//www.hmdb.ca/)、PubChem數(shù)據(jù)庫、京都基因和基因組百科全書(KEGG，http：//www.genome.jp)進行手工逐一檢索確認。

1.5 冠心病痰濁證代謝通路分析 使用HMDB數(shù)據(jù)庫對潛在診斷標(biāo)志物進行匹配、注釋，KEGG分析信號通路，metPA網(wǎng)絡(luò)軟件對代謝通路進行可視化分析。

2 結(jié) 果

2.1 文獻檢索結(jié)果及納入文獻代謝組學(xué)方法 共檢索到文獻294篇，其中PubMed 5篇、EMbase 0篇、Web of Science 6篇、SinoMed 14篇、中國知網(wǎng)57篇、萬方146篇、維普66篇。剔除重復(fù)和數(shù)據(jù)相同的文獻，最終納入5項研究[4-8]。文獻檢索流程圖見圖1，納入文獻使用代謝組學(xué)方法及潛在診斷標(biāo)志物見表1。

圖1 文獻篩選流程圖

表1 納入文獻使用代謝組學(xué)方法及潛在診斷標(biāo)志物

2.2 代謝組產(chǎn)物通路檢索匹配情況 獲取代謝產(chǎn)物69種，代謝產(chǎn)物基本情況見表2。

2.3 代謝產(chǎn)物路徑分析 MetPA分析顯示，69個代謝產(chǎn)物主要參與了45條代謝路徑(見表 3、圖2)。經(jīng)拓撲分析計算影響值后，有24條(P<0.05)代謝通路可能作為冠心病痰濁證的代謝通路。部分代謝通路結(jié)構(gòu)圖見圖3～圖7。

表3 代謝通路分析

圖2 通路分析概要圖

圖3 Aminoacyl-tRNA biosynthesis代謝通路的結(jié)構(gòu)圖

圖4 Biosynthesis of unsaturated fatty acids代謝通路的結(jié)構(gòu)圖

圖5 Purine metabolism代謝通路的結(jié)構(gòu)圖

圖6 Valine，leucine and isoleucine biosynthesis代謝通路的結(jié)構(gòu)圖

圖7 Valine，leucine and isoleucine degradation代謝通路的結(jié)構(gòu)圖

3 討 論

代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)后又一重要組學(xué)方法，在尋找病證的生物學(xué)基礎(chǔ)、特異性代謝產(chǎn)物及確定中醫(yī)證候相關(guān)代謝譜方面具有重要作用[9]。在疾病代謝通路研究中的經(jīng)典研究思路是確定某一病癥，通過非靶向代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)代謝差異物，匹配代謝通路，確立一條或幾條顯著差異的代謝通路并進行驗證，同時在顯著差異的代謝通路中尋找潛在治療靶點[10]，借助此方法不僅可以深入研究冠心病的發(fā)生機制，更能為冠心病治療藥物的開發(fā)提供有力手段[11]。

冠心病診斷的生物標(biāo)志物范圍廣，涉及磷脂代謝、能量代謝、脂肪酸分解、腸道微生物代謝物等[12]，且在中醫(yī)不同證型中生物標(biāo)志物和代謝通路也存在差異。在氨酰-tRNA生物合成這一代謝通路中，組氨酸(C00135)、苯丙氨酸(C00079)、精氨酸(C00062)、谷氨酰胺(C00064)、甘氨酸(C00037)、天冬氨酸(C00049)、纈氨酸(C00183)、丙氨酸(C00041)、異亮氨酸(C00407)、亮氨酸(C00123)、酪氨酸(C00082)、脯氨酸(C00148)、谷氨酸(C00025)13種上調(diào)物質(zhì)參與其中。組氨酸在組氨酸脫羧酶的催化下生成組胺，過多的組胺可導(dǎo)致冠狀動脈收縮，使冠狀動脈血流減少，加重心肌缺血，其釋放水平與心肌缺血程度呈正相關(guān)[13]。苯丙氨酸經(jīng)苯丙氨酸羥化酶催化生成酪氨酸，酪氨酸可通過刺激腦內(nèi)兒茶酚胺的合成而降低血壓[14]。一氧化氮(NO)為內(nèi)皮血管擴張劑，對心血管有保護作用，但NO與超氧化物生成量的增加會誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化，影響細胞成分并加速動脈粥樣硬化的形成[15]。谷氨酰胺可通過促進M2巨噬細胞的極化、抑制NO過量引起的硝化應(yīng)激、阻斷活性氧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷等方式抑制動脈粥樣硬化性疾病的發(fā)生和發(fā)展[16]。精氨酸、谷氨酸、組氨酸、甘氨酸亦可調(diào)節(jié)NO濃度，從而改善動脈的僵硬程度，調(diào)節(jié)中央動脈血壓[15]。研究顯示，血漿纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸水平與動脈粥樣硬化性疾病也呈正相關(guān)[17]。丙氨酸升高使無氧代謝增強，造成ATP合成減少；但谷氨酰胺可通過谷氨酰胺異化轉(zhuǎn)化為糖，為機體提供能量，氨酰-tRNA生物合成通路中上述物質(zhì)的水平上調(diào)，促進了冠狀動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展[18-19]。

在不飽和脂肪酸的生物合成代謝路徑中參與的上調(diào)物質(zhì)有棕櫚酸(C00249)、油酸(C00712)、花生四烯酸(C00219)、二十二碳六烯酸(C06429)、α-亞麻酸(C06427)。亞油酸代謝后產(chǎn)生花生四烯酸，花生四烯酸能夠刺激血管壁生成具有誘導(dǎo)炎癥、收縮血管、促進冠心病發(fā)展的前列環(huán)素(PGI2)和血栓素A2(TXA2)[20-21]。α-亞麻酸可進一步代謝為二十二碳六烯酸，二者對動脈粥樣硬化有保護作用[22]。血清棕櫚酸-油酸比率可能是冠心病風(fēng)險評估和預(yù)測的新因素[23]。

在嘌呤代謝途徑中，谷氨酰胺(C00064)、肌苷(C00294)、脫氧腺苷(C00559)、次黃嘌呤(C00262)、尿酸(C00366)上調(diào)參與其中。在心臟缺血開始時ATP迅速耗盡[24]，導(dǎo)致ATP分解代謝副產(chǎn)物的細胞積累，并依次將 AMP 分解代謝為腺苷、肌苷、次黃嘌呤、黃嘌呤和尿酸，提示冠心病痰濁證可能伴隨著心臟缺血的病理變化[25]。

在纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的合成與降解途徑中，異亮氨酸(C00407)、亮氨酸(C00123)、纈氨酸(C00183)上調(diào)參與其中。在心肌受損的情況下，ATP合成減少，心肌耗氧量增加。纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸均可轉(zhuǎn)化成糖和脂質(zhì)，為機體提供能量[17]。

此外，冠心病痰濁證還涉及多個代謝過程，說明冠心病痰濁證代謝變化是一個多因素、多層次的復(fù)雜變化過程。本研究通過匯總冠心病痰濁證代謝產(chǎn)物并進行獨特通路分析，代謝產(chǎn)物參與多條途徑，揭示了冠心病痰濁證潛在的生物學(xué)基礎(chǔ)，提示其發(fā)病的復(fù)雜病理過程，為尋找潛在的治療靶點提供了依據(jù)。