腹膜透析代謝組學(xué)研究進(jìn)展

葉明君 戴勇 湯冬娥 李強(qiáng) 尹良紅

1暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院腎內(nèi)科（廣州510632）；2暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院/廣東省深圳市人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究中心（廣東深圳518000）；3東莞市中醫(yī)院（廣東東莞523000）

慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）近幾年來(lái)發(fā)病率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，成為危害人類健康的一大疾?。?］。全球范圍內(nèi)，2017年可歸因于CKD的死亡人數(shù)約為1 200萬(wàn)，全球患病率為9.1%，全球CKD 病例約為697 500 萬(wàn)，幾乎三分之一的CKD 患者生活在兩個(gè)國(guó)家，中國(guó)132 300 萬(wàn)例和印度115 100萬(wàn)例［2］。對(duì)于終末期腎病（end stage renal disease，ESRD），目前最主要的是腎臟替代治療，大體可分為血液透析（hematodialysis，HD）、腹膜透析（peritoneal dialysis，PD）和腎移植。本文主要討論腹膜透析，腹膜透析利用自身腹膜作為生物透析膜，在其中發(fā)生水和溶質(zhì)的交換，但長(zhǎng)期的腹膜透析會(huì)導(dǎo)致腹膜功能的下降，不可避免地使腹膜逐漸轉(zhuǎn)化［3］，在腹膜透析的1 ～2年內(nèi)，50%～80%的患者中檢測(cè)到腹膜纖維化的跡象［4］。進(jìn)行性腹膜纖維化會(huì)影響接受腹膜透析患者的療效，引發(fā)和維持腹膜纖維化的機(jī)制仍未完全闡明。利用透析充分性評(píng)估的指標(biāo)每周尿素清除指數(shù)Kt/V、腹膜平衡試驗(yàn)、透析齡、葡萄糖累積用量、殘余腎功能來(lái)評(píng)估腹膜功能。通過(guò)實(shí)施各種代謝組學(xué)方法來(lái)鑒定與腹膜透析相關(guān)的代謝物和代謝途徑，關(guān)注與腹膜透析相關(guān)的生物標(biāo)志物，對(duì)于慢性腎臟病患者的診斷、評(píng)估疾病進(jìn)展、預(yù)后和療效具有重要的臨床價(jià)值和意義。

1 代謝組學(xué)的概述

代謝組定義為生物系統(tǒng)中代謝物的定量收集。生物化學(xué)物質(zhì)（基因、轉(zhuǎn)錄本、蛋白質(zhì)和代謝物）與生物系統(tǒng)中環(huán)境的定量收集和相互作用定義了該系統(tǒng)的表型。代謝組是細(xì)胞或生物學(xué)標(biāo)本中的小分子的全部集合，代謝組還包括飲食、環(huán)境和微生物組的直接投入［5］。但數(shù)十年來(lái)生物化學(xué)和代謝研究已經(jīng)概述了許多代謝物與代謝途徑之間的關(guān)系，為解釋代謝組學(xué)數(shù)據(jù)提供了框架［6］。代謝組學(xué)是新興的組學(xué)領(lǐng)域之一，它使研究人員能夠利用半定量和定量代謝物水平來(lái)補(bǔ)充疾病的基因組和蛋白質(zhì)水平分析，這是構(gòu)成給定表型的化學(xué)介質(zhì)。代謝組學(xué)是生物流體，細(xì)胞和組織中代謝產(chǎn)物的分析，通常用作發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物的工具。由于信息學(xué)和分析技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展以及正交生物學(xué)方法的整合，現(xiàn)在有可能擴(kuò)展代謝組學(xué)分析以了解代謝物在系統(tǒng)水平上的作用。此外，由于代謝組學(xué)的內(nèi)在敏感性，可以檢測(cè)到生物途徑中的細(xì)微變化，以洞察各種生理?xiàng)l件和異常過(guò)程的潛在機(jī)制［7］。

十多年來(lái)，針對(duì)靶向（特定分析物的定量）和非靶向代謝組學(xué)（生物標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)和整體代謝物譜）的方法仍在發(fā)展。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）已成為無(wú)目標(biāo)代謝組學(xué)的首選，因?yàn)檫@些儀器的代謝物覆蓋范圍廣泛且靈敏度高。在生物樣品中解析和分析具有不同化學(xué)性質(zhì)的數(shù)百至數(shù)千種代謝物提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)?；跉庀嗌V-質(zhì)譜（GC-MS）的代謝組學(xué)是鑒定和定量小分子代謝物（＜650 道爾頓）的理想選擇，包括醇、羥基酸、氨基酸、糖、脂肪酸、固醇、兒茶酚胺、藥物和毒素，通?；瘜W(xué)衍生作用使這些化合物具有足夠的揮發(fā)性，以進(jìn)行氣相色譜分析［8］。隨著平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)發(fā)現(xiàn)疾病的新型診斷和治療標(biāo)志物進(jìn)一步使臨床受益。

2 代謝組學(xué)在慢性腎臟病的早期診斷中的應(yīng)用

腹膜透析作為終末期腎病患者的治療方式之一，早期發(fā)現(xiàn)和治療慢性腎臟病是延緩其發(fā)展為終末期腎臟病最關(guān)鍵的一步。目前以國(guó)際通用的指標(biāo)eGFR 來(lái)對(duì)慢性腎臟病進(jìn)行分期，但有大量研究表明在肌酐和eGFR 不適合檢測(cè)疾病的早期階段并監(jiān)測(cè)腎功能［9］，因此對(duì)于慢性腎臟病早期診斷仍需找到更敏感的“標(biāo)志物”。

代謝組學(xué)是一門新興學(xué)科，差異代謝物可作為生物標(biāo)志物在臨床疾病的診斷、發(fā)病機(jī)制、治療、預(yù)后等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，通過(guò)使用這項(xiàng)技術(shù)，有望能在腎功能可以逆轉(zhuǎn)時(shí)更早地診斷出腎臟疾病，以幫助指導(dǎo)治療和預(yù)后，并預(yù)測(cè)藥物的療效。此外代謝組學(xué)方法在腎臟病學(xué)研究中有積極的應(yīng)用前景，因?yàn)槟I臟對(duì)循環(huán)代謝物水平有著廣泛的影響，而且代謝物本身可能在CKD 發(fā)病機(jī)制及其并發(fā)癥中發(fā)揮功能作用［10］，精氨酸代謝物、瓜氨酸和鳥氨酸已被描述為CKD 進(jìn)展和eGFR下降的血漿代謝組學(xué)標(biāo)志物［11］。CHEN 等［12］利用非靶向代謝組學(xué)的方法測(cè)定了CKD 患者的血清，提出色氨酸代謝物5-甲氧基色氨酸（5-MTP）是檢測(cè)早期CKD 的最有前途的生物標(biāo)志物代謝物，且5-MTP 水平隨著CKD 的進(jìn)展而降低，同時(shí)該研究還發(fā)現(xiàn)用5-MTP 處理可改善腎間質(zhì)纖維化。在此基礎(chǔ)上研究者繼續(xù)推論催化5-甲氧基色氨酸合成的酶：色氨酸羥化酶-1（TPH-1）的過(guò)表達(dá)，會(huì)通過(guò)減輕腎臟炎癥和纖維化的程度來(lái)減少腎臟的損害。5-MTP 是進(jìn)行性CKD 中鑒定出的代謝產(chǎn)物之一，與eGFR 密切相關(guān)［12-13］。5-MTP 在減輕動(dòng)脈剝脫導(dǎo)致的內(nèi)膜增生、控制巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)和活化、防御炎癥介導(dǎo)的組織損傷及預(yù)防腎纖維化等方面均有重要的作用［14-16］。且5-甲氧色氨酸、高半胱氨酸和瓜氨酸與eGFR 和肌酐均具有良好的相關(guān)性［12］。代謝組學(xué)方法作為一種有應(yīng)用前景的工具，不僅適用于基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究，而且最終也將適用于臨床實(shí)踐。對(duì)于CKD 的早期診斷的靶標(biāo)，代謝組學(xué)的研究具有積極的提示作用。

3 代謝組學(xué)與腹膜透析患者腹膜纖維化的發(fā)生機(jī)制

長(zhǎng)期行腹膜透析的患者易出現(xiàn)腹膜功能的減退，影響腹膜功能的因素有：年齡、糖尿病、殘余腎功能（RRF）、葡萄糖降解產(chǎn)物、腹膜炎、慢性炎癥和心血管疾?。╟ardiovascular disease，CVD）［17］。SI 等［18］使用基因表達(dá)譜分析和代謝組學(xué)分析，證明糖酵解過(guò)多是造成間皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)變（MMT）和腹膜纖維形成的原因，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)腹膜中的microRNA 糾正這種異常的代謝狀態(tài)。這些結(jié)果可以提供腹膜纖維化的治療策略，抑制間皮細(xì)胞過(guò)度糖酵解可以預(yù)防腹膜過(guò)度纖維化。腹膜透析引起的慢性腹膜損傷的特征是間皮下纖維化和新血管生成，腹膜長(zhǎng)期暴露于透析液導(dǎo)致間皮細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)換、纖維化和血管生成，從而導(dǎo)致腹膜功能下降，超濾失?。?9-20］。此外CA125、IL-6、纖溶酶原激活物抑制劑1（PAI-1）、VEGF 和MMP2 是診斷腹膜纖維化有“前途”的生物標(biāo)志物［21］。有研究表明血清1-磷酸鞘氨醇、鐵代謝水平診斷在腹膜透析相關(guān)性腹膜炎發(fā)生中具有積極的價(jià)值，CRP、S1P、SF 是腹膜透析相關(guān)性腹膜炎發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素（P＜0.05）［22］。引發(fā)和維持腹膜纖維化的機(jī)制仍未完全闡明，腹膜纖維化與腹膜功能下降密切相關(guān)，最終導(dǎo)致膜衰竭。

4 代謝組學(xué)在腹膜透析患者治療中的應(yīng)用

得益于代謝組學(xué)的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了腹膜透析患者血清中氨基酸、炎癥因子等小分子代謝物的變化，為進(jìn)一步了解這種復(fù)雜疾病的臨床治療策略提供了新的信息和見(jiàn)解。先前有關(guān)于腹膜透析患者腹膜透析液代謝組學(xué)的相關(guān)分析，觀察到四種代謝物的變化，氨基酸、乙醇胺、糖和短鏈有機(jī)酸，與對(duì)照組相比，在包裹性腹膜硬化癥（encapsulating peritoneal sclerosis，EPS）組的腹膜透析液流出物發(fā)現(xiàn)相對(duì)濃度較高的六種氨基酸，分別為亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、丙氨酸和蛋氨酸［23］。EPS 患者的腹膜透析液流出物中發(fā)現(xiàn)較高水平的IL-6 和較低水平的CA125，這兩項(xiàng)指標(biāo)被認(rèn)為是反映腹膜間皮質(zhì)量的指標(biāo)，與腹膜功能降低有關(guān)［24］。在透析患者血液中尿素、肌酐、肌醇、三甲胺-N-氧化物（TMAO）和二甲胺等代謝物濃度升高，腹膜透析與葡萄糖代謝和三羧酸循環(huán)有關(guān)的乳酸、葡萄糖、麥芽糖、丙酮酸、琥珀酸、丙氨酸和谷氨酸水平升高有關(guān)［25］。此外，在接受腹膜透析治療的男性患者中，較高的血清三甲胺N-氧化物（TMAO）水平與全因死亡率和心血管死亡率相關(guān)［26］。前期研究證實(shí)，氨基酸水平和腎臟損傷程度密切相關(guān)，多種氨基酸代謝途徑（精氨酸代謝、苯丙氨酸代謝和色氨酸代謝等）改變能夠靈敏表征病理狀態(tài)下小分子的變化，可作為腎臟疾病的潛在生物標(biāo)志物。先前報(bào)道的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照交叉試驗(yàn)結(jié)果顯示，添加了丙氨酰谷氨酰胺的腹膜透析液與標(biāo)準(zhǔn)腹膜透析液相比，有關(guān)氧化應(yīng)激的代謝組學(xué)標(biāo)志物指標(biāo)水平降低，表明添加的丙氨酰谷氨酰胺可能具有抗氧化作用［27］。

YILMAZ 等［28］通過(guò)使用UPLC-MS/MS 方法測(cè)定接受腹膜透析、血液透析和腎臟移植（KT）的患者的血清吲哚胺2，3 雙加氧酶和色氨酸和犬尿氨酸的比率，研究發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，腹膜透析、血液透析和KT 組的吲哚胺2，3-二加氧酶（IDO）水平升高。腹膜透析組中犬尿氨酸的濃度顯著增加，犬尿氨酸/色氨酸比率增加。同時(shí)IDO 作為一種免疫抑制分子，可能與慢性腎臟病患者免疫功能紊亂與失調(diào)有關(guān)。CKD 患者的IDO 和色氨酸-tRNA合成酶（TTS）血清水平高于健康對(duì)照組，且表現(xiàn)出較低的色氨酸血清水平和較高的犬尿氨酸血清水平［29］。且IDO 和TTS 可能在CKD 的免疫發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，IDO的活性與CKD的疾病嚴(yán)重程度相關(guān)［29］。盡管代謝組學(xué)研究的樣本量有限且具有變異性，但某些代謝物（如三甲胺N-氧化物，犬尿氨酸和瓜氨酸）仍是CKD 中潛在的生物標(biāo)志物［30］。代謝組學(xué)研究在慢性腎臟病的治療以及腹透患者腹透液氨基酸成分的添加等方面具有積極的應(yīng)用價(jià)值。另外SAHATHEVAN等［31］在2018年的一項(xiàng)研究中提出，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)不良性腹膜透析患者，補(bǔ)充乳清蛋白分離物具有可行性及臨床療效，并將標(biāo)準(zhǔn)化蛋白質(zhì)分解代謝速率（nPCR）水平作為膳食蛋白質(zhì)攝入量的量度，實(shí)驗(yàn)表明乳清蛋白補(bǔ)充劑（WPS）的使用改善了營(yíng)養(yǎng)不良性持續(xù)非臥床性腹膜透析（continuous ambulatory peritoneal dialysis，CAPD）患者的營(yíng)養(yǎng)狀況，以解決機(jī)體負(fù)氮平衡并實(shí)現(xiàn)針對(duì)CAPD 患者的高膳食蛋白攝入量建議，改善腹膜透析患者的營(yíng)養(yǎng)狀況有益于治療效果。此外對(duì)于腹膜纖維化的患者，目前的治療進(jìn)展可概括為改變傳統(tǒng)腹透液成分、抗炎及免疫調(diào)節(jié)、抑制上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程、細(xì)胞療法以及目的基因轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平修飾的調(diào)節(jié)等方面［32］。在腹膜透析治療方面，代謝組學(xué)相關(guān)生物標(biāo)志物可作為“工具”來(lái)評(píng)估腹膜透析相關(guān)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)較高的患者，并指導(dǎo)改善患者臨床結(jié)局的個(gè)性化干預(yù)［33］。

5 代謝組學(xué)相關(guān)代謝物與腹膜透析患者的預(yù)后

5.1 血清白蛋白及炎癥因子與腹膜透析患者的預(yù)后利用代謝組學(xué)相關(guān)生物標(biāo)記物對(duì)腹膜透析患者腹膜透析充分性進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及對(duì)疾病預(yù)后進(jìn)行評(píng)估，將有助于加強(qiáng)對(duì)接受腹膜透析治療的終末期腎病患者的臨床管理。在CKD 患者中，炎癥和營(yíng)養(yǎng)不良通常被一起考慮，因?yàn)檠灏椎鞍姿降褪菭I(yíng)養(yǎng)不良的標(biāo)志，換言之，炎癥在一定程度上會(huì)導(dǎo)致低蛋白血癥，而炎癥和營(yíng)養(yǎng)不良是導(dǎo)致透析患者不良預(yù)后的重要因素。腹膜透析患者的預(yù)后不良與高死亡率與非傳統(tǒng)性心血管危險(xiǎn)因素（例如營(yíng)養(yǎng)不良）的存在有關(guān)，有研究表明腹膜透析患者的低白蛋白血癥可能具有性別依賴性，女性和男性腹膜透析患者中血清白蛋白濃度的調(diào)節(jié)機(jī)制也可能不同［34］，因此性別也可考慮作為腹膜透析患者預(yù)后的一項(xiàng)影響因素。MILAN MANANI等［35］研究了促炎細(xì)胞因子與血清白蛋白和C 反應(yīng)蛋白（CRP）之間的可能關(guān)系，該研究表明腹膜透析患者血清IL-6 水平與hs-CRP 水平呈正相關(guān)，與血清白蛋白濃度呈負(fù)相關(guān)，Kt/V 較低的患者中IL-6似乎較高。炎癥生物標(biāo)記物可能可以應(yīng)用于臨床腹膜透析充分性監(jiān)測(cè)，同時(shí)炎癥會(huì)引起腹膜運(yùn)輸速率的增加和殘余腎功能的下降，或者殘余腎功能的下降和腹膜運(yùn)輸速率的增加可能引起或加重炎癥［36］。過(guò)高的血清白蛋白漂移速率對(duì)殘存腎功能有不良影響［37］。

ZHANG 等［38］第一次提出了腹膜透析患者血清標(biāo)志物和透析充分性與肺功能的關(guān)系，并且得出結(jié)論，透析指數(shù)Kt/V 值≥1.7 的患者的MMEF 和MVV%高于Kt/V 值＜1.7 的患者，且DLCO%與血清白蛋白水平呈正相關(guān)。眾多研究已表明，血清白蛋白是CAPD 患者重要的預(yù)后指標(biāo)。透析充分性和低蛋白血癥可能在某種程度上影響著腹透患者的肺功能，對(duì)患者的預(yù)后有著重要的提示作用。此外有研究探索了腹膜蛋白清除率和炎癥以及腹膜透析患者生存率之間的關(guān)系。腹膜蛋白清除率反映的是局部炎癥的膜區(qū)域炎癥，與合并癥和生存的關(guān)系主要是由其與低白蛋白血癥的逆相關(guān)性解釋。而全身炎癥和合并癥可預(yù)測(cè)腹膜透析患者的生存率［39］。血漿IL-6、年齡、殘余腎功能、合并癥、炎癥和血清白蛋白濃度都是評(píng)估腹膜透析患者生存率及預(yù)后的重要指標(biāo)。

5.2 血脂代謝與腹膜透析患者的預(yù)后代謝組學(xué)可以定性和定量分析生物機(jī)體包括細(xì)胞、組織、器官和系統(tǒng)的各種代謝物水平變化［5］。大量研究表明促動(dòng)脈粥樣硬化性脂質(zhì)分布對(duì)腹膜透析患者心血管疾病的發(fā)生有影響，此外STEPANOVA 等［40］分析了血脂異常與腹膜透析技術(shù)生存率的關(guān)系，提示動(dòng)脈粥樣硬化血脂異常的存在與腹膜透析患者發(fā)生技術(shù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)較高相關(guān)。且發(fā)現(xiàn)VLDL 和HDL 以及AIP 等水平與腹膜透析治療的持續(xù)時(shí)間顯著相關(guān)，腹膜透析患者的每周總Kt/V 與血漿動(dòng)脈粥樣硬化指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與HDL 呈正相關(guān)。隨著腹膜透析持續(xù)時(shí)間的增加，腹膜透析患者血清總膽固醇、低密度脂蛋白、總甘油三酯、載脂蛋白B 和載脂蛋白E 水平較高，而高密度脂蛋白水平顯著降低［41-43］。另外有研究表明總膽固醇水平與透析患者的死亡率成反比，而透析患者又是心血管疾病的高風(fēng)險(xiǎn)人群，接受腹膜透析治療的終末期腎臟病患者的心血管疾病發(fā)病率和死亡率比一般人群高10 ～30 倍［44］。這種悖論可以用全身性炎癥和或營(yíng)養(yǎng)不良來(lái)解釋，透析患者中總膽固醇水平與死亡率的負(fù)相關(guān)可能是由于全身性炎癥營(yíng)養(yǎng)不良所致的降低膽固醇的作用，而不是由于高膽固醇濃度的保護(hù)作用［45］。炎癥和或營(yíng)養(yǎng)不良對(duì)透析患者的血脂有著一定的影響，對(duì)于膽固醇濃度與透析患者死亡率的關(guān)系還需要考慮其他影響因素，這對(duì)于透析患者的調(diào)脂治療有著指導(dǎo)意義。此外對(duì)于接受腹膜透析的終末期腎病患者，血清載脂蛋白B 與左室擴(kuò)張顯著且呈負(fù)相關(guān)，而與常規(guī)脂質(zhì)和其他CV 危險(xiǎn)因素?zé)o關(guān)［46］。這表明低的血清載脂蛋白B 水平可能是偏心的左心室構(gòu)型重塑的有力危險(xiǎn)標(biāo)志，并且有可能被用于臨床對(duì)腹膜透析患者進(jìn)行危險(xiǎn)分層。代謝組學(xué)生物標(biāo)志物可用于監(jiān)測(cè)腎臟疾病進(jìn)展及分期，還可反映CKD后期腎小球?yàn)V過(guò)、腎小管功能的喪失以及腎臟代謝和內(nèi)分泌功能的下降［47］。在疾病發(fā)展為終末期之前，利用非侵入手段做出早期診斷對(duì)于改善患者的預(yù)后顯得尤為重要。此外，在藥物的開發(fā)和臨床研究方面仍需敏感的生物標(biāo)志物，從而體現(xiàn)潛在和現(xiàn)有療法的功效和安全性［47］。

6 小結(jié)與展望

總而言之，腹膜透析作為終末期腎臟病的治療方式之一，腹膜功能穩(wěn)定性決定了腹膜透析患者的腹透周期長(zhǎng)短，以及進(jìn)入血液透析的時(shí)間。在終末期腎病患者中，眾所周知的傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素有例如年齡、性別、種族、高血壓、高脂血癥、糖尿病、吸煙和缺乏運(yùn)動(dòng)等。通過(guò)利用非靶向及靶向代謝組學(xué)的方法篩選出腹膜透析患者血清差異代謝物，對(duì)于腹膜透析的終末期腎臟病患者的早期診斷、發(fā)病機(jī)制、治療、預(yù)后有著積極意義。目前導(dǎo)致腹膜透析患者腹膜纖維化的機(jī)制仍未完全闡明，代謝組學(xué)研究有望發(fā)現(xiàn)與疾病過(guò)程相關(guān)的途徑。因技術(shù)水平的受限及人體機(jī)體的復(fù)雜性，代謝組學(xué)分析技術(shù)仍需進(jìn)一步的提高靈敏度和精確度，且所有生物標(biāo)志物、生物學(xué)原理與相關(guān)臨床結(jié)果的關(guān)聯(lián)仍有待在前瞻性、獨(dú)立的臨床研究中進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。代謝組學(xué)是一個(gè)不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域，使用質(zhì)譜法測(cè)量接受腹膜透析的終末期腎病患者血液中的代謝產(chǎn)物，并研究這些代謝物與腹膜功能間的關(guān)系，為將來(lái)慢性腎臟病的早期診斷提供新的有效手段，以及為腹膜透析患者透析液的使用成分提供新的選擇，并可能確定新的治療策略和靶標(biāo)。