代謝組學(xué)在青光眼中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

盧運(yùn)慶 綜述 鐘華 審校

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科，昆明 650032

代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)之后發(fā)展而來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，屬于系統(tǒng)生物學(xué)的一個(gè)分支。代謝組學(xué)的概念來(lái)源于代謝組，1999年由Nicholson等[1]于代謝輪廓分析中首次提出。代謝組是指某一生物或細(xì)胞在特定生理時(shí)期內(nèi)的全部低相對(duì)分子質(zhì)量代謝產(chǎn)物。代謝組學(xué)則是對(duì)某一生物體系在特定生理時(shí)期內(nèi)受病理生理或基因修飾等刺激前后所有低相對(duì)分子質(zhì)量(相對(duì)分子質(zhì)量<1 000)代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析的一門(mén)學(xué)科。相比于其他組學(xué)技術(shù)，代謝組學(xué)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：(1)作為生物信息傳遞的終端，代謝組學(xué)之前的基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)任一環(huán)節(jié)的改變均可在代謝組水平得以表現(xiàn)，具有很強(qiáng)的綜合信息優(yōu)勢(shì)。(2)與受到表觀遺傳調(diào)節(jié)和翻譯后修飾的基因和蛋白質(zhì)不同，代謝物可作為機(jī)體生化過(guò)程的直接標(biāo)記，更易與表型相關(guān)聯(lián)[2]。(3)以機(jī)體內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)源性代謝物質(zhì)為研究對(duì)象，不僅可以放大基因和蛋白的微小變化，數(shù)量上也少于基因和蛋白質(zhì)，檢測(cè)相對(duì)容易和準(zhǔn)確。(4)生物體中內(nèi)源性小分子化合物的組成較基因組、蛋白質(zhì)組簡(jiǎn)單，目前有很多小分子化合物的生化代謝網(wǎng)絡(luò)已研究透徹，而對(duì)基因、蛋白質(zhì)功能認(rèn)識(shí)仍十分有限。代謝組學(xué)的研究可以在生物體內(nèi)或體外，甚至直接在眼部水平進(jìn)行。由于血-房水屏障和血-視網(wǎng)膜屏障的存在，使得眼部代謝組具有相對(duì)獨(dú)立性，玻璃體和房水的代謝受全身環(huán)境影響小，并在很大程度上能夠代表眼局部的代謝特征。因此，代謝組學(xué)在眼科領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分有利的條件，應(yīng)用該技術(shù)可對(duì)不同疾病狀態(tài)下眼部組織代謝物進(jìn)行分析鑒別，篩選生物標(biāo)志物，用于眼病的早期診斷，探索疾病發(fā)病機(jī)制及評(píng)價(jià)藥物療效等[3]。本文就青光眼基于不同組織、體液標(biāo)本的代謝組學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 代謝組學(xué)與青光眼

青光眼是一種具有特征性視盤(pán)損傷和視野缺損的視神經(jīng)疾病，目前仍缺少快速、可靠的診斷方法，臨床醫(yī)生在很大程度上依賴于定期的結(jié)構(gòu)和功能檢查，但這些檢查在早期診斷中均缺乏敏感性。近年來(lái)，組學(xué)技術(shù)陸續(xù)被應(yīng)用于探尋青光眼的可能病理機(jī)制[4]。分子遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了基因突變和常見(jiàn)的基因變異與部分類(lèi)型的青光眼有關(guān)，但面對(duì)龐大的青光眼患者，篩查致病或可能致病基因的陽(yáng)性率卻很低，遺傳因素只能解釋青光眼患者中較少部分[5]。并且在已知青光眼相關(guān)的致病基因中，仍有很多致病機(jī)制不明確?；蚪M學(xué)上的檢測(cè)，尚只能用于解釋與青光眼的相關(guān)性，很難作為青光眼疾病特征的檢查。

青光眼的發(fā)生和發(fā)展可能與相應(yīng)的代謝改變有關(guān)，明確這些代謝物或代謝途徑的變化，找到潛在的生物學(xué)標(biāo)志物，是代謝組學(xué)在青光眼研究中的突破口[6]。在已有研究中，發(fā)現(xiàn)了許多青光眼的共同代謝特征，如同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)、谷氨酸、丙二醛、磷脂酰膽堿等在青光眼患者或動(dòng)物模型中高表達(dá)，而精胺、亞精胺、檸檬酸及維生素C等水平降低。除了用于篩選這些生物標(biāo)志物，Gong等[7]借助氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)檢測(cè)原發(fā)性開(kāi)角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)患者血清中與腸道菌群有關(guān)的代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)檸檬酸、甘氨酸、次黃嘌呤等多種代謝物質(zhì)存在顯著差異，并進(jìn)一步找出了POAG患者腸道微生物種類(lèi)的變化及與這些代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系。Gong等[7]采用代謝組學(xué)技術(shù)，為青光眼眼外致病因素的研究提供了新的方法，也為以腸道菌群為靶點(diǎn)的青光眼治療帶來(lái)了新的見(jiàn)解。

1.1 基于血液標(biāo)本的代謝組學(xué)研究

Leruez等[8]采用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS)比較了POAG患者與正常人血漿中151種代謝產(chǎn)物，從中篩選了18種具有特征性差異的代謝物，尤其是參與能量代謝的物質(zhì)蓄積，如己糖、酰基肉堿總量增加，以及與衰老有關(guān)的代謝特征，如磷脂酰膽堿增加，精胺、亞精胺降低，強(qiáng)調(diào)了與衰老相關(guān)的線粒體功能障礙在POAG發(fā)生和發(fā)展中的作用。Kouassi Nzoughet等[9]采用LC-MS技術(shù)同樣發(fā)現(xiàn)了POAG患者血漿中多種特異性改變的代謝產(chǎn)物，如煙酰胺、次黃嘌呤、黃嘌呤、亮氨酸、精氨酸等增加，N-乙酰基-L-亮氨酸、精氨酸、胱硫醚等降低。Leruez等[10]的另一項(xiàng)研究中，對(duì)假性剝脫性青光眼(pseudoexfoliation glaucoma，PXG)和白內(nèi)障患者的血漿樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PXG患者血漿中辛酰基肉堿(C8)、癸酰基肉堿(C10)、酪氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸濃度高于對(duì)照組，精胺和亞精胺等濃度降低。檸檬酸鹽的合成是在線粒體中進(jìn)行的，被認(rèn)為是一種診斷青光眼生物標(biāo)志物的有機(jī)分子，其與線粒體功能受損參與到青光眼發(fā)病中有關(guān)，據(jù)報(bào)道青光眼患者血漿檸檬酸鹽水平降低[11]。

Rong等[12]采用GC-MS檢測(cè)發(fā)現(xiàn)原發(fā)性閉角型青光眼患者血清中脂肪酸特異性代謝差異，棕櫚油酸、γ-亞麻酸、腎上腺酸較健康對(duì)照組明顯升高，而亞油酸、花生四烯酸顯著降低且與眼壓呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)。Burgess等[13]證實(shí)POAG患者血漿中脂肪酸代謝發(fā)生了顯著變化，其中棕櫚酰肉堿、C17鞘胺醇等表達(dá)增加，而維生素D、磷酸鞘胺醇表達(dá)減少。脂肪酸β氧化在線粒體中進(jìn)行，長(zhǎng)鏈脂肪酸需要肉堿依賴的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)骄€粒體基質(zhì)才能發(fā)生β氧化，其中任一環(huán)節(jié)異常均可導(dǎo)致脂肪酸代謝障礙。而肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ(carnitine palmitoyl transferase Ⅱ，CPTⅡ)在長(zhǎng)鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，Singh等[14]也報(bào)道了CPTⅡ缺乏可能與正常眼壓性青光眼(normal tension glaucoma，NTG)病情進(jìn)展有關(guān)。血液中脂肪酸代謝障礙可能是青光眼患者重要的異常代謝特征。

血液中Hcy水平與青光眼的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[15]。研究發(fā)現(xiàn)，POAG及NTG患者血漿中Hcy及半胱氨酸水平明顯高于正常對(duì)照組[16]。據(jù)報(bào)道，假性剝脫綜合征患者血漿Hcy水平越高，發(fā)生PXG的可能性越大。研究者認(rèn)為血液中Hcy表達(dá)增加可能直接損傷血管內(nèi)皮，引起視神經(jīng)微循環(huán)功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells，RGCs)的凋亡[17]。Navneet等[18]通過(guò)小鼠和人體研究發(fā)現(xiàn)，Hcy對(duì)RGCs的損傷主要取決于視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和視網(wǎng)膜抗氧化系統(tǒng)的功能狀態(tài)。然而高同型半胱氨酸血癥是否為導(dǎo)致青光眼RGCs凋亡的直接原因，還是僅僅是青光眼患者血漿中一種潛在的生物學(xué)標(biāo)志物，仍需進(jìn)一步研究。

1.2 基于眼部體液和組織的代謝組學(xué)研究

1.2.1淚液 Chen等[19]在健康人群淚液中成功鑒別出了60多種代謝物質(zhì)，其中Hcy、不對(duì)稱(chēng)二甲基精氨酸、對(duì)稱(chēng)二甲基精氨酸、一氧化氮(nitric oxide，NO)等與青光眼密切相關(guān)。Roedl等[20]發(fā)現(xiàn)了剝脫性青光眼、POAG患者淚液中Hcy水平顯著高于對(duì)照組。Rossi等[21]通過(guò)質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)到POAG患者淚液中多種氨基酸、乙酰肉堿及2種溶血磷脂酰膽堿表達(dá)水平降低。Openkova等[22]以94例POAG患者為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)淚液中與氧化應(yīng)激有關(guān)的代謝產(chǎn)物丙二醛、NO表達(dá)水平升高，而過(guò)氧化氫酶活性降低。

隨著代謝組學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，由此產(chǎn)生的潛在代謝標(biāo)志物種類(lèi)也會(huì)越來(lái)越多，孤立的代謝標(biāo)志物預(yù)測(cè)能力有限，但系統(tǒng)性篩選涉及多種組織來(lái)源、多條代謝通路的特異性代謝產(chǎn)物，其在青光眼研究中具有重要意義。

1.2.2房水 房水循環(huán)受阻、病理性眼壓升高仍然是青光眼發(fā)生的主要危險(xiǎn)因素，眼壓改變引起局部微環(huán)境發(fā)生變化，眼部?jī)?nèi)源性代謝物也可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)改變。由于血-房水屏障的存在，房水的代謝特征相對(duì)穩(wěn)定，受全身及外源性代謝因素干擾小。因此，與全身樣本相比，房水代謝組學(xué)特征具有更高的特異性，能夠更準(zhǔn)確地反映出青光眼患者眼局部代謝微環(huán)境的病理變化特征。

Pan等[23]進(jìn)行的一項(xiàng)非靶向代謝組學(xué)研究，從房水樣本中篩選出生物素、甲基丙二酸、核糖醇等14種代謝物作為潛在差異性代謝標(biāo)志物，能夠成功將POAG患者與白內(nèi)障對(duì)照組區(qū)分開(kāi)。Myer等[24]也比較了POAG及正常對(duì)照組的房水代謝特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)POAG患者房水代謝物組成存在顯著差異，如4種氨基酸(賴氨酸、半胱氨酸、精氨酸、甘氨酸)、丙二醇、肌醇、抗壞血酸等濃度升高，而苯丙氨酸、谷氨酰胺、異丙醇等濃度降低。然而，POAG患者房水中這些特征性代謝改變是否與房水的產(chǎn)生及房水循環(huán)功能有關(guān)，仍需要進(jìn)一步研究。

Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性高眼壓DBA/2J小鼠房水中不同類(lèi)型的磷脂表達(dá)水平受眼壓影響較大，隨著眼壓升高，溶血磷脂(lysophospholipids，LP)、磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine，PS)及磷脂總量降低，而磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，PI)含量升高。Edwards等[26]研究發(fā)現(xiàn)，POAG患者房水中LP含量升高，其余各類(lèi)磷脂及總磷脂含量改變與DBA/2J小鼠房水特征基本一致。青光眼患者房水中脂質(zhì)代謝譜的顯著差異可能與氧化應(yīng)激相關(guān)。研究表明，青光眼患者前房中普遍存在氧化與抗氧化失衡，其中誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)、NO、丙二醛等氧化應(yīng)激標(biāo)志物水平升高，而維生素C、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等水平及總體抗氧化能力下降[27]。Benoist d'Azy等[28]通過(guò)Meta分析也發(fā)現(xiàn)，青光眼患者血清和房水中許多與氧化應(yīng)激有關(guān)的標(biāo)志物均升高，并認(rèn)為丙二醛是青光眼患者血清中氧化應(yīng)激的最佳生物標(biāo)志物。

Song等[29]采用磁共振頻譜技術(shù)對(duì)曲安奈德誘導(dǎo)高眼壓模型兔的房水代謝物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高眼壓組房水中脂質(zhì)、糖類(lèi)等物質(zhì)均發(fā)生改變，其中，三羧酸循環(huán)的代謝物改變最為顯著，其可能的機(jī)制為糖皮質(zhì)激素抑制了糖代謝，導(dǎo)致黏多糖等沉積于小梁網(wǎng)，阻礙了房水流出，從而導(dǎo)致高眼壓。

1.2.3小梁網(wǎng) 隨著代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善以及高通量檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，使得基于小梁網(wǎng)組織的代謝組學(xué)研究成為可能。Aribindi等[30]通過(guò)質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)了POAG患者小梁網(wǎng)組織中4類(lèi)磷脂的分布，發(fā)現(xiàn)PE、PI表達(dá)增加，PC、PS及磷脂總量降低，這與POAG患者房水中磷脂代謝特征基本相似。另外，他們還發(fā)現(xiàn)部分類(lèi)型的磷脂僅在正常對(duì)照組的小梁網(wǎng)組織中存在，而在POAG患者血液中也同樣發(fā)現(xiàn)該類(lèi)型的磷脂酰膽堿水平隨著青光眼嚴(yán)重程度的增加而降低[31]。

內(nèi)源性NO是人體內(nèi)重要的活性氮自由基，研究證實(shí)NO參與眼壓調(diào)節(jié)，這也可能是青光眼潛在的治療靶點(diǎn)[32-33]。一氧化氮合酶表達(dá)增加，可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生大量的NO，而NO可減少Schlemm管細(xì)胞體積，從而降低小梁網(wǎng)房水外流的阻力。隨著眼內(nèi)灌注壓的升高，小梁網(wǎng)內(nèi)NO生成增加，誘導(dǎo)型NOS基因表達(dá)上調(diào)。然而在小梁網(wǎng)周?chē)趸瘧?yīng)激的微環(huán)境里，NO蓄積又能與活性氧自由基反應(yīng)，形成高細(xì)胞毒性的過(guò)氧亞硝基陰離子，可加重小梁網(wǎng)內(nèi)皮細(xì)胞損傷，導(dǎo)致房水流出受阻[27]。借助代謝組學(xué)技術(shù)，研究小梁網(wǎng)及房水中氧化損傷標(biāo)志物水平，將有助于尋找新型的保護(hù)青光眼靶組織的抗氧化劑，延緩病情進(jìn)展等。

1.2.4玻璃體及視網(wǎng)膜 谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，青光眼患者RGCs凋亡與谷氨酸興奮性毒性作用是否存在必然聯(lián)系，目前仍存在爭(zhēng)議。高眼壓狀態(tài)可引起眼局部谷氨酸上升，大量谷氨酸聚集會(huì)導(dǎo)致RGCs凋亡[34]。Dreyer等[35]研究發(fā)現(xiàn)，伴有青光眼的白內(nèi)障患者玻璃體中谷氨酸濃度高于單純白內(nèi)障患者。但多項(xiàng)類(lèi)似的人體或動(dòng)物研究均未發(fā)現(xiàn)青光眼患者或模型玻璃體中谷氨酸濃度升高[6，36]。據(jù)報(bào)道，過(guò)量谷氨酸會(huì)激活RGCs的N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-Aspartate，NMDA)受體，引發(fā)大量鈣離子內(nèi)流，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載，通過(guò)一系列的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終引起RGCs凋亡，而D-絲氨酸可以增強(qiáng)NMDA誘導(dǎo)的RGCs凋亡[37]。Zhang等[38]研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)性青光眼大鼠的視網(wǎng)膜中D-絲氨酸水平升高，補(bǔ)充D-氨基酸氧化酶可顯著提高青光眼RGCs的存活率。Tanaka-Gonome等[39]研究發(fā)現(xiàn)，蝦青素能夠減弱谷氨酸神經(jīng)毒性作用及氧化應(yīng)激，對(duì)RGCs具有一定的保護(hù)作用。代謝途徑的干預(yù)可能為青光眼RGCs的凋亡提供潛在的治療靶點(diǎn)。

Sato等[40]采用LC-MS檢測(cè)視網(wǎng)膜組織切片特定區(qū)域的代謝物，發(fā)現(xiàn)RGCs死亡高峰前，左旋肉堿和磷脂酰膽堿不僅在整個(gè)視網(wǎng)膜增加，而且定位在RGCs層也增加(分別為2.3倍和1.2倍)，由此推測(cè)這些磷脂潛在參與了RGCs凋亡的病理過(guò)程。研究證實(shí)，急性視神經(jīng)損傷2 d前，雖然已經(jīng)出現(xiàn)多種細(xì)胞信號(hào)上調(diào)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，但未發(fā)現(xiàn)明顯的RGCs丟失[41]。因此，借助代謝組學(xué)技術(shù)若能夠揭示RGCs凋亡早期的代謝變化特征，則有可能提供關(guān)鍵調(diào)控因子，用于早期青光眼代謝干預(yù)等。

1.3 基于視覺(jué)傳導(dǎo)通路及視中樞的代謝組學(xué)研究

近年來(lái)，磁共振技術(shù)逐漸成為代謝組學(xué)常用的檢測(cè)方法，臨床多采用氫質(zhì)子磁共振頻譜分析(1H magnetic resonance spectroscopy，1HMRS)檢測(cè)活體組織的代謝變化。Boucard等[42]采用單體素1HMRS檢測(cè)了有明確視野缺損的POAG患者大腦枕部視放射區(qū)域的N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)、肌酸(Creatine，Cr)、膽堿(Choline，Cho)3種代謝物濃度，結(jié)果顯示與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。隨后，Chan等[43]采用單體素1HMRS檢測(cè)青光眼大鼠視皮層中多種代謝物，發(fā)現(xiàn)Cho相對(duì)于Cr(即Cho/Cr)明顯降低，NAA/Cr、谷氨酰胺和谷氨酸(glutamine and glutamate，Glx)/Cr與正常大鼠相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Zhang等[44]采用多體素1HMRS檢測(cè)青光眼患者膝距束及紋狀體區(qū)，發(fā)現(xiàn)NAA/Cr、Cho/Cr均降低。

回顧既往研究發(fā)現(xiàn)，青光眼基于視中樞及視覺(jué)傳導(dǎo)通路的代謝組學(xué)分析結(jié)果一致性并不高，但研究的潛在代謝標(biāo)志物大體相同，并且每項(xiàng)研究中有顯著差異的代謝產(chǎn)物總體變化趨勢(shì)相同。研究證實(shí)青光眼視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體及視中樞在組織形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)出病理性萎縮以及神經(jīng)元數(shù)量減少等[45]。青光眼患者出現(xiàn)上述病理改變，也可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的代謝微環(huán)境變化。NAA完全位于神經(jīng)元胞體和突觸中，被認(rèn)為是神經(jīng)元完整性的重要標(biāo)志物；Cr反映能量狀況，在大腦中含量較穩(wěn)定，因此常作為參考值比較其他代謝產(chǎn)物的變化；Cho是細(xì)胞含膽堿化合物的總量，與細(xì)胞膜磷脂的合成與分解有關(guān)，參與信號(hào)傳遞等功能；Glx是谷氨酰胺和谷氨酸鹽的總量，主要為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，氧化損傷有關(guān)的興奮性毒性作用可能參與了青光眼視覺(jué)通路損傷[44，46]。上述代謝物質(zhì)與大腦神經(jīng)元的數(shù)量和功能均有密切聯(lián)系，理論上作為青光眼視覺(jué)傳導(dǎo)通路的潛在代謝標(biāo)志物具有可行性。除了上述代謝物質(zhì)，Guo等[46]采用單體素1HMRS還發(fā)現(xiàn)早期開(kāi)角型青光眼患者初級(jí)視皮質(zhì)中肌醇(myo-inositol，Ins)表達(dá)水平明顯降低。Ins主要存在于膠質(zhì)細(xì)胞中，是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志，具有維持滲透壓平衡的作用。Ins降低可能與青光眼視皮層中興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸等聚集導(dǎo)致的高滲性環(huán)境有關(guān)，需要進(jìn)一步研究。

2 代謝組學(xué)臨床應(yīng)用的限制

代謝組學(xué)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，在眼科中的應(yīng)用仍處于起步階段。與其他技術(shù)一樣，代謝組學(xué)并不能解決所有問(wèn)題，臨床應(yīng)用中仍有許多問(wèn)題亟待解決：(1)就研究對(duì)象而言，年齡、性別、飲食、生活方式等引起偏差的因素多，臨床難以控制。研究篩選的潛在代謝標(biāo)志物的敏感性和特異性不高，還需要進(jìn)一步規(guī)范實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或重復(fù)實(shí)驗(yàn)以完善研究結(jié)果。(2)機(jī)體內(nèi)具有特定研究意義的內(nèi)源性小分子物質(zhì)只占一小部分，絕大部分代謝物與研究目的無(wú)關(guān)。(3)各種高通量分析技術(shù)假陰性率、假陽(yáng)性率均較高，儀器測(cè)量受各種因素影響，容易產(chǎn)生隨機(jī)測(cè)量誤差和系統(tǒng)誤差。(4)各種代謝產(chǎn)物并非獨(dú)立存在，相互之間具有不同程度的相關(guān)性，識(shí)別這些具有復(fù)雜關(guān)系的生物標(biāo)志物難度大[47]。

總體而言，代謝組學(xué)數(shù)據(jù)變異來(lái)源多，常需要根據(jù)研究目的、數(shù)據(jù)類(lèi)型以及所選用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的不同，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)預(yù)處理方法來(lái)減少變異帶來(lái)的干擾，常用的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法有歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化、尺度化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。傳統(tǒng)的流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，如主成分分析、偏最小二乘判別分析法等，并不太適用于復(fù)雜的代謝組數(shù)據(jù)分析，需要建立更合適的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型才能篩選出與青光眼發(fā)病及進(jìn)展有關(guān)的代謝標(biāo)志物。遺傳算法是模擬自然界生物進(jìn)化過(guò)程與機(jī)制求解極值問(wèn)題的一類(lèi)自組織、自適應(yīng)人工智能技術(shù)；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)將概率論和圖論相結(jié)合，用以處理不確定性推理和數(shù)據(jù)分析。遺傳算法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)并行運(yùn)算的組合模型在代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析中分類(lèi)準(zhǔn)確率高，優(yōu)于其他方法[47]。目前，仍需要開(kāi)發(fā)新的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，盡量減少分析中產(chǎn)生的誤差，使結(jié)果更準(zhǔn)確。此外，單一的代謝組學(xué)研究平臺(tái)只能為系統(tǒng)生物學(xué)的研究提供有限的認(rèn)知，需要基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)的平行研究，并將這些高通量組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，才能充分挖掘包含在這些數(shù)據(jù)中的生物學(xué)意義[48-49]。

3 前景與展望

目前，對(duì)青光眼的研究仍不充分，應(yīng)用代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)青光眼患者血液、淚液、房水、小梁網(wǎng)、玻璃體或視網(wǎng)膜等樣本的代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析，從代謝物水平提供了大量系統(tǒng)生物學(xué)信息，但是代謝組學(xué)并不足以全面解決復(fù)雜的生物學(xué)問(wèn)題，單一的代謝生物標(biāo)志物檢測(cè)對(duì)青光眼的診斷和預(yù)測(cè)能力有限。因此，下一步需要對(duì)青光眼進(jìn)行多組學(xué)的全面研究，整合各種高通量的組學(xué)信息，通過(guò)構(gòu)建代謝網(wǎng)絡(luò)和代謝途徑變化的數(shù)學(xué)模型，從分子生物學(xué)水平進(jìn)行功能驗(yàn)證，最終揭示青光眼發(fā)生和發(fā)展的生理病理機(jī)制，為青光眼早期診斷及治療靶點(diǎn)等研究提供新的思路。醫(yī)學(xué)的未來(lái)正向個(gè)體化方向發(fā)展，隨著代謝組學(xué)研究技術(shù)的不斷完善，以及與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等聯(lián)合進(jìn)行多組學(xué)研究的開(kāi)展，代謝組學(xué)將可能成為青光眼患者病情分析和精準(zhǔn)醫(yī)療的重要工具。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突