強(qiáng)直性脊柱炎系統(tǒng)生物組學(xué)研究進(jìn)展及其在中醫(yī)證候研究中的應(yīng)用

趙哲 杜明瑞

【摘 要】 強(qiáng)直性脊柱炎是一種常見(jiàn)的免疫介導(dǎo)的炎癥性關(guān)節(jié)病，有很強(qiáng)的遺傳易感性。本病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前其治療藥物僅能緩解癥狀，但無(wú)法根治，中醫(yī)藥在臨床治療強(qiáng)直性脊柱炎中具有療效穩(wěn)定、不良反應(yīng)小等特點(diǎn)，有廣闊的治療前景，其具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。近年來(lái)，隨著系統(tǒng)生物組學(xué)研究技術(shù)的進(jìn)步及研究的逐步深入，利用組學(xué)技術(shù)研究強(qiáng)直性脊柱炎中醫(yī)證候分型以闡釋中醫(yī)藥治療強(qiáng)直性脊柱炎科學(xué)內(nèi)涵的研究逐年增多，為我們提供了新的思路和方法。

【關(guān)鍵詞】 強(qiáng)直性脊柱炎；中醫(yī)證候；系統(tǒng)生物學(xué)；組學(xué)技術(shù)；綜述

強(qiáng)直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一種由免疫介導(dǎo)的炎性關(guān)節(jié)病，其特征是肌腱、韌帶、骨附著點(diǎn)病變。病程早期主要表現(xiàn)為骶骼關(guān)節(jié)和脊柱附著點(diǎn)炎癥，隨著關(guān)節(jié)局部反復(fù)炎癥刺激，引發(fā)骨侵蝕及異位骨化，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)融合而致殘［1］。本病以男性好發(fā)，我國(guó)患病率約0.3%，有明顯的家族聚集傾向，與人類(lèi)白細(xì)胞抗原B27（HLA-B27）高度相關(guān)［2-3］，其發(fā)病機(jī)制涉及遺傳、機(jī)械壓力、微生物、炎癥、免疫等因素［4-5］。中醫(yī)學(xué)將AS歸屬為“痹證”“腰痛”“脊強(qiáng)”等范疇，在病機(jī)方面，多認(rèn)為以腎督虧虛為本，病久化生痰、瘀、熱、毒，致使本病虛實(shí)錯(cuò)雜，纏綿難愈。治療多以分型分期辨證論治，臨床療效顯著，然而其具體作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

近年來(lái)，隨著組學(xué)技術(shù)的興起，研究人員利用組學(xué)技術(shù)從核酸、蛋白、小分子代謝物等多個(gè)層面闡釋AS的發(fā)病機(jī)制，體現(xiàn)了在疾病狀態(tài)下AS患者體內(nèi)基因表達(dá)、蛋白調(diào)控及代謝紊亂的情況，為了解AS的發(fā)病機(jī)制，及發(fā)現(xiàn)協(xié)助診斷和治療AS的生物標(biāo)志物提供了重要依據(jù)。組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，也為研究AS中醫(yī)證候分型及中醫(yī)藥治療等方面提供了新的思路和方法。本文就核酸組學(xué)、蛋白組學(xué)及代謝組學(xué)等技術(shù)在AS中醫(yī)證型研究中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，為中醫(yī)辨證論治AS提供新的研究思路及理論參考。

1 系統(tǒng)生物組學(xué)在AS中的研究進(jìn)展

系統(tǒng)生物組學(xué)通過(guò)生物學(xué)和高通量技術(shù)，從基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白、代謝水平等多個(gè)層面對(duì)疾病進(jìn)行全面深入的闡釋?zhuān)忉屃朔肿拥膹?fù)雜性，在全面了解疾病的發(fā)病機(jī)制中得到了廣泛應(yīng)用。組學(xué)技術(shù)主要包括核酸組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等研究技術(shù)。其中，基因組學(xué)和蛋白組學(xué)主要提示生命進(jìn)程的物質(zhì)基礎(chǔ)［6-7］，而代謝組學(xué)主要揭示生物進(jìn)程中已經(jīng)發(fā)生的物質(zhì)改變［8］。

1.1 核酸組學(xué)在AS中的研究 核酸組學(xué)（包括基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)）通過(guò)高通量DNA測(cè)序、生物信息學(xué)、全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和表達(dá)譜芯片等技術(shù)，對(duì)基因組的結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)等進(jìn)行研究，揭示了生命現(xiàn)象的底層因子，預(yù)示可能發(fā)生什么。目前核酸組學(xué)在AS的研究主要集中于易感基因，以及參與AS炎癥及免疫功能異常、介導(dǎo)AS發(fā)病的相關(guān)基因。

在AS易感基因方面，F(xiàn)ENG等［9］通過(guò)全轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析（TWAS）結(jié)合mRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)了AS的多個(gè)易感基因，包括組織相容性復(fù)合體（MHC）區(qū)域的MICA、MICB、BTN3A2基因，與自身免疫反應(yīng)相關(guān)的HLA-A基因，與線粒體功能障礙相關(guān)的LIAS、LIPT1和LIPT2基因，以及與成纖維細(xì)胞中的自噬相關(guān)的ACTA2基因。國(guó)際強(qiáng)直性脊柱炎遺傳學(xué)聯(lián)盟通過(guò)免疫芯片微陣列檢測(cè)出AS的13個(gè)新的關(guān)聯(lián)基因［10］，表明MHC Ⅰ類(lèi)抗原加工途徑異常以及白細(xì)胞介素（IL）-23通路的變化是AS發(fā)病的關(guān)鍵。童筱君等［11］發(fā)現(xiàn)，AS疾病相關(guān)的氨基肽酶編碼位點(diǎn)NPEPPS基因位點(diǎn)的多態(tài)性影響了NPEPPS的表達(dá)水平，可能與AS發(fā)病有一定的相關(guān)性，進(jìn)一步證實(shí)AS中基因型可能影響基因表達(dá)的推論。

在介導(dǎo)AS發(fā)病相關(guān)基因的研究方面，ZHENG等［12］通過(guò)微陣列和生物信息學(xué)發(fā)現(xiàn)，AS患者差異表達(dá)基因主要富集于參與與免疫相關(guān)功能和炎癥信號(hào)傳導(dǎo)顯著相關(guān)的位點(diǎn)，如I-κB激酶/

核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活和調(diào)控，中性粒細(xì)胞活化，Th1、Th2、Th17細(xì)胞分化等相關(guān)位點(diǎn)；同時(shí)通過(guò)基因集富集分析發(fā)現(xiàn)，AS患者樣品中補(bǔ)體和凝血級(jí)聯(lián)、白細(xì)胞經(jīng)內(nèi)皮遷移、破骨細(xì)胞分化、自噬動(dòng)物基因集均顯著上調(diào)。PARK等［13］發(fā)現(xiàn)，AS患者外周血中自噬相關(guān)基因的表達(dá)較低，自噬活性缺陷，表明自噬在AS發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。周晨［14］研究發(fā)現(xiàn)，在腸道菌群基因的多態(tài)性和基因豐度上，AS患者較健康對(duì)照組明顯降低；同時(shí)通過(guò)對(duì)KEGG通路和模塊的分析，發(fā)現(xiàn)AS患者主要功能基因富集于脂多糖合成、氨基酸、維生素和輔因子的代謝相關(guān)通路。此外，KLASEN等［15］發(fā)現(xiàn)，前列腺素E受體4（EP4）可增強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）磷酸化，從而介導(dǎo)AS發(fā)病。

1.2 蛋白組學(xué)在AS中的研究 蛋白組學(xué)是從整體層面研究生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)組成及調(diào)控活動(dòng)規(guī)

律［6］，揭示了生命現(xiàn)象的表層因子，提醒即將發(fā)生什么。目前關(guān)于蛋白組學(xué)在AS的研究主要集中于尋找AS潛在的生物標(biāo)志物，以期臨床應(yīng)用于AS的篩查和診斷，以及探索AS發(fā)病機(jī)制方面。

在尋找AS潛在生物標(biāo)志物方面，YU等［16］通過(guò)液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）分析發(fā)現(xiàn)，新發(fā)AS患者的外周血單個(gè)核細(xì)胞中，抗原處理和呈遞過(guò)程中的3種蛋白（HSP90AB1、HSP90AA1和HSPA8）、血小板活化過(guò)程中的6種蛋白（如ITPR1、MYLK和STIM1等）和白細(xì)胞經(jīng)內(nèi)皮遷移過(guò)程中的10種蛋白（如MYL12A、MYL9、ROCK2等）高度表達(dá)，揭示了新發(fā)AS患者的異常免疫調(diào)節(jié)，這些蛋白質(zhì)可用作AS診斷和治療靶點(diǎn)的候選標(biāo)志物。LEE等［17］通過(guò)LC-MS/MS分析AS患者關(guān)節(jié)滑液，將補(bǔ)體C4-A和甘露糖結(jié)合凝集素2（MBL2）確定為潛在的AS生物標(biāo)志物。另有研究發(fā)現(xiàn)，AS組血清中存在9種差異表達(dá)蛋白，其中，血清淀粉樣蛋白A、載脂蛋白A（ApoA）-Ⅳ、ApoA-Ⅳ前體、結(jié)合珠蛋白2、銅藍(lán)蛋白（CP）和免疫球蛋白超家族22表達(dá)明顯升高［18］；血漿谷胱甘肽過(guò)氧化物酶，類(lèi)似于補(bǔ)體成分3和轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白（TTR）的A鏈在AS患者的血清中則表達(dá)不足，這9種差異表達(dá)蛋白可能是AS相關(guān)蛋白的候選蛋白，可能成為AS的診斷指標(biāo)或治療靶點(diǎn)。

在探索AS發(fā)病機(jī)制方面，LI等［19］發(fā)現(xiàn)，在AS患者的T、B細(xì)胞信號(hào)通路中，均涉及MAPK信號(hào)通路中相關(guān)信號(hào)分子的磷酸化水平顯著上調(diào)，說(shuō)明這條通路增強(qiáng)了T細(xì)胞和B細(xì)胞的免疫反應(yīng)過(guò)程，加強(qiáng)了與之相關(guān)的一系列免疫級(jí)聯(lián)反應(yīng)，與AS調(diào)控機(jī)制密切相關(guān)。羅鳳婷等［20］研究發(fā)現(xiàn)，感染、血小板激活、T細(xì)胞受體、B細(xì)胞受體信號(hào)通路等可能與AS密切相關(guān)，對(duì)了解AS發(fā)病和疾病進(jìn)展機(jī)制具有重要意義。

1.3 代謝組學(xué)在AS中的研究 代謝組學(xué)主要通過(guò)描述生物內(nèi)源性代謝物的整體及其對(duì)內(nèi)外因素的應(yīng)答規(guī)律，揭示生命現(xiàn)象的最終結(jié)果，體現(xiàn)了正在發(fā)生什么。代謝組學(xué)近年來(lái)在AS的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，腸道微生物代謝、脂代謝、氨基酸代謝及碳水化合物代謝等方面存在異常。代謝組學(xué)的相關(guān)研究為AS的病因因素和生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供了研究基礎(chǔ)。

在腸道微生物代謝方面，HE等［21］研究發(fā)現(xiàn)，與健康者比較，AS患者糞便中的代謝產(chǎn)物以脂質(zhì)和烷烴代謝物為主，且伴有葡萄糖酸、α-1-半乳糖呋喃糖苷和絲氨酸等升高；此外，還發(fā)現(xiàn)不同性別的AS患者腸道微生物代謝也不同，其糞便特征具有明顯的性別差異。WANG等［22］發(fā)現(xiàn)，AS患者尿液中甘氨酸、馬氨酸水平顯著升高，而苯乙酰甘氨酸、丁酸鹽水平下降，與健康者比較存在特異性，說(shuō)明AS患者存在腸道菌群紊亂且抗炎及免疫功能下降。BERLINBERG等［23］運(yùn)用代謝組學(xué)篩選和宏基因組學(xué)技術(shù)對(duì)AS患者的結(jié)腸活檢樣本和糞便樣本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)AS患者樣本中色氨酸及其含吲哚代謝物水平顯著升高，說(shuō)明色氨酸代謝途徑在AS中具有特異性。

研究發(fā)現(xiàn)，AS患者存在脂肪酸及其代謝產(chǎn)物的改變，患者血漿中甘油三酯水平明顯下降，而其代謝物甘油的水平升高［21-22］。CHEN等［24］通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)、主成分分析及偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等方法，發(fā)現(xiàn)AS患者血清游離脂肪酸和酯化脂肪酸與健康人群相比存在顯著差異。關(guān)于脂蛋白，有兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，AS患者血清中低密度脂蛋白（LDL）和極低密度脂蛋白（VLDL）水平均降低［25-26］。而ONMAZ等［27］發(fā)現(xiàn)，AS患者血清中LDL水平升高，高密度脂蛋白（HDL）水平降低。有研究表明，AS患者體內(nèi)肉堿及乙酰左旋肉堿水平降低［28-29］。DO?AN等［30］發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸代謝失調(diào)與AS相關(guān)，依據(jù)棕櫚酸和磷脂酰膽堿的水平調(diào)節(jié)AS患者飲食可能是其潛在的治療靶點(diǎn)。

在氨基酸代謝方面，GUPTA等［26］發(fā)現(xiàn)，AS患者血清中作為能量?jī)?chǔ)存重要分子的肌酸水平升高，而其代謝產(chǎn)物肌酐水平降低。另一項(xiàng)研究也檢測(cè)到AS患者尿液中的肌酐水平降低［31］。ZHOU等［29］采用超高效液相色譜-電噴霧三重四極桿質(zhì)譜（UPLC-TQ-MS）對(duì)AS患者進(jìn)行血清氨基酸代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)AS患者的血清氨基酸代謝存在紊亂，其中，賴(lài)氨酸、脯氨酸、絲氨酸和丙氨酸與AS的疾病活動(dòng)度相關(guān)，未來(lái)或可通過(guò)血清氨基酸水平監(jiān)測(cè)AS的疾病活動(dòng)度。

在碳水化合物代謝方面，幾項(xiàng)研究一致表明，在AS患者體內(nèi)參與糖酵解和三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）的代謝物水平增加，如葡萄糖、甘油醛、琥珀酸、富馬酸和蘋(píng)果酸［22，25，27-28，31-35］。研究發(fā)現(xiàn)，在AS患者的血清和糞便中，某些碳水化合物代謝產(chǎn)物（包括甘露糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖酸和丙二酸）水平上調(diào)。目前許多研究通過(guò)代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)，AS的異常代謝產(chǎn)物可能是未來(lái)協(xié)助診斷AS的有利生物標(biāo)志物［21，33，36］。如WANG等［22］在AS患者的血漿、尿液和韌帶組織中發(fā)現(xiàn)了20種滿足潛在生物標(biāo)志物要求的代謝產(chǎn)物。FISCHER等［37］通過(guò)液相質(zhì)譜（LC-MS）檢測(cè)在AS患者的血漿中發(fā)現(xiàn)了215種異常代謝產(chǎn)物，這些異常代謝產(chǎn)物值得進(jìn)一步研究。

2 系統(tǒng)生物組學(xué)在AS中醫(yī)證型研究中的應(yīng)用

近年來(lái)，系統(tǒng)生物學(xué)在證候標(biāo)準(zhǔn)化、客觀化探索等方面取得了進(jìn)展［38-40］。多組學(xué)技術(shù)作為新興研究領(lǐng)域，通過(guò)分析患者血液、尿液、糞便及其他組織的代謝成分，在AS的發(fā)病機(jī)制、病情評(píng)估及個(gè)體化治療的研究方面也發(fā)揮了重要作用。組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)中醫(yī)藥與西醫(yī)學(xué)之間的巨大差異出現(xiàn)連接點(diǎn)，從整體角度出發(fā)，研究人體組織器官功能及代謝狀態(tài)。隨著對(duì)系統(tǒng)生物組學(xué)的深入認(rèn)識(shí)，為研究AS的中醫(yī)證候分型及中醫(yī)藥治療機(jī)制等方面提供了新的思路和方法。目前對(duì)于AS中醫(yī)證型的研究多集中在分析AS不同中醫(yī)證候分型之間蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等的差異，以期進(jìn)一步揭示AS中醫(yī)臨床辨證的物質(zhì)基礎(chǔ)。

在中醫(yī)證候研究方面，孫志嶺等［41］發(fā)現(xiàn)，AS濕熱痹阻證的發(fā)病和病理過(guò)程可能涉及Fibulin-1、二肽基肽酶1、激肽原1、IL-17F突變型、甘露糖結(jié)合蛋白C等功能蛋白，說(shuō)明濕熱痹阻證以炎癥免疫、細(xì)胞增殖等活動(dòng)增強(qiáng)為主，也可能涉及補(bǔ)體激活通路的參與。殷婷婷等［42］采用高效液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，比較AS濕熱證、非濕熱證患者及健康志愿者的血清樣本中與濕熱證相關(guān)的特異性脂質(zhì)代謝物，發(fā)現(xiàn)血清脂質(zhì)圖譜在AS濕熱證組與非濕熱證組之間存在明顯差異，其中以甘油磷脂酰膽堿類(lèi)和甘油三酯類(lèi)脂類(lèi)代謝物差異最明顯，而與健康對(duì)照組比較，AS濕熱證組溶血甘油磷脂酰膽堿類(lèi)明顯下降，推測(cè)這些差異性脂質(zhì)代謝物可能成為中醫(yī)臨床辨證AS濕熱證的物質(zhì)基礎(chǔ)。王苗苗等［43］研究發(fā)現(xiàn)，寒濕痹阻型AS的發(fā)病及病理過(guò)程可能涉及酶類(lèi)、黏附分子、凝血因子、肽類(lèi)激素的功能蛋白，如聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1、弗林蛋白酶、血管內(nèi)皮鈣黏蛋白、激肽原1、血管緊張素原等。梁偉東等［44］發(fā)現(xiàn)，腎虛督寒型AS的發(fā)病機(jī)制可能與患者的能量代謝、氨基酸代謝、脂類(lèi)代謝以及胃腸道菌群和免疫紊亂等代謝異常有關(guān)。

在中藥治療方面，梁偉東等［45］發(fā)現(xiàn)益督丸能有效改善人體的三羧循環(huán)障礙、氨基酸與脂類(lèi)代謝紊亂，參與調(diào)節(jié)胃腸道菌群及免疫水平，從而起到延緩AS病情發(fā)展的作用。李金政等［46］利用生物信息學(xué)及分子對(duì)接技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了羌活勝濕湯治療AS的13個(gè)關(guān)鍵靶基因，包括IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子-α、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A、前列腺素內(nèi)過(guò)氧化物合成酶2等，說(shuō)明羌活勝濕湯主要發(fā)揮抑制促炎因子的釋放，調(diào)控骨的穩(wěn)態(tài)及自身免疫的作用。CHEN等［47］采用GC和MS技術(shù)，發(fā)現(xiàn)腎陽(yáng)虛模型動(dòng)物的代謝網(wǎng)絡(luò)明顯偏離正常組動(dòng)物，而用溫陽(yáng)中藥干預(yù)后，模型動(dòng)物的代謝譜回歸至正常范圍，呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的效果，同時(shí)進(jìn)一步說(shuō)明代謝組學(xué)的研究可協(xié)助分析AS的發(fā)病機(jī)制及中藥的有效化學(xué)成分，為研究中醫(yī)藥治療AS提供了支持。

3 小結(jié)與展望

系統(tǒng)生物組學(xué)是由整體理念而產(chǎn)生的概念，其理念與中醫(yī)學(xué)“整體觀”相一致，符合中醫(yī)藥的研究思路［39，48］。組學(xué)技術(shù)作為后基因組時(shí)代迅速發(fā)展的新興研究技術(shù)，在AS病因病機(jī)的研究中逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。從目前的研究成果來(lái)看，多組學(xué)聯(lián)用在疾病中醫(yī)證候分型的研究深度依然不夠，其難點(diǎn)在于與生物學(xué)靶位點(diǎn)的對(duì)位，及其不能動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地反映整體信息，因此，還不能夠揭示中醫(yī)“證”的實(shí)質(zhì)。對(duì)于中醫(yī)證候本質(zhì)及中醫(yī)藥治療的研究，加強(qiáng)多組學(xué)技術(shù)之間的聯(lián)用，可能為進(jìn)一步揭示疾病本質(zhì)，評(píng)估AS病情及中醫(yī)藥個(gè)體化治療提供方法和思路。

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收稿日期：2023-03-07；修回日期：2023-04-29