王亞麗， 鄭 佳綜述， 鄭黎強審校

根據(jù)最新《中國心血管病報告2017》概要[1]，推算心血管病(cardiovascular disease，CVD)現(xiàn)患人數(shù) 2.9 億，其中腦卒中1300萬，缺血性腦卒中大約占腦卒中發(fā)病的70%以上[1]，占據(jù)CVD死因的首位。腦卒中的發(fā)病原因涉及氧化應(yīng)激、細胞凋亡以及炎癥反應(yīng)等[2，3]，但其分子水平上的機制仍遠未被闡明。代謝組學(xué)是近年來快速發(fā)展的一門新興學(xué)科，與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)共同構(gòu)成系統(tǒng)生物學(xué)的組成部分，因其最接近疾病的進程而得到了廣泛的發(fā)展。1999年，Nicholson[4]提出代謝組學(xué)的概念：生物系統(tǒng)對生理和病理刺激以及基因改變的代謝應(yīng)答的定量測定。通常理解為檢測細胞、組織或體液中所包含的可檢測到的小分子代謝物[5]。目前代謝組學(xué)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于疾病的研究中[6～9]。通過代謝組學(xué)方法，對體內(nèi)多種通路的循環(huán)代謝物同時量化可以提供個體的整體代謝狀態(tài)，使我們從分子水平去認(rèn)識疾病和健康[10]。目前應(yīng)用代謝組學(xué)方法發(fā)現(xiàn)缺血性腦卒中的代謝障礙主要涉及氨基酸代謝、能量代謝、葉酸循環(huán)代謝和脂類代謝等。本文將綜合闡述這些代謝障礙，說明缺血性腦卒中代謝組學(xué)的研究進展。

1 氨基酸代謝

谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。在生理條件下，谷氨酸的釋放，攝取和重吸收之間存在動態(tài)平衡。由于人體對谷氨酸的高效吸收系統(tǒng)，細胞外谷氨酸保持在相對較低的水平。腦缺血導(dǎo)致谷氨酸攝取受損或過量釋放，因此谷氨酸的細胞外濃度急劇升高，最終谷氨酸的興奮性毒性可誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡和腦損傷[11]。Wang等[12]發(fā)現(xiàn)急性缺血性腦卒中患者血清谷氨酸水平升高。而張?zhí)焓娴萚13]發(fā)現(xiàn)大鼠腦缺血再灌注后3 h缺血半腦腦組織皮質(zhì)和紋狀體中谷氨酸含量下降，而皮質(zhì)和海馬中谷氨酰胺含量上升，這說明缺血引起了神經(jīng)細胞的代謝紊亂，谷氨酸-谷氨酰胺代謝失衡。Kimberly等[14]同時進行了大鼠模型實驗和人類卒中的研究，發(fā)現(xiàn)卒中大鼠血漿和腦脊液、人類血漿中支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)水平下降。在卒中患者中，支鏈氨基酸水平下降同樣與不良神經(jīng)結(jié)局有關(guān)。同樣，在動物模型中也發(fā)現(xiàn)亮氨酸的水平下降[15]。而Luo等[16]發(fā)現(xiàn)缺血性卒中小鼠腦組織中的亮氨酸和異亮氨酸增加，這種差異可能是由于腦組織與血漿、腦脊液的代謝不同有關(guān)。N-乙酰天冬氨酸是神經(jīng)元標(biāo)志物，研究結(jié)果[13]顯示N-乙酰天冬氨酸的含量在腦卒中模型大鼠缺血半腦皮質(zhì)和海馬中下降，說明缺血導(dǎo)致了這些區(qū)域腦組織神經(jīng)元的損傷，同樣在缺血性卒中小鼠腦組織中其含量也顯著下降[16]。牛磺酸是含硫氨基酸的代謝產(chǎn)物，具有較強的細胞保護作用，色氨酸是生物體內(nèi)一種重要的必需氨基酸。涂佳玉等[15]發(fā)現(xiàn)與假手術(shù)組大鼠相比，模型組大鼠血漿中的牛磺酸、羥脯氨酸的含量明顯升高，而色氨酸顯著下降，色氨酸的含量降低可能是因為腦缺血狀態(tài)下神經(jīng)遞質(zhì)受到影響所致。Lee等[17]發(fā)現(xiàn)賴氨酸降解代謝物可幫助識別腦卒中風(fēng)險的患者。萬小莉等[18]初步發(fā)現(xiàn)了13種與缺血性卒中密切相關(guān)的氨基酸類生物標(biāo)志物。

2 能量代謝

乳酸、丙酮酸、檸檬酸鹽等是與能量代謝有關(guān)的產(chǎn)物。Jung等[19]發(fā)現(xiàn)腦梗患者血液中乳酸和丙酮酸升高，尿液中檸檬酸鹽降低。這與腦梗后氧含量下降，血清葡萄糖的無氧糖酵解有關(guān)。Liu等[20]同樣觀察到模型小鼠乳酸和丙酮酸含量升高。而有研究發(fā)現(xiàn)模型組大鼠血漿中的丙酮酸含量升高，乳酸含量下降[15]，乳酸的變化與Jung等的結(jié)果相反，作者認(rèn)為乳酸含量降低，很有可能是血液循環(huán)中的乳酸被轉(zhuǎn)運至大腦局部所致。張?zhí)焓娴萚13]同樣發(fā)現(xiàn)了能量不足的現(xiàn)象，表現(xiàn)為單磷酸腺苷水平下降；尿嘧啶含量升高，無氧酵解上調(diào)(乳酸含量顯著升高)。劉玉敏等[21]也發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象。

3 葉酸循環(huán)代謝

Jiang等[22]對67例腦?；颊吆?2例健康對照的代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)有12種代謝物可以作為腦?；颊邼撛诘纳飿?biāo)志物。其中，葉酸 (FA)、四氫葉酸(THF)、半胱氨酸(Cys)、S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)和氧化型谷胱甘肽 (GSSG)參與“葉酸循環(huán)”和聯(lián)合激活“一碳循環(huán)”。這些物質(zhì)在蛋白質(zhì)和DNA的穩(wěn)定，合成其他分子，對抗活性氧代謝物的毒性中發(fā)揮重要作用。FA在同型半胱氨酸轉(zhuǎn)化回蛋氨酸的再甲基化過程中作為甲基化供體發(fā)揮著重要作用。Cys作為一種神經(jīng)毒性氨基酸，它在卒中患者中的水平顯著增加。SAH是S-腺苷甲硫氨酸依賴性甲基化反應(yīng)的強抑制劑。GSSG是氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物，腦?；颊咧蠫SSG的水平升高表明活性氧產(chǎn)生不平衡，與缺血性卒中的病理生理機制有關(guān)[22]。

4 脂類代謝

Jové等[23]對短暫性腦缺血發(fā)作患者后來發(fā)生卒中復(fù)發(fā)風(fēng)險進行了研究，發(fā)現(xiàn)溶血卵磷脂 (LysoPC[16：0])的濃度降低與卒中復(fù)發(fā)顯著相關(guān)，特別是早期復(fù)發(fā)患者(復(fù)發(fā)時間小于3 m)，研究指出早期復(fù)發(fā)患者與非復(fù)發(fā)或后復(fù)發(fā)患者的代謝特征不同，這可能是由于機體后來進行的自我修復(fù)造成的。研究發(fā)現(xiàn)血漿中極低密度、中低密度和低密度脂蛋白分子與缺血性卒中呈正相關(guān)[24]。腦?；颊咧舅岽x(羥基十八碳二烯酸和羥基二十碳四烯酸)與對照顯著不同。羥基十八碳二烯酸是氧化應(yīng)激狀態(tài)的生物標(biāo)志物，認(rèn)為與動脈粥樣硬化的病理機制有關(guān)。羥基二十碳四烯酸通過花生四烯酸的ω-羥基化合成，在腦和腸系膜動脈中發(fā)揮著血管收縮劑的功能[22]。大鼠腦缺血再灌注后3 h，細胞膜磷脂大量水解，同時由于腦組織中的ATP下降，膽堿合成卵磷脂的效率降低，導(dǎo)致模型大鼠缺血半腦各組織中膽堿含量大幅度上升，甘油磷酰膽堿和磷酰膽堿含量下降[13]。

5 其他代謝

內(nèi)生大麻素(eCBs)，如大麻素(AEA)和2-花生四烯酰甘油(2-AG)是“按需”合成的脂質(zhì)介質(zhì)，其抑制神經(jīng)遞質(zhì)(谷氨酸和γ-氨基丁酸)的釋放并調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥[25]。Naccarato等發(fā)現(xiàn)T0(入院時)時刻與對照組相比，卒中患者大麻素的水平顯著升高，且其含量越高，神經(jīng)損害越嚴(yán)重，卒中的面積就越大。但仍需進一步的研究來解決腦卒中患者內(nèi)生大麻素系統(tǒng)調(diào)節(jié)的潛在療法。Sun等[26]發(fā)現(xiàn)尿酸、鞘氨醇和腎上腺素乙醇胺是缺血性腦卒中的潛在生物標(biāo)志物。腦?；颊吲c對照相比，類固醇代謝(醛固酮和脫氧皮質(zhì)酮)也發(fā)生改變[22]?；颊呓M血漿中的二氫神經(jīng)鞘氨醇、植物鞘氨醇等物質(zhì)含量升高，焦谷氨酸和2-酮丁酸等物質(zhì)含量降低[2]。

6 展望

代謝組學(xué)作為一門新興的學(xué)科，在疾病的預(yù)防、診斷和預(yù)后中正日益發(fā)揮著越來越重要的作用。通過了解疾病發(fā)病過程的代謝狀態(tài)，尋找新的生物標(biāo)志物，可以讓我們在分子水平更深入的了解疾病。代謝組學(xué)在腦卒中上的應(yīng)用為研究其發(fā)病機制打開了新的大門，除了已知的危險因素之外，在代謝水平上研究疾病新的危險因素和發(fā)病特征，對臨床實踐具有重大的指導(dǎo)意義。但目前的研究僅僅是篩選出有差異的代謝物，對于這些篩選出的代謝物的代表性和敏感性仍未進行深入研究。未來需要更大樣本量的人群研究來驗證以上發(fā)現(xiàn)的代謝通路。