王高祥 尹恒 王建偉*

1．南京中醫(yī)藥大學(xué)，江蘇 南京 210000 2．南京中醫(yī)藥大學(xué)無錫附屬醫(yī)院，江蘇 無錫 214000

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種早期沒有典型癥狀的全身代謝性骨骼疾病[1]。中老年人一旦發(fā)病易導(dǎo)致骨折。骨質(zhì)疏松性骨折危害巨大，可致殘致死[2]。因此，早發(fā)現(xiàn)、早治療對(duì)于OP患者而言尤為重要[3]。代謝組學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)的一員，可直觀、全面地反映生物體內(nèi)的代謝物變化[4]，其在OP的早期診斷方面潛力巨大。代謝組學(xué)的綜合、系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)等分析特性與中醫(yī)的整體、辨證、恒動(dòng)等觀念不謀而合[5]，能為OP的中醫(yī)診療提供新的思路和方法。筆者就近年來代謝組學(xué)技術(shù)在OP中的應(yīng)用作綜述如下。

1 代謝組學(xué)研究概況

1.1 代謝組學(xué)的概念

代謝組學(xué)是一門定量測(cè)量生物樣本中全部代謝物的組成以及這些代謝物在內(nèi)外刺激下動(dòng)態(tài)改變的科學(xué)[6]。

1.2 代謝組學(xué)技術(shù)

代謝組學(xué)技術(shù)目前主要有核磁共振法、色譜法和質(zhì)譜法三種，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)[7]。 從運(yùn)用時(shí)間上來說核磁共振法最早，可以檢測(cè)出絕大部分的化合物，它的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行預(yù)處理比較簡(jiǎn)單、不損傷樣品并可進(jìn)行定量數(shù)據(jù)分析。缺點(diǎn)為不夠靈敏、檢測(cè)窗較窄;色譜法能夠?qū)?fù)雜的混合化合物進(jìn)行組分分離且分離速度較快，具有較廣的應(yīng)用范圍。但同時(shí)也存在著定性能力不夠等缺點(diǎn);質(zhì)譜法比起核磁共振法，在專屬性和靈敏度方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，質(zhì)譜法可以同時(shí)針對(duì)多種類型的代謝化合物進(jìn)行檢測(cè)鑒定和分析且檢測(cè)分析速度很快，具有很高的效率。但也存在著整體性、均一性較差的缺點(diǎn)。目前，不同的技術(shù)常被聯(lián)合應(yīng)用以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。聯(lián)合應(yīng)用較多的是色譜-質(zhì)譜綜合聯(lián)用技術(shù)[8]，其既具有很好的選擇性和較高的靈敏度，又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜代謝化合物的定性、定量分析。

1.3 代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析

代謝組學(xué)流程有以下幾個(gè)步驟：采樣、預(yù)處理、采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和解釋，其中數(shù)據(jù)的分析和解釋[11-12]是最關(guān)鍵的一步。數(shù)據(jù)分析解釋又分為三大步:①數(shù)據(jù)的提取即圖譜的可視化；②預(yù)處理即濾噪、峰對(duì)齊、標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化等；③模式識(shí)別，包括非監(jiān)督模式和有監(jiān)督模式。前者有主成分分析、簇類分析和非線性映射等，后者包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、偏最小二乘-判別分析、正交最小二乘-判別分析等[13-14]。

2 代謝組學(xué)技術(shù)在骨質(zhì)疏松癥診斷方面的研究進(jìn)展

OP作為一種代謝性疾病，可使患有該病的生物體內(nèi)的代謝物種類和濃度發(fā)生變化。目前，已有越來越多的人嘗試通過代謝組學(xué)技術(shù)尋找可用于診斷OP的代謝標(biāo)志物，并試著通過這些代謝標(biāo)志物進(jìn)一步研究OP的發(fā)病機(jī)制。

Ma[15]進(jìn)行了對(duì)卵巢切除骨質(zhì)疏松大鼠與正常大鼠血漿的代謝分析，發(fā)現(xiàn)了花生四烯酸、十八碳二烯酸、支鏈氨基酸、高半胱氨酸、羥脯氨酸和酮體(3-羥基丁酸)、十二碳六烯酸、十二烷酸和賴氨酸等11種成分發(fā)生了顯著變化。從對(duì)這些潛在生物標(biāo)志物的分析上來看，該模型骨質(zhì)疏松癥與糖脂等能量代謝密切相關(guān)。Chen[16]采用卵巢切除骨質(zhì)疏松癥大鼠為模型，運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)模型的血液進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以下13種代謝標(biāo)志物即富馬酸、檸檬酸、琥珀酸、3-羥基丁酸、天冬氨酸、蘋果酸、?；撬?、甘氨酸、2-酮戊二酸、乙醇。梁偉東[17]在采用核磁共振的代謝組學(xué)技術(shù)研究OP的發(fā)病機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)OP患者的0-乙酰糖蛋白、脯氨酸、檸檬酸較正常組下降，推斷糖尿病性O(shè)P的發(fā)病機(jī)制可能與糖代謝、氨基酸代謝、能量代謝紊亂有關(guān)。羅朵生[18]采用液相色譜-質(zhì)譜法技術(shù)分析OP小鼠模型與正常組之間的代謝物差異，發(fā)現(xiàn)了22種OP的代謝標(biāo)志物，并認(rèn)為OP的發(fā)病可能主要與脂類代謝異常有關(guān)。You等[19]在對(duì)絕經(jīng)后女性的血尿代謝產(chǎn)物的分析后發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后女性的骨密度水平與體內(nèi)乳酸、丙酮、脂質(zhì)和極低密度脂蛋白等代謝物水平呈負(fù)相關(guān)。

目前已有部分研究者利用代謝組學(xué)技術(shù)檢測(cè)分析出正常組和OP組體液中的代謝物種類、濃度及兩組之間的代謝差異，并找到一些OP潛在代謝標(biāo)志物，有一定的借鑒意義。但大多為以大鼠、小鼠等動(dòng)物作為模型，臨床研究較少。

3 代謝組學(xué)技術(shù)在骨質(zhì)疏松癥中醫(yī)證型判別方面的研究進(jìn)展

目前在運(yùn)用代謝組學(xué)研究OP中醫(yī)證型判別方面的研究較少，筆者查閱文獻(xiàn)后僅見吳健雄等有相關(guān)研究。吳健雄等[20]研究后認(rèn)為，雌二醇和胰島素樣生長(zhǎng)因子可以用來鑒別OP的肝腎陰虛證以及氣滯血瘀證。其他疾病如糖尿病、高血壓、冠心病等已有較多運(yùn)用代謝組學(xué)在中醫(yī)證型判別方面的研究，且大多取得一定成果，這進(jìn)一步說明運(yùn)用代謝組學(xué)研究OP的中醫(yī)證型判別具有廣闊的前景。

4 代謝組學(xué)技術(shù)在骨質(zhì)疏松癥中藥干預(yù)機(jī)制方面的研究進(jìn)展

中藥作用于機(jī)體具有多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)的作用，在干預(yù)前后機(jī)體的代謝將發(fā)生變化。代謝組學(xué)技術(shù)可檢測(cè)出中藥在多靶點(diǎn)干預(yù)前后的OP生物體內(nèi)的代謝物差異，通過這些代謝物差異研究不同中藥或方劑干預(yù)的作用靶點(diǎn)及作用機(jī)制。目前已有研究者通過代謝組學(xué)技術(shù)研究中藥干預(yù)前后OP生物體內(nèi)的代謝差異。

熊莉華等[21]通過運(yùn)用核磁共振法分析雙黃益骨方治療糖尿病性O(shè)P治療前后的代謝產(chǎn)物變化后發(fā)現(xiàn)，雙黃益骨方治療糖尿病性O(shè)P是通過改善機(jī)體代謝途徑的紊亂、改善骨合成的原料及物質(zhì)的調(diào)控來發(fā)揮功效的。吳凡[22]在《疏肝補(bǔ)腎方治療骨質(zhì)疏松癥的代謝組學(xué)研究》中指出，丙酮、乳酸、N-乙酰糖蛋白、脂肪酸為具有顯著分類意義的骨質(zhì)疏松模型的生物標(biāo)記物，可從這4個(gè)生物標(biāo)記物的變化水平來提示藥物是否具有治療骨質(zhì)疏松癥的作用。 黃月等[23]在進(jìn)行骨疏丹對(duì)糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松模型大鼠干預(yù)作用的血尿液代謝組學(xué)的研究時(shí)，共發(fā)現(xiàn)了22個(gè)潛在代謝標(biāo)志物，發(fā)現(xiàn)OP的發(fā)病主要與氨基酸代謝、脂代謝、能量代謝、腸道菌群代謝及腎損傷和體內(nèi)的氧化應(yīng)激狀態(tài)相關(guān)，并發(fā)現(xiàn)骨疏丹可通過以上通路對(duì)OP大鼠進(jìn)行調(diào)節(jié)。李燦[24]在基于液相色譜-質(zhì)譜法技術(shù)對(duì)大鼠血漿及組織的多變量統(tǒng)計(jì)分析中發(fā)現(xiàn)，正常對(duì)照組、維甲酸造模的骨質(zhì)疏松對(duì)照組和參靈健骨膠囊給藥組樣本之間的血漿代謝譜存在明顯差異性。潘思娜[25]通過對(duì)血清、尿液、骨髓和腎臟的代謝組學(xué)研究，從整體水平上闡述了淫羊藿對(duì)糖尿病性骨質(zhì)疏松癥模型代謝異常的調(diào)控作用，發(fā)現(xiàn)淫羊藿通過調(diào)控糖酵解(乳酸)、有氧氧化(檸檬酸、a-酮戊二酸和琥珀酸)、脂質(zhì)代謝、脂肪酸氧化(3-羥基丁酸和乙酸)、能量代謝(肌酸和肌酐)、氨基酸代謝(谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、牛磺酸和甘氨酸)、磷脂代謝(PC/GPC)、膽堿代謝和腸道菌群失調(diào)(馬尿酸和苯乙酰甘氨酸)來發(fā)揮其對(duì)糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的改善作用。

以上研究者們通過給藥前后機(jī)體的代謝組學(xué)的變化來研究中藥對(duì)機(jī)體多靶點(diǎn)的作用機(jī)制，并找到一些可能用于反映中藥改善OP的靶點(diǎn)代謝標(biāo)志物，對(duì)OP發(fā)病機(jī)制研究、中藥對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)機(jī)制研究以及OP臨床實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)指標(biāo)的擴(kuò)大具有一定意義。

5 結(jié)論與展望

筆者通過查閱近年來的相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸、丙氨酸、亮氨酸、乙酸、琥珀酸、乳酸、2-酮戊二酸、琥珀酸、3-羥基丁酸等可能是OP的代謝標(biāo)志物。

中醫(yī)臨床辨證論治缺乏量化、客觀化的指標(biāo)，給研究帶來了一定困難[26]。以代謝組學(xué)為切入點(diǎn)，是一種積極的嘗試。以代謝組學(xué)技術(shù)為研究手段，檢測(cè)不同“證”之間分子代謝物的異同，嘗試建立“證”與特異性代謝標(biāo)志物之間的關(guān)聯(lián)[27]，可以為中醫(yī)藥治療的規(guī)范化、客觀化研究開辟新的途徑。中藥具有多成分、多靶點(diǎn)、綜合調(diào)節(jié)等作用，在治療OP這類病機(jī)復(fù)雜的代謝性疾病方面具有優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù)建立符合其自身特點(diǎn)評(píng)價(jià)體系，闡明其多成分、多靶點(diǎn)的整合作用，可在一定程度上使中藥作用機(jī)制研究更具客觀化。

目前代謝組學(xué)技術(shù)在臨床常見疾病中的應(yīng)用越來越熱門，但其在骨質(zhì)疏松領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，筆者查閱文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)多為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床研究存在巨大差異，如物種間代謝產(chǎn)物差異大、中醫(yī)證型難以模擬等，預(yù)示著代謝組學(xué)技術(shù)在OP的臨床應(yīng)用方面有著廣闊的發(fā)展空間。