王清騰 金映筑 羅振華 李偉

(1.貴州醫(yī)科大學，貴州 貴陽 550025； 2.貴州省人民醫(yī)院，貴州 貴陽 550100)

心血管疾病是世界范圍內疾病死亡的主要原因之一[1]。冠心病作為心血管疾病中最為常見的疾病，其發(fā)病仍呈逐年上升趨勢[2]。冠心病作為代謝紊亂性疾病，主要病理機制為內皮功能障礙和慢性炎癥，同時發(fā)生異常復雜代謝，進而誘發(fā)的血管壁病變。冠心病是一個漸進的演變過程，這也是冠心病早期不被重視的主要原因。相比于其他疾病，冠心病發(fā)病率的急劇上升且逐漸年輕化，極大地增加了人們的經(jīng)濟以及生活負擔[3]。目前已有大量動物實驗及臨床研究證實，心血管疾病的發(fā)生與異常代謝相關[4-6]。代謝組學主要是通過對容易獲得的生物體液中大量代謝物進行的定性和定量分析，來解釋差異代謝物在其參與的代謝通路所發(fā)揮的生物學作用[7]，為疾病的早期診斷、病程進展及診療提供可靠依據(jù)。目前代謝組學已廣泛應用于冠心病的研究，尤其是在穩(wěn)定型心絞痛(stable angina pectoris，SAP)、不穩(wěn)定型心絞痛(unstable angina pectoris,UAP)及急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)方面的研究，取得了豐碩的成果。

1 代謝組學的基本概況

隨著基因組學、轉錄組學和蛋白質組學的發(fā)展，代謝組學的出現(xiàn)已成為生命科學研究的必然趨勢。代謝組學概念是英國學者Nicholson等[8]基于磁共振波譜對生物體液、細胞及組織的多組分代謝成分的大量研究提出的。在過去的十年中，代謝組學有了爆發(fā)式的發(fā)展，質譜及磁共振技術的不斷改進提高，使得在一項實驗研究中檢測出數(shù)百甚至數(shù)千種代謝物成為可能[9]。

代謝組學技術的優(yōu)勢[10]：(1)基因和蛋白質微小變化可在代謝物中得以反映和放大；(2)不需要全基因組學測序和進行大量表達序列標記；(3)通過生物體液代謝物組分分析，檢測生物體生理或病理變化；(4)不同生物體體中代謝物基本相似，應用更為普遍。代謝組學技術的不足[11]：(1)仍未定性的代謝物占絕對數(shù)量與可能的代謝物空間相比，公共可用的光譜庫的尺寸較小，仍有很高百分比的峰未被識別；(2)大規(guī)模光譜分配的精確統(tǒng)計驗證受限。

目前代謝組學主要的分析研究平臺包括[12]，核磁共振波譜法(nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR)、氣相色譜-質譜法(gas chromatography/mass spectrometry，GC/MS)、液相色譜-質譜法(liquid chromatography/mass spectrometry，LC/MS)。它們在代謝組學研究方面均有各自的應用和優(yōu)勢。

NMR是最具選擇性的分析技術之一，能在短時間內提供高度的結構信息[13]。NMR也是一種無損和高度可再現(xiàn)的技術，在進行生物樣品中的代謝物檢測時不需大量的樣品制備。但它在應用過程中仍存在較多問題，如高光譜擁擠、大分子存在、分子相互作用、動態(tài)范圍、巨大的溶劑濃度和靈敏度等，所以在進行代謝物鑒定時需應用先進的核磁共振技術和分析策略，以獲得更高的準確性。

質譜聯(lián)合色譜是生物合成途徑對代謝組影響進行全面分析的最廣泛應用的平臺[14]。其中GC/MS是最為常用的分析平臺。由于化合物庫的可用性，使用GC/MS進行化合物鑒定非常簡單。與GC/MS相比，LC/MS可檢測更廣泛的代謝物，從高分子量到低分子量化合物，以及親水和疏水代謝物。此外，LC/MS不需要衍生化或GC/MS所需的特殊樣品分析準備。缺點是由于基質效應使得LC/MS的峰容量和穩(wěn)定性不足。

代謝組學作為一種深度表型工具，自20世紀90年代末問世以來取得了長足的進步[15]。但由于代謝組學中高分辨率平臺、聯(lián)用技術、小型化和數(shù)據(jù)采集工具包的優(yōu)化和發(fā)展給代謝組學數(shù)據(jù)預處理、分析、解釋和集成帶來了新的挑戰(zhàn)[16]。

2 代謝組學在冠心病中的應用

2.1 代謝組學在探尋冠心病生物標志物方面的研究

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，冠心病的發(fā)病率逐年上升，且越來越年輕化。然而，目前對于冠心病的臨床診斷標志物仍缺乏特異性和局限性。隨著代謝組學的迅速發(fā)展，探尋冠心病的生物標志物已成為一個研究熱點，特別是在SAP、UAP和AMI方面已有了很大的進展。

2.1.1 SAP

SAP是冠心病的常見表現(xiàn)類型。臨床特點主要表現(xiàn)為可逆性的心肌供需不調，考慮與缺血或缺氧有關，可在運動或情緒波動等情況下發(fā)病，休息或服用硝酸甘油后緩解[17]。有研究表明，SAP患者存在顯著的殘余血栓風險[18]?，F(xiàn)已有幾項關于SAP的代謝組學研究，用以發(fā)現(xiàn)特異性和敏感性高的生物學標志物，主要發(fā)現(xiàn)見表1[19-21]。

如表1所述，雖結果有所不同，但它們提供了對SAP病理生理過程的初步認識，有利于SAP標志物的進一步研究，特別是膽堿和氧化三甲胺具有更高的研究及診斷價值。

表1 SAP在代謝組學研究中的主要信息

2.1.2 UAP

UAP是繼發(fā)于冠狀動脈閉塞的急性加重[22]。特征是心絞痛癥狀逐漸增加，休息或夜間發(fā)作或心絞痛持續(xù)時間延長。由于UAP獨特的病理生理機制和臨床預后，如果不及時治療，患者可發(fā)展為急性心肌梗死。為了尋找敏感和特異的生物標志物并進行早期診斷，對UAP進行了多項臨床和實驗代謝組學研究，主要發(fā)現(xiàn)見表2[23-26]。

如表2所述，有兩項基于氫-1核磁共振波譜法的血液代謝組學研究顯示了氨基酸代謝和UAP之間的相關性。這可能意味著氨基酸代謝可用作UAP的潛在診斷標記。

表2 UAP在代謝組學研究中的主要信息

2.1.3 AMI

AMI是由急性冠狀動脈閉塞和血流中斷引起的心肌缺血性壞死。目前有關AMI代謝組學的生物標志物的臨床和實驗研究較多[27]。然而對于AMI來說，目前無一種能令人信服地證明它們能像肌鈣蛋白、肌酸激酶同工酶和肌紅蛋白那樣確定預后，詳見表3[28-31]。

表3 AMI在代謝組學研究中的主要信息

2.2 代謝組學在女性冠心病中的研究

盡管冠心病是世界范圍內高死亡率的疾病之一，但其作為一種男女共患性疾病的重要性并未得到充分重視?，F(xiàn)階段對冠心病的研究主要集中在男性，而對于女性的研究相對較少。有研究發(fā)現(xiàn)，患冠心病的女性比男性預后更差[30]。女性傾向于在晚年出現(xiàn)冠狀動脈疾病，即使在年輕時，她們接受的循證治療也比男性少。與男性相比，女性更容易受到導致心血管疾病發(fā)病率和死亡率的代謝異常后果的影響[32]。有代謝組學研究發(fā)現(xiàn)，冠心病患者的代謝物在性別上有一定的差異性，詳見表4[10,33-34]。

表4 冠心病在代謝組學研究中性別差異的主要信息

3 思考與展望

目前代謝組學技術已取得了較大的發(fā)展，但作為一種新興的科學技術，同樣面臨著很多問題。一方面，在數(shù)據(jù)分析上需其他專業(yè)技術支撐，對研究人員綜合素質要求較高，現(xiàn)有分析儀器還處在實驗室階段，在樣本提取及數(shù)據(jù)處理方法上還需進一步完善。另一方面，對于冠心病代謝組學的研究，目前主要研究局限于組間代謝物差異，尚未明確有代謝物作為指導臨床的特異性代謝產(chǎn)物。盡管如此，但代謝組學作為其他組學的進一步延續(xù)，完善了生命科學體系。相信隨著技術的進一步發(fā)展和創(chuàng)新，代謝組學在冠心病領域方面的研究將展現(xiàn)出廣闊的前景。