支氣管哮喘代謝組學研究進展

李陸一，蔣毅

1.山西醫科大學公共衛生學院，山西太原 030001；2.山西醫科大學第一醫院呼吸與危重癥科，山西太原 030001

隨著近幾年城市污染的加重，呼吸系統疾病的發病率顯著提高，這其中支氣管哮喘是較為嚴重且頑固的一類疾病。為提高支氣管哮喘的診斷率和療效，許多學者對此進行了深入的研究，而代謝組學作為一門新興學科，憑借其樣本多樣化、技術多元化等優勢理所當然地進入了公眾的視線。該文將從不同角度、不同醫學理論體系如中國傳統醫學、維吾爾醫學介紹支氣管哮喘以及代謝組學各自特點并綜合論述支氣管哮喘代謝組學研究進展。

1 支氣管哮喘

支氣管哮喘（bronchial asthma），簡稱哮喘是由多種細胞參與的氣道慢性炎癥性疾病。我國已成為全球哮喘病死亡率最高的國家之一。哮喘的發病因素是多方面的，根據賀娟梅等[1]研究發現，畜牧業哮喘的發病率最高，其次為化工業；每年季節交替、氣溫變化較大的月份，如6月、9月為發病高峰。目前哮喘機制未完全闡明，但“環境與遺傳因素共同作用”的說法已被普遍接受。

現如今哮喘的診斷其實不容樂觀。有研究顯示我國哮喘的漏診率范圍在8.26%～85.86%。由于哮喘的變應性及特殊類型哮喘的存在，僅僅依靠臨床癥狀、病史等很難確診。因此普及哮喘知識、引進先進技術等就變得至關重要。

2 代謝組學

2.1 代謝組學技術手段

代謝組學主要是利用一些技術手段對采樣標本進行檢測，并借助一些統計方法來分析機體代謝變化從而做出診斷。核磁共振（NMR）技術預處理簡單，它的最大優勢在于分辨率高，能夠迅速、準確地定量分析代謝物，并對所有化合物的靈敏度一致，用于化合物的結構鑒定。但其靈敏度較差，對于一些含量較低的化合物可能檢測不到[2]。

液相色譜-質譜聯用（LC-MS）具有較高分辨能力、較快的分析速度，靈敏度高等特點，但數據庫相對GCMS較小，適用于分析穩定性差、難揮發的化學成分。

氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）具有高分辨能力、高靈敏度、大量數據庫等特點，且成本相對低廉，但無法實現對熱穩定性差和高分子量代謝物的分析，因此，適合分析相對分子量小、低極性、低沸點的代謝物[3]。

2.2 代謝組學的標本選擇

Mondul AM等通過實驗發現：1-磷酸肌醇與進展期癌癥關系最密切；甘油磷脂類和脂肪酸也與癌癥有很大關聯；α-酮戊二酸鹽和檸檬酸鹽也可提示注意前列腺癌。此實驗可以證明血液代謝物可能與前列腺癌有病理生理聯系，有這些提示后應及時做其他細致的檢查。

Saude等對135名兒童的尿液進行取樣，這其中包括健康者、穩定的門診哮喘患者、不穩定的急診患者。經分析對比發現這3類人群的尿液有很大差別，這就為哮喘的診斷提供了新的思路。

Ibrahim等利用NMR技術分析82例患者和25名健康者的呼出氣冷凝液，通過分析痰中嗜酸性粒細胞、嗜中性粒細胞、哮喘控制與吸入皮質類固醇的功能來鑒別兩類人群。

支氣管肺泡灌洗液也是可供選擇的一類標本。Ho WE[4]射卵蛋白使小鼠致敏，建立哮喘模型，利用LC-MS、GC-MS技術發現哮喘模型一組的小鼠有新奇的代謝變化。

2.3 代謝組學數據統計方法

主成分分析法（PCA）是無監督學習方法中的主要途徑，其分析的目的不僅僅是發現樣品之間的異同，更重要的是在大量數據中發現造成上述差異的具體分子。

偏最小二乘法 （PLS）是一種有監督的算法，與PCA的分析原理相同，都是對數據結構進行投影分析，但PCA只有一個數據集，對應一個多維空間，而PLS有兩個數據集，因此也相應地對應有兩個多維空間，會更有效地發現變量間的聯系及變化規律等[5]。

3 哮喘與代謝組學

3.1 哮喘代謝組學在西方醫學的研究進展

Kashiwakura JC等通過實驗發現，被證實能夠抑制HRF/IG反應的免疫球蛋白相互作用的HRF肽可以抑制肥大細胞活化以及氣道炎癥反應。實驗顯示HRF是哮喘促炎癥反應的重要角色，同時也提示HRF成為潛在的治療目標。

支鏈氨基酸（BCAA）的生物學作用從而也可以在一定程度上解釋哮喘患者體內BCAA的變化。BCAA包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸。BCAA雖然不在體內合成，但它們對于蛋白質和神經傳遞素的合成十分重要。BCAA的蛋白質合成代謝作用似乎不僅通過促進翻譯過程，而且還抑制蛋白質的降解過程。BCAA生物學作用可能會幫助研究其作為生物標記物的作用。多項實驗結果表明哮喘患者BCAA含量下降可能與機體存在能量長期消耗有關。

谷氨酰胺與谷氨酸共同調節體內氨的水平，但二者在哮喘患者中的變化有所不同：Lee CH等[6]型發現谷氨酰胺會通過依賴MKP-1的方式去抑制P38 MAPK及其下游路徑，這個發現就為治療肺部嗜中性粒細胞炎癥疾病提供了新的治療思路。也有其他學者推測谷氨酰胺可以抑制炎癥反應、具有保護氣道的作用；而谷氨酸的減少將會引起谷胱甘肽的生成減少，導致機體抗氧化能力降低、氧化應激水平升高從而加重炎癥反應[7]。

在利用代謝組學研究哮喘時，小分子物質起到了至關重要的作用，不僅僅上述幾種，近幾年很多學者都嘗試從不同角度、追蹤不同小分子物質來深入研究，如各類氨基酸、脂質、炎癥介質、細胞因子等，可見代謝組學在哮喘領域中的應用前景很好。

3.2 哮喘代謝組學在中醫、維醫中的應用

該文列舉了一些成功應用代謝組學的例子，但其實對哮喘的研究目前已不僅限于現代醫學，近幾年中醫與維醫也對哮喘的研究越來越深入，而在這個過程中代謝組學均起到了不可磨滅的作用。

中醫學的整體觀、治未病觀等理論都與以“整體性、系統性”為主要特點的代謝組學不謀而合、十分契合，也正因如此，國內也開展了許多關于代謝組學在中醫中應用的進展，如陶嘉磊等[8]通過對尿液成分的分析得出與痰熱阻肺證患者相比，非痰熱阻肺證患兒尿中蛋氨酸、琥珀酸、賴氨酸等多種有機酸以及多種脂類、酮類化合物含量升高，由此對中醫證候群的研究提供了新的思路；茍小軍等[9]發現丁酸、磷酸鹽、肌酐等的含量在肺脾氣虛型和氣陰兩虛型哮喘患者中存在明顯差異，這些有差異的物質有可能成為兒童哮喘患者辨證分型的物質基礎和客觀量化的診斷標準。在發祥于塔里木文明，位于古絲綢之路大動脈之上的維吾爾醫學中，患病率逐年上升的哮喘也是其中一大熱門問題。在維吾爾傳統醫學中，將哮喘分為三類：異常粘液質哮喘、異常膽液質哮喘和異常黑膽質哮喘，這其中異常黑膽質哮喘最常見，癥狀也最重。將代謝組學應用到維醫中可發現異常黑膽質哮喘患者體內異常的代謝組分的變化、研究其發生時的生物學標志、從而進一步明確其發生機制等；也可用于區分異常黑膽質證與非異常黑膽質證哮喘等。如吳燕等[10-11]利用代謝組學發現與健康者相比，異常黑膽質證患者血漿中多種氨基酸、谷氨酰胺、乳酸、脂類、葡萄糖等都有不同程度的變化，3大物質代謝通路、糖異生、免疫功能也都存在異常改變。現普遍認為應首先使用異常黑膽質成熟劑使體液成熟和堆積，而后使用清除劑，將異常的體液排出體外[12]異常黑膽質成熟劑現在也已經商業化生產（專利號：z102130082.8）[13]廣泛應用到氧化應激、銀屑病、腫瘤等各個方面。

4 結語

支氣管哮喘代謝組學的前景可觀主要有兩方面的原因：①哮喘的反復性和難治性，這給家庭和社會都帶了極大的負擔；②代謝組學的廣泛應用：代謝組學不僅可用于研究疾病的發病機制、診斷等如糖尿病、冠心病、腫瘤、腎病等，還可用于植物學、動物營養學、生態學、水產品物流、寄生蟲、農業研究等，近幾年不同領域關于代謝組學的文章如雨后春筍般涌現，這也預示了代謝組學在未來一定會得到更加廣泛的應用。但同時代謝組學畢竟是一門新興學科，也有一些需要完善的地方，如檢測儀器昂貴、分析手段有限等。相信隨著未來科技的日益進步，支氣管哮喘代謝組學的研究也終將會登上臨床的舞臺，幫助人們對哮喘的診治、機制的研究和療效及預后的判斷提供可靠依據。