脂質組學在高脂血癥研究中的應用進展

吳遵平 劉浩 陸安靜 彭捷 魯艷柳 何芋岐，

1遵義醫科大學基礎藥理教育部重點實驗室暨特色民族藥教育部國際合作聯合實驗室（貴州遵義563003）；2遵義市第一人民醫院（遵義醫科大學第三附屬醫院）藥劑科（貴州遵義563099）；3遵義醫科大學藥學院（貴州遵義563099）

近年來，高脂血癥（hyperlipidemia）的發病率逐年增高，由于其與糖、脂代謝異常密切相關［1］，受到越來越多的關注。根據病因，高脂血癥可以分為繼發性和原發性。根據臨床表現，高脂血癥可以分為高膽固醇血癥、高甘油三酯血癥、混合型高脂血癥以及低高密度脂蛋白膽固醇血癥。目前，揭示高脂血癥的發病機制、發現更加敏感的生物標志物、開發安全有效的新型降脂藥物并闡明其作用機制，已成為研究的重要方向。

目前，LIPID MAPS數據庫已列出40 000 多種脂質，對這些脂質進行系統的研究已成為必要。而脂質組學（lipidomics）就是借助各種現代科學技術，研究脂質組的一門新興學科［2］。自2003年脂質組學的概念提出以來［3］，關于脂質組學的研究報道呈線性增長趨勢［4］。脂質組學采用目標物分析、輪廓分析和成像分析等方法［5-6］，比較脂質代謝網絡的整體變化，明晰不同生理、病理條件下脂質代謝的特點，探索其與相關疾病之間的關系，識別并鑒定關鍵生物標志物，最終揭示疾病的發病機制，發現治療藥物的靶點和先導化合物。近年來，脂質組學已成為高脂血癥相關研究的重要方法［7］。本文將總結脂質組學在高脂血癥研究中的應用，以期為相關研究提供參考佐證。

1 脂質組學的分析方法

脂質組學的基本研究流程包括樣本收集和前處理、分離鑒定、數據采集和處理、生物通路分析等環節［8］，其中建立分析方法是關鍵。應用于脂質組學的新興分析技術，極大推動了脂質組學的發展，主要包括拉曼光譜法、高效液相色譜法、氣相色譜法、質譜法、色譜-質譜聯用法、離子淌度-質譜法、質譜成像法、毛細管電泳-質譜聯用法、核磁共振法等［9-11］。其中，液相色譜-質譜聯用技術，因結合了液相色譜的分離特點和質譜的鑒定優勢，已成為脂質組學最重要的分析方法［12-13］。當然，不同的分析方法，具備不同的優缺點，其適用性也隨之不同。例如，氣相色譜-質譜法適用于揮發性脂質成分的分析，但是分析非揮發性脂質成分時，需要對樣品進行衍生化處理，從而限制了其對復雜脂質化合物的檢測［14-15］。超臨界流體色譜-質譜法，常以超臨界二氧化碳作為流動相，溶劑化能力強，適用于脂質成分的分析［16］。離子淌度-質譜法可以實現脂質異構體的分離［17］，而質譜成像法可以進行可視化分析［18］。在脂質組學的研究中，可以根據具體情況進行選擇。

2 脂質組學的數據處理

脂質組學的數據處理包括定性和定量兩個方面，其中難點在于差異脂質化合物的鑒定。大規模的脂質鑒定，主要依賴于計算機軟件和數據庫。目前，使用較多的免費軟件有Lipid Navigator，它是由日本開發的一種高通量網頁工具，主要用于分析磷脂的質譜數據；還有Trigly APCI，主要用于解析甘油三酯的APCI-MS 圖譜［19］。除此之外，開源的SECD 軟件可以分析色譜譜圖數據，LIMSA軟件可以進行脂質MS∕MS 譜圖的數據分析。而常用的付費軟件是Lipid Profiler［20］。在脂質組學研究中，HMDB（http：∕∕www.hmdb.ca∕）是當前收錄人源代謝物較全的數據庫之一［21］，包括了脂溶性和水溶性的代謝物。KEGG（http：∕∕www.kegg.jp∕）數據庫可以查詢到與代謝物相關的代謝通路，進而了解生物系統中基因、蛋白質及代謝物之間的相互關系［22］。美國LIPID MAPS（http：∕∕www.lipidmaps.org∕）數據庫，除了涵蓋4 萬多種脂質結構，8 500 余種與脂類相關的基因和蛋白信息，還包括許多的脂質定性和定量方法［23］。脂質數據庫和軟件的不斷建立加速了脂質組學的快速發展，但是還不能提供所有脂質化合物的信息，仍需要不斷優化。

3 脂質組學在高脂血癥研究中的應用

3.1 脂質組學在發病機制研究中的應用家族性高膽固醇血癥（familial hypercholesterolemia，FH）的患者，從出生就有高膽固醇血癥，經常過早發生動脈粥樣硬化性心血管疾病，是最嚴重的一種脂質代謝疾病。運用高通量核磁共振技術，能探討FH患兒和健康兒童脂質代謝的改變［24］，發現相比于健康兒童，FH 患兒載脂蛋白B、脂類及脂蛋白亞類中的脂質組成水平均較高。且FH 患兒高密度脂蛋白顆粒濃度和脂質含量發生改變，表現為膽固醇酯含量升高，游離膽固醇和磷脂水平降低。因此推測，FH 兒童高膽固醇血癥雖然機制復雜，但與膽固醇的逆向轉運受損有關。

低高密度脂蛋白膽固醇血癥（＜1.0 mmol∕L），與冠心病和糖尿病發病相關，目前發病機制尚不明確，藥物干預效果也不理想［25］。采用核磁共振技術，研究高密度脂蛋白顆粒脂質組成特征與血清中高密度脂蛋白膽固醇水平之間的關系發現［26］，隨著高密度脂蛋白膽固醇水平的增加，飽和脂肪酸減少，不飽和脂肪酸增加，總飽和度降低，總膽固醇、游離膽固醇、酯化膽固醇及鞘磷脂的百分比顯著升高，而甘油三酯百分比顯著降低，推測鞘磷脂和游離膽固醇水平的升高，有助于表征高密度脂蛋白抗動脈粥樣硬化的功能。

脂質組學研究表明，妊娠期婦女高脂血癥與妊娠期糖尿病、子癇前期和自發性早產等密切相關［27］。利用LC∕MS 技術，比較妊娠期正常和妊娠期高脂血癥婦女的脂質組發現［28］，妊娠期高脂血癥患者血漿中膽紅素、鵝去氧膽酸水平明顯高于正常孕婦，表明妊娠高脂血癥的發生可能與妊娠期體內膽汁分泌異常具有一定相關性。

3.2 脂質組學在生物標志物研究中的應用高脂血癥的生物標志物缺乏特異性和敏感性，只有在嚴重的血脂異常時，才顯著改變，因此需要發現更為敏感的生物標志物［29］。采用LC-QTOF∕MS 技術［30］，分析高甘油三酯血癥小鼠的血清脂肪酸成分，發現了16 個潛在的生物標志物，主要為脂肪酸酰胺類5 個、脂肪酸酯類2 個和硝基、鹵化脂肪酸類9 個，這些脂肪酸在高甘油三酯血癥的發生發展過程中可能起到重要作用，但結構有待進一步的確認。

在中醫理論中，高脂血癥與“血瘀”和“痰濁”有關［31］，其中肝郁脾虛證（liver qi-stagnation and spleen-deficiency，SLQSD）是高脂血癥的主要癥候類型。基于脂質組學［32］，對高脂血癥患者（包括SLQSD 患者和非SLQSD 患者）和健康志愿者的血漿脂質譜進行比較。相較于健康人群，高脂血癥患者血漿中主要有磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油和神經酰胺等脂質代謝物發生變化。而與非SLQSD 患者相比，SLQSD 患者血漿中主要有磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、甘油三酯、二酰基甘油、溶血磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂、溶血磷脂酰膽堿和乳糖苷神經酰胺等脂質代謝物發生變化。結果證明，同一疾病不同癥候間的脂質代謝物存在顯著差異，有潛在的標志物。

3.3 脂質組學在治療藥物及作用機制研究中的應用他汀類藥物主要用來治療高膽固醇血癥，療效較好，但有時會引發嚴重的不良反應，如橫紋肌溶解、骨骼肌病以及新發糖尿病等［33］。利用UPLC∕MS 技術［34］，比較健康受試者與高膽固醇血癥患者在服用瑞舒伐他汀后的脂質組變化，探索他汀類藥物引起不良反應的機制。結果發現，相比于健康受試者，高膽固醇血癥患者脂肪酸和溶血磷脂酰膽堿水平增加，而磷脂酰膽堿水平下降，β-氧化總體降低，且僅在高膽固醇血癥患者組中觀察到多不飽和脂肪酸的增加。推測異常的脂肪氧化或藥物誘導的線粒體功能障礙，可能是不良反應發生的根本原因。

運用UPLC-QTOF∕MS 技術［35］，可比較阿托伐他汀劑量遞增組與阿托伐他汀∕非諾貝特聯合給藥組的脂質變化。與劑量遞增組不同，在聯合給藥組觀察到脂質代謝物明顯聚集，大多數脂質酰基甘油代謝物和多種神經酰胺減少，而鞘磷脂增多。在劑量遞增組中發現，溶血磷脂酰膽堿水平降低，而聯合給藥組對溶血磷脂酰膽堿的影響沒有規律。該研究提供了組合療法常規脂質譜之外的代謝變化信息，為聯合給藥的研究提供了新的依據。

脂質組學還被運用到開發新型降脂藥物并闡明其作用機制的研究中。新化合物D-47 具有降血脂作用［36］，采用超臨界流體色譜聯用三重四極桿質譜法探索其作用機制時發現［37］，D-47 使得肝臟膽固醇和甘油三酯的含量分別降低了22%和69%，心包和腸系膜的脂肪積累分別降低了57%和17%，還使溶血磷脂酰膽堿、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺縮醛磷脂、鞘磷脂和神經酰胺含量降低。推測D-47 是一種有效的降脂化合物，其作用機制可能與他汀類藥物不同，值得進一步研究。

脂質組學技術的發展與應用，還適合中藥作用機制的研究。研究茯苓對高脂血癥大鼠的作用機制時發現［38］，在茯苓給藥組中包括棕櫚酸、十六碳烯酸、己酰基肉堿和二十四碳六烯酸在內的7 種脂肪酸顯著增加，乙醇酰胺、3-羥基十四酸和5，6-DHET 顯著減少，另有5 種甾醇類脂的濃度升高，提示茯苓降降脂機制可能主要與改善膽汁酸、類固醇和脂肪酸代謝的紊亂有關。

4 總結與展望

本文綜述了近年來脂質組學在高脂血癥研究中的應用，結果表明脂肪酸、磷脂、甘油酯和鞘脂的代謝紊亂與血脂的異常密切相關，而降脂藥物可以通過不同的作用機制逆轉血脂的異常，并發現潛在的生物標志物。雖然，脂質組學相關的數據庫還需要不斷完善，數據的分析方法還需要進一步開發，應用于高脂血癥發病機制的研究還不夠深入，發現的標志物的最終確定還需要長期、反復的驗證，但是脂質組學與藥效學等多學科的結合，已為研究者提供了新的思路與方法，必將發揮更大的作用。