基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的高血壓肝陽(yáng)上亢證病人血漿代謝組學(xué)研究

代謝組學(xué)是生物信息學(xué)組成的一部分，是利用質(zhì)譜定量檢測(cè)生物體中各種小分子生物活性物質(zhì)，形成某種生理或病理鑒定的代謝產(chǎn)物譜，并分析總結(jié)代謝譜中各代謝產(chǎn)物之間的相互作用，從整體性研究生物體的過程。代謝組學(xué)的研究方法與中醫(yī)治病的“整體觀念”是一致的[1]。代謝組學(xué)可分析各種中醫(yī)病癥中小分子生物活性物質(zhì)的相互關(guān)系[2]。目前關(guān)于高血壓肝陽(yáng)上亢證病人代謝組學(xué)研究較多，但因檢測(cè)工具、篩選條件等因素不同，檢測(cè)出的代謝產(chǎn)物不同。本研究旨在通過分析、篩選重復(fù)出現(xiàn)的代謝產(chǎn)物作為高血壓肝陽(yáng)上亢證代謝產(chǎn)物譜，分析其中相互作用關(guān)系，從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度解釋高血壓肝陽(yáng)上亢證的形成機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 文獻(xiàn)檢索 檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索時(shí)間設(shè)定為各數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建至今；檢索中文數(shù)據(jù)庫(kù)中國(guó)知網(wǎng)、重慶維普和萬(wàn)方；檢索英文數(shù)據(jù)庫(kù)EMbase和PubMed，從中篩選有關(guān)高血壓肝陽(yáng)上亢證病人血漿代謝組學(xué)研究。

1.1.1 EMbase檢索式 (metabolomics/exp OR Metabolome/exp) AND Liver-yang hyperactivity syndrome/ exp AND hypertension/exp。

1.1.2 PubMed檢索式 (metabolomics OR Metabolome) AND Liver-yang hyperactivity syndrome AND hypertension。

1.1.3 中國(guó)知網(wǎng)檢索式 “主題=高血壓”并且“主題=肝陽(yáng)上亢證”并且“主題=代謝組”。

1.1.4 萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)檢索式 高血壓and肝陽(yáng)上亢證and代謝組。

1.1.5 維普數(shù)據(jù)庫(kù)檢索式 高血壓and肝陽(yáng)上亢證and代謝組。

1.2 文獻(xiàn)納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 納入文獻(xiàn) 包括期刊、論著、畢業(yè)論文、參會(huì)等各種形式公開發(fā)表的文獻(xiàn)，納入文獻(xiàn)必須為完整的全文資料，可提取完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2.2 排除文獻(xiàn) 高血壓肝陽(yáng)上亢證相關(guān)綜述、個(gè)案報(bào)道等；非代謝組學(xué)研究文章，試驗(yàn)數(shù)據(jù)相同的不同文章視為1篇。

1.3 代謝組學(xué)中化合物的確定 匯總代謝產(chǎn)物，收集納入研究中重復(fù)出現(xiàn)的代謝產(chǎn)物，作為高血壓肝陽(yáng)上亢證代謝產(chǎn)物譜，但不收錄未確定的代謝產(chǎn)物。利用MetPA對(duì)代謝產(chǎn)物的名稱進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化匹配，對(duì)于未得到匹配的代謝產(chǎn)物，在PubChem、KEGG和HMDB數(shù)據(jù)庫(kù)中手工檢索名稱。

1.4 代謝產(chǎn)物的生物信息學(xué)分析 使用HMDB(http：//www.hmdb.ca/)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行分子注釋，使用KEGG(http：//www.genome.jp/kegg/)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)代謝通路分析，使用MetPA(metpa.metabolomics.ca/)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行代謝通路可視化分析。

2 結(jié) 果

2.1 文獻(xiàn)檢索情況 初步檢索獲得高血壓肝陽(yáng)上亢證相關(guān)文獻(xiàn)共129篇，其中中國(guó)知網(wǎng)46篇，重慶維普20篇，萬(wàn)方18篇；EMbase 11篇，PubMed 34篇，剔除重復(fù)、綜述、個(gè)案報(bào)道等文獻(xiàn)，最終9篇[3-11]有關(guān)高血壓肝陽(yáng)上亢證血漿代謝組學(xué)文獻(xiàn)納入研究，基本信息見表1。

表1 納入文獻(xiàn)的基本信息

2.2 代謝產(chǎn)物的確定 匯總9項(xiàng)研究中的代謝產(chǎn)物，其中有9個(gè)重復(fù)出現(xiàn)的代謝產(chǎn)物，視為高血壓肝陽(yáng)上亢證代謝產(chǎn)物譜。詳見表2。

2.3 代謝組產(chǎn)物通路檢索路匹配情況 在PubChem、KEGG和HMDB數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索高血壓肝陽(yáng)上亢證代謝產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)化名稱及相應(yīng)的ID號(hào)。詳見表2。

表2 高血壓肝陽(yáng)上亢證血漿代謝組產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)化名稱及相應(yīng)ID號(hào)

注：Query為本研究納入的代謝產(chǎn)物；Match為對(duì)應(yīng)代謝產(chǎn)物的通用名稱；HMDB、KEGG、PubChem分別為對(duì)應(yīng)代謝產(chǎn)物在此網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的ID號(hào)

2.4 代謝產(chǎn)物路徑分析 利用MetPA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行通路拓?fù)浞治觯崾颈狙芯康?個(gè)代謝產(chǎn)物出現(xiàn)在29條代謝通路上(見圖1、表3)，其中有5條代謝通路P≤0.05認(rèn)為是高血壓肝陽(yáng)上亢證的代謝通路，分別為：氨酰tRNA生物合成(Aminoacyl-tRNA biosynthesis)，氮代謝(Nitrogen metabolism)，硫胺素代謝(Thiamine metabolism)，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成(Phenylalanine、tyrosine and tryptophan biosynthesis)，苯丙氨酸代謝(Phenylalanine metabolism)。詳見圖2～圖6。

圖中橫坐標(biāo)Pathway impact表征由拓?fù)浞治鲇?jì)算所得的代謝通路的重要性值；縱坐標(biāo)-logP表示代謝通路富集分析的顯著性水平。代謝通路的Pathway impact與-logP值越大，不同組間代謝差異的相關(guān)性越高，圖中的圓圈就越大

圖1通過MetPA得到的通路分析概要圖

表3 通過MetPA 得到的高血壓肝陽(yáng)上亢證通路分析結(jié)果

注：Pathway是代謝產(chǎn)物參與的代謝通路；Total Cmpd是通路中化合物的總數(shù)；Hits是上傳的標(biāo)志物數(shù)據(jù)中精確匹配的個(gè)數(shù)；RawP是通過通路分析得出的原始P值；Impact是通過O拓?fù)浞治龅贸龅耐酚绊懼?/p>

標(biāo)紅的代謝產(chǎn)物ID為本研究納入的代謝產(chǎn)物

標(biāo)紅的代謝產(chǎn)物ID為本研究納入的代謝產(chǎn)物

標(biāo)紅的代謝產(chǎn)物ID為本研究納入的代謝產(chǎn)物

標(biāo)紅的代謝產(chǎn)物ID為本研究納入的代謝產(chǎn)物

標(biāo)紅的代謝產(chǎn)物ID為本研究納入的代謝產(chǎn)物

3 討 論

利用MetPA網(wǎng)絡(luò)工具對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析，確定代謝產(chǎn)物參與的通路。將差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P≤0.05)的代謝通路視為高血壓肝陽(yáng)上亢證形成過程中參與的代謝通路，共5條，分析如下。

3.1 氨酰tRNA生物合成(Aminoacyl-tRNA biosynthesis) 本研究結(jié)果可見5個(gè)代謝產(chǎn)物出現(xiàn)在“氨酰tRNA生物合成”生物過程當(dāng)中。這條代謝通路的生物過程主要包括氨基酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及生命物質(zhì)蛋白質(zhì)的合成，前期研究分析反復(fù)出現(xiàn)，已多次證實(shí)這條代謝通路與多種心臟血管疾病相關(guān)，如冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病等[12]，高血壓可促進(jìn)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病形成，是其一個(gè)重要危險(xiǎn)因素，多數(shù)病人常同時(shí)出現(xiàn)這兩種疾病，提示兩者發(fā)生可能存在共同的病理形成環(huán)節(jié)。本研究結(jié)果提示高血壓肝陽(yáng)上亢證病人體內(nèi)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)、蛋白質(zhì)合成等生物過程受到影響。

3.2 氮代謝(Nitrogen metabolism) 本研究共有3個(gè)代謝產(chǎn)物參與代謝通路。代謝通路多見于植物或細(xì)菌體內(nèi)氮元素代謝的研究，植物或通過利用大自然中的無(wú)機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榘被帷⒌鞍踪|(zhì)，成為人體可直接利用的有機(jī)氮化合物；人體的一氧化氮是具有血管舒張功能的活性物質(zhì)；同時(shí)相關(guān)大鼠研究發(fā)現(xiàn)，此代謝通路主要與炎癥反應(yīng)有關(guān)，此代謝異常可引起一系列細(xì)胞因子及生物活性物質(zhì)表達(dá)上調(diào)，引起一系列炎癥反應(yīng)[13]；一氧化氮代謝異常及血管炎癥正是高血壓發(fā)病機(jī)制之一，本研究進(jìn)一步證實(shí)這一結(jié)論。

3.3 硫胺素代謝(Thiamine metabolism) 本研究中有2個(gè)代謝產(chǎn)物參與此代謝通路。硫胺素又稱維生素B1，與多種心血管疾病有關(guān)，如濕性腳氣病，有研究表明，它可阻斷腎上腺素能受體，引起心肌收縮力、心肌內(nèi)張力、心率下降及血管舒張，使心室壓力及血壓下降[14]；維生素B1缺乏時(shí)，人體內(nèi)萘酚胺含量升高，興奮心血管系統(tǒng)，使心率、血壓升高；說明高血壓肝陽(yáng)上亢病人處于興奮應(yīng)激狀態(tài)，腎上腺素能受體持續(xù)激動(dòng)，心排血量增加，血壓升高；許多具有降壓作用的中藥富含維生素B1，如車前子，具有利尿作用，可減輕心臟負(fù)荷，降低血壓[15]。這可能為中醫(yī)藥治療高血壓肝陽(yáng)上亢證的作用靶點(diǎn)研究提供基礎(chǔ)。

3.4 苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成(Phenylalanine， tyrosine and tryptophan biosynthesis) 本研究發(fā)現(xiàn)2個(gè)代謝產(chǎn)物出現(xiàn)在“苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成”生物過程中。苯丙氨酸是人體必需氨基酸，通過苯丙氨酸羥化酶作用生成酪氨酸，人體中多種血管活性物質(zhì)合成需要酪氨酸作為前體物質(zhì)，酪氨酸是這些物質(zhì)形成的基礎(chǔ)，具有升壓、強(qiáng)心作用的腎上腺素、去甲腎上腺素、多巴胺；且色氨酸也是血管活性物質(zhì)5-羥色胺的合成前體[16]。說明高血壓肝陽(yáng)上亢時(shí)，通過影響苯丙氨酸代謝，調(diào)節(jié)血管活性物質(zhì)的合成，進(jìn)一步興奮心血管系統(tǒng)。

3.5 苯丙氨酸代謝(Phenylalanine metabolism) 本研究中有2個(gè)代謝產(chǎn)物參與此代謝通路。苯丙氨酸不僅可調(diào)節(jié)血管活性物質(zhì)合成，興奮心血管系統(tǒng)，而且提示維生素的生物合成與苯丙氨酸的代謝密切相關(guān)，體內(nèi)形成的氧自由基清除與維生素密切相關(guān)，維生素可“中和”多余的氧自由基以達(dá)到抗氧化、保護(hù)血管的目的，血管內(nèi)皮受損和血管舒縮功能障礙均參與高血壓的發(fā)病[17]。中醫(yī)稱高血壓病為“眩暈”“頭痛”等，其中肝陽(yáng)上亢是常見證型之一。高血壓病肝陽(yáng)上亢證的中醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn)，主癥：頭暈?zāi)垦！㈩^痛、易躁動(dòng)、易動(dòng)怒，次癥：面紅、目赤、口干、口苦、便秘、溲赤、舌紅苔黃、脈弦數(shù)；其中醫(yī)病機(jī)為：肝失條達(dá)，氣郁化火，陽(yáng)亢風(fēng)動(dòng)[18]。

本研究利用代謝組學(xué)從機(jī)體整體水平探討小分子物質(zhì)的代謝關(guān)系，與中醫(yī)治病的“整體觀念”一致，揭示高血壓肝陽(yáng)上亢證的發(fā)生與各種生物活性物質(zhì)代謝紊亂關(guān)系密切，如氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)，維生素、蛋白質(zhì)合成等。綜上所述，高血壓肝陽(yáng)上亢證的形成是復(fù)雜的、多層次的，不僅涉及氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)，維生素、蛋白質(zhì)的合成，影響一氧化氮、多巴胺、腎上腺素、去甲腎上腺素等血管活性物質(zhì)的合成，調(diào)節(jié)血管舒縮功能，涉及氧自由基的清除，以達(dá)到抗氧化、保護(hù)血管目的。本研究分析高血壓肝陽(yáng)上亢證小分子物質(zhì)的代謝，進(jìn)一步解釋其形成機(jī)制，為高血壓病肝陽(yáng)上亢證的中醫(yī)診斷、鑒別、立法、選方提供客觀的分子依據(jù)。