酒精性肝病的代謝組學研究進展

厲穎 李燦委 范孟然 劉衛紅 高鵬飛，4

大理大學1藥學院，2公共衛生學院，3農學與生物科學學院（云南大理671000）；4云南省昆蟲生物醫藥研發重點實驗室（云南大理671000）

酒精性肝病（alcohol liver disease，ALD）是長期過度飲酒導致的肝損傷［1］。ALD 的早期表現為脂肪肝，可發展為肝臟炎癥、肝纖維化、肝硬化甚至肝細胞癌；據統計，90%飲酒過量的人可發展為肝脂肪變性，其中35%可發展為肝臟炎癥［2］；多種因素可影響ALD 的發生和發展，如性別和種族差異、代謝紊亂和免疫功能等［3］。ALD 早期一般無明顯癥狀，確診時通常已是晚期，傳統的生化指標檢測方法靈敏度較低，而組織病理學檢測具有侵入性。因此，深入探究ALD 的發病機制，尋找靈敏度高、特異性強的非侵入性檢測方法用于ALD 的防治尤為必要。

許多研究［4-6］顯示，ALD 患者及動物模型的脂質、氨基酸等代謝物發生變化，利用代謝組學方法可監測生物體內代謝物的改變。代謝組學是對某一生物或細胞中相對分子量小于1 000 的小分子代謝產物進行定性和定量分析的一門學科［7］。代謝產物是基因表達的終產物，其變化被視作生物系統對遺傳變異或環境擾動的最終響應，利用該技術可深入了解疾病生物化學途徑中的整體變化，為疾病的發病機制研究提供參考［8］。本文通過查閱中國知網、Pubmed 等數據庫，總結近年來代謝組學在ALD 中的研究進展，為相關研究提供參考。

1 代謝組學概述

代謝組學通過揭示內在和外在因素影響下代謝整體的變化軌跡，反映某種病理生理過程中發生的一系列生物事件。多種分析技術在代謝組學中廣泛應用，如核磁共振譜（NMR）、氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）、液相色譜-質譜聯用（LC-MS）等；檢測樣本一般為細胞、生物體液、組織等。代謝組學已廣泛應用于檢測生物體內源性代謝產物的變化，為疾病的診斷與治療提供參考［9］。

2 代謝組學在ALD 中的應用

2.1 代謝組學在ALD 早期診斷中的應用目前，ALD 的診斷主要基于生化檢測、詢問病史等，診斷準確率有待提高；活檢準確性較高，但具有侵襲性［10］。代謝組學技術可根據特征性的生物標志物，為ALD 的診斷提供參考。

肝內游離脂肪酸積累是ALD 肝臟早期的重要變化之一［11］。過氧化物酶體增殖活化受體-α（peroxisome proliferators-activated receptors α，PPARα）在脂肪細胞分化及脂質代謝過程中發揮重要作用，經酒精處理的PPARα敲除小鼠可導致與人類早期ALD 類似的肝臟病理變化［12］。LI 等［13］采用UPLC-QTOF-MS 技術研究發現，在PPARα缺失的ALD 小鼠模型中，肝臟甘油三酯水平顯著增加，提示脂肪變性可加速肝臟炎癥和纖維化進展。MANNA 等［14］利 用UPLC-ESI-QTOF-MS 技術進行ALD 小鼠模型的尿液代謝組學研究，結果顯示PPARα缺失的ALD 小鼠中，尿液吲哚-3-乳酸水平升高；基于不同遺傳背景進一步研究發現，PPARα缺失的ALD 小鼠尿液吲哚-3-乳酸和苯乳酸水平升高［15］，提示吲哚-3-乳酸和苯乳酸可能是ALD 早期診斷特異性高的潛在生物標志物。

2.2 代謝組學在闡明ALD 發病機制中的應用

2.2.1 脂質代謝長期飲酒患者的肝臟，由于脂質代謝的改變可發展為脂肪變性、肝纖維化乃至肝硬化［16］。有研究采用UPLC-QTOF-MS 和GC-MS技術分別探究ALD 大鼠和小鼠的肝臟脂質譜，發現酒精攝入可使肝臟中與脂質代謝過程相關的脂肪酸和磷脂水平發生紊亂，硬脂酸、軟脂酸、油酸、肉豆蔻酸、磷脂酰膽堿、溶酶體水平升高，提示酒精攝入抑制了脂肪酸氧化和卵磷脂膽固醇酰基轉移酶的活性，促進了脂肪酸的生物合成。以上研究表明，脂肪酸和磷脂的生物合成和代謝與ALD的發病機制密切相關［17-18］。

2.2.2 氨基酸代謝多項研究通過分析ALD 患者及動物模型肝臟、血漿、血清中氨基酸的代謝變化，發現多種氨基酸水平發生改變，包括谷氨酸、蘇氨酸、同型半胱氨酸等［4-5，19-20］。ALD 從炎癥向纖維化進展的一個重要特征是含硫氨基酸的代謝紊亂，酒精攝入導致內質網中的同型半胱氨酸積累和半胱氨酸缺乏，同型半胱氨酸作為應激原可導致肝細胞凋亡［21-22］。有學者分別采用NMR 和CE-MS技術，研究酒精偏好大鼠與ALD患者肝臟和血清中的代謝物變化，發現二者谷氨酸水平均升高，谷氨酸含量增加可激活肝星狀細胞中代謝性谷氨酸受體-5，促進酒精性肝脂肪變性，以上研究提示谷氨酸可能是ALD 的潛在生物標志物［4，19］。

2.2.3 能量代謝肝臟是人體最大的能量代謝器官，肝臟損傷會在不同程度上擾亂能量代謝，檸檬酸、乳酸和丙氨酸等是與能量代謝密切相關的產物［23］。NICHOLAS 等［24］基于NMR 技術研究發現，與對照組相比，乙醇處理可降低大鼠肝臟和血清中的乳酸和丙氨酸水平，乳酸是糖酵解的代謝產物，也是三羧酸循環（TCA）的底物。在肝臟細胞中，乳酸經丙酮酸的氨基轉換作用生成丙氨酸，其水平降低表明糖酵解過程紊亂。檸檬酸是TCA 循環的重要中間產物，FANG 等［6］采用UPLC-Q/TOFG2Si-HDMS 技術研究發現，ALD 大鼠尿液中檸檬酸水平降低，提示ALD 大鼠體內糖的有氧糖酵解部分被抑制。以上研究表明，ALD 代謝物質差異的產生機制與無氧糖酵解和有氧代謝失衡有關，其中乳酸與檸檬酸變化與ALD 的發病機制關系密切。

2.2.4 腸道微生物代謝腸道微生物的代謝產物包括短鏈脂肪酸（SCFAs）、膽汁酸、色氨酸等，腸道微生物代謝紊亂可加劇ALD［25］。SCFAs 包括乙酸、丙酸、異丁酸等，可促進人體內有益細菌的生長［26］。COUCH 等［27］基于GC-MS 技術研究發現，酗酒者糞便中丙酸和異丁酸豐度降低，丙酸和異丁酸是維持結腸上皮細胞屏障完整性的必要物質，提示酗酒者腸屏障的完整性被破壞。HE 等［28］采用不同代謝組學技術亦發現酒精攝入可降低ALD小鼠糞便中SCFAs 水平。以上研究表明，ALD 的發病機制與腸道微生物介導SCFAs 的變化密切相關，且丙酸和異丁酸可能是ALD 的潛在生物標志物。

膽汁酸是消化道內重要的消化液，酒精攝入可增加肝臟膽汁酸的生成，加速腸腔內初級膽汁酸向次級膽汁酸的轉化［29］。有研究分別采用GCMS 和UPLC-MS 技術探究酒精性肝硬化患者糞便和血清中的膽汁酸水平，發現糞便和血清膽汁酸水平均升高，導致產生炎癥反應，加速ALD的發展，提示ALD 的病因與膽汁酸的代謝異常相關［30-31］。

2.3 代謝組學在中草藥治療ALD 中的應用目前，ALD 的治療主要依賴于合成藥物，如硫普羅寧、雙環醇和聯苯雙酯等，但療效不甚理想［32］。近年來，許多研究將ALD 的藥物研究聚焦于中草藥，詳見表1。

一些學者采用不同的代謝組學技術，探究中草藥對ALD 的治療作用。結果顯示，姜黃素可通過抑制乙醛酸、丙酮酸代謝和脂肪酸的生物合成，預防酒精性脂肪肝的發展［33］；桑黃可調節脂肪酸、初級膽汁酸的生物合成和甘油磷脂代謝，發揮對ALD 小鼠的保肝作用［34］；貓兒屎籽油可調節ALD小鼠腸道的氨基酸和脂質代謝異常，改善腸道微生物代謝紊亂［35］。此外，梔子苷、三七總皂苷和梔子大黃湯可緩解ALD 的氧化應激狀態，調節氨基酸代謝、能量代謝和腸道微生物代謝紊亂，改善ALD 的代謝異常［36-38］。

綜上研究，中草藥可通過介導脂質代謝、氨基酸代謝、腸道微生物代謝和能量代謝，發揮對ALD的干預作用。

表1 代謝組學在中藥調控ALD 中的應用Tab.1 Application of metabolomics in the regulation of ALD by traditional chinese medicine

3 結論與展望

利用代謝組學技術可識別ALD 的早期生物標志物，探索其發病機制，對ALD 的診斷及治療具有一定的參考意義。ALD 的代謝組學研究仍面臨很多挑戰。目前基于代謝組學的ALD 研究樣本主要包括血液、尿液和組織樣本，血液和組織樣本的采集具有侵入性，非侵入性樣本尿液代謝物濃度波動范圍大，成分復雜，給后續的數據分析帶來極大地挑戰；其次，生物標記物驗證容易受到環境暴露和遺傳因素差異造成個體間代謝物變化的影響；而且，生物標記物的機制研究不足，臨床應用有限。

在樣本選擇方面，可考慮分析唾液、汗液、糞便等非侵入性樣本中的代謝物變化尋找生物標記物；其次，代謝組學可與蛋白質組學和轉錄組學等技術結合，深入探索酒精與ALD 病理過程之間的聯系，減少環境、遺傳等因素的干擾；近來，代謝物變化與腸道菌群、免疫間相互作用的研究已成為代謝組學的一個新方向，后續研究可將代謝組學與其它學科結合，深入探索ALD 的發病機制。