脂質組學在皮膚病學中的應用進展

梁毅敏,邵 蕾,張淑娟,劉玉梅

(廣州醫科大學皮膚病研究所 廣州市皮膚病防治所 皮膚科,廣東 廣州510095)

脂質不僅作為生物膜組成的一部分,且作為能量來源以及具有信號分子功能,隨著生理、病理和環境條件的變化而不斷變化[1]。脂質譜的改變可影響多種疾病的發生發展,包括各種代謝性疾病、心血管疾病、癌癥及神經退行性變等。脂質組學是一門通過系統全面分析生物樣品中的脂質以及與其相互作用的分子,進而揭示脂質在生命活動過程中的代謝調控過程的分支科學。在皮膚病學研究中,脂質對于維持皮膚屏障功能及調控細胞增殖分化具有重要作用,進而影響皮膚疾病的發生發展,脂質組學可為深入探究皮膚疾病發病機制及尋找潛在生物標記物提供可能性。本文就目前脂質組學在皮膚病學中的應用進展綜述如下。

1 脂質組學概述

脂質組學是代謝組學的一個重要分支,它是對生物體、組織或細胞中的脂質進行全面系統的定性定量分析、鑒定,了解脂質的結構和功能,進而揭示脂質代謝與細胞、器官乃至機體的生理、病理過程之間的關系的一門學科。脂質組學研究的技術主要包括脂質的提取、分離、分析鑒定以及相應的生物信息學技術。近年來脂質組學取得了很大進展,主要得益于質譜技術(mass spectrometry,MS)的發展[2],WANG等利用液相色譜串聯質譜(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)的方法,對2型糖尿患者及正常對照的血液進行脂質組學分析,結果發現4個磷脂分子,包括2個磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine,PC)和2個磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine,PE),可以作為診斷2型糖尿病的潛在生物標志物[3]。通過對此類脂質生物標志物的監測和研究,可為臨床疾病的預防、篩查與早期診斷提供的新的途徑和方法。此外,脂質組學已在心血管疾病、肝臟疾病、腫瘤、免疫等重要學科領域取得重大研究進展,為探索各類疾病潛在脂質生物標記物以協助診斷、探究疾病發生過程的脂質代謝變化以尋求與脂質通路相關的發病機制提供新的技術和方向[4-7]。

2 脂質組學在皮膚病學中的應用

在皮膚病學研究中,人體皮膚的脂質成分在建立皮膚屏障功能、影響表皮微生態、作為影響表皮代謝分化過程的多功能介質等方面有重要作用[8],因此脂質組學在皮膚病學中的研究及應用受到越來越多的關注。

2.1 痤瘡

痤瘡是一種累及毛囊皮脂腺單位的慢性炎癥性皮膚病,雄激素刺激皮脂分泌增加是痤瘡發生的前提,脂質成分的改變也是導致痤瘡發生的重要因素[9]。楊明等[10]采用超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜聯用技術分析比較36例新生兒痤瘡和健康對照組的面部皮脂標本,發現新生兒痤瘡面部皮損脂質總量較健康組明顯增加,脂質成分也存在明顯差異,角鯊烯、甘油二酯、蠟酯的平均相對含量顯著增加,亞油酸平均相對含量顯著減少,這為揭示新生兒痤瘡發病機制提供了一定的理論基礎。Zhou等[11]利用脂質組學分析研究皮膚表面皮脂與痤瘡分級的相關性,結果發現不飽和脂肪酸鏈的長度隨著痤瘡的嚴重程度增加而減小,另外在青春期痤瘡中占主導地位的甘油三酯相對平均水平隨著痤瘡皮損的嚴重程度而增加。脂質組學分析展現了皮脂各成分在不同痤瘡分級的變化趨勢,為揭示皮脂變化在痤瘡發病機制中作用以及為痤瘡的分級治療提供了有力的理論幫助。另外最新的研究表明痤瘡與飲食中的脂質也有關聯：Melnik[12]綜合討論了飲食與痤瘡代謝組學、炎癥和粉刺形成的聯系,飲食中高游離棕櫚酸可通過白細胞介素-1β釋放、Th17分化和IL-17介導角質形成細胞增殖刺激toll樣受體-2介導的炎癥體活化,油酸通過釋放白細胞介素-1α刺激痤瘡丙酸桿菌粘附、角質細胞增加和粉刺形成,因此建議痤瘡患者平衡能量攝入、限制精制碳水化合物、牛奶、飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸,推薦蔬菜和魚類飲食。有報道證實了飲食中補充 omega-3 脂肪酸不僅能明顯改善痤瘡的炎癥,還可緩解其他炎癥性皮膚病的癥狀[13]。如果能從血漿脂代謝方面分析痤瘡患者與正常人群脂代謝變化差異,可進一步發掘預防痤瘡、輔助痤瘡藥物治療的脂質類產品及精準指導患者飲食習慣,從而提高患者對痤瘡治療的滿意度。

2.2 銀屑病

Th17細胞異常活化產生的IL-23/IL-17軸在銀屑病發病機制中發揮關鍵作用已眾所周知,現有越來越多證據指出代謝通路與Th17細胞活化是有著密切聯系的。銀屑病常伴發肥胖、血脂異常、2型糖尿病等代謝相關疾病,說明其發生發展與脂代謝紊亂有關[14]。Zeng等[15]通過超高效液相色譜-串聯四極桿質譜法分析比較45例銀屑病患者及健康受試者血漿脂質代謝物差異,發現甘油磷脂代謝的元素如溶血磷脂酸、溶血磷脂酰膽堿及磷脂酸顯著增加而磷脂酰肌醇和磷脂酰膽堿下調。另外,神經酰胺具有參與皮膚屏障構成及調節皮膚免疫等重要作用,有不少研究表明神經酰胺代謝異常與銀屑病的發生發展相關,Borodzicz等[16]關于銀屑病患者的皮膚活檢研究顯示,銀屑病斑塊皮損區的神經酰胺合成水平、SPT蛋白表達水平顯著低于非皮損表皮。uczaj 等[17]利用反相液相色譜-四極桿飛行時間串聯質譜分析研究銀屑病患者角質形成細胞神經酰胺(ceramide,CER)特征,發現角質形成細胞中,CER[NS]、CER[NP]等六種神經酰胺亞型的相對表達水平較高,而CER[NDS]的表達水平低于健康受試者。脂質組學分析或許為探索脂質不同種類代謝與T細胞活化關系在銀屑病中的發病機理提供一個新的方向。

2.3 白癜風

白癜風考慮與在遺傳背景下出現自身免疫、氧化應激等因素促使黑素細胞的破壞有關?，F國外有研究表明白癜風與脂質代謝異常亦有關,Kanchan等[18]對白癜風患者進行血清脂質譜分析,與對照組相比,白癜風患者的LDL-膽固醇濃度顯著升高,HDL-膽固醇濃度顯著降低。Liang等[18]利用超高效液相色譜-串聯質譜法鑒定22種脂質在白癜風和健康人群中有差異表達,研究發現溶血磷脂酰膽堿、sn-甘油-3-磷酸膽堿、脂質介質血小板活化因子水平上調。Ye等[20]利用高效液相色譜-串聯質譜儀分析白癜風人群的血清脂肪酸表達水平,發現白癜風患者血清α-亞麻酸(α-Linolenic acid,ALA)水平明顯升高,而花生四烯酸(arachidonic acid,ARA)水平顯著下降,另外用CCK-8檢測ARA對CD8+T細胞活性,發現ARA對CD8+T細胞有抑制作用。由此看來,ARA可通過抑制CD8+T細胞活性,阻斷其異常激活導致表皮黑素細胞破壞的發病過程,這或許可為白癜風的治療提供了一個新的方向。

2.4 系統性紅斑狼瘡

系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種伴有多器官損害的系統性自身免疫性疾病?，F已有研究表明SLE的發病機制與脂質代謝的改變有關,如以中心性肥胖、高血糖、血脂異常等為表現的代謝綜合征與SLE的發生發展密切相關,肥胖本身是一種促炎狀態,IL-17、IL-23和TNF-α等促炎分子的基因和蛋白表達增加[21]。SLE本身也可引起顯著的血脂異常,Lu等[22]利用鳥槍法脂質組學技術對SLE患者血脂譜進行鑒定分析,發現二?；字Ｒ掖及泛蜕窠涻０奉惓煞值娘@著改變可以作為SLE早期診斷及預后的附加生物標志物。

2.5 黑素細胞瘤

皮膚黑素瘤的發病通常與遺傳、長期紫外線暴露損傷以及皮膚損傷有關。然而腫瘤發生發展過程中都有特定的代謝過程,利用代謝組學技術監測代謝物的變化或波動情況,或許就能對揭示腫瘤發病機制及尋找生物標記物幫助早期診斷。黑色素瘤細胞通常先通過淋巴系統局部轉移,再通過血液途徑轉移,其病因尚不清楚,而Ubellacker等[22]通過脂質組學及代謝組學技術揭示了這一轉移機制：淋巴系統具有更高油酸及還原型谷胱甘肽水平,使癌細胞獲得較高抗氧化能力,并增加癌細胞在隨后的血液轉移過程中存活的能力。Perez-Valle等[23]通過UHPLC-ESI質譜法比較分析人類正常表皮、黑素痣細胞及惡性黑素瘤脂質譜,發現腫瘤性和非腫瘤性黑素細胞具有不同的脂質特征：惡性黑素瘤細胞脂質特征主要表現為醚型脂質、磷脂酰甘油和磷脂酰肌醇水平的升高以及鞘磷脂水平的下降,揭示了黑素細胞脂質譜的改變,對黑素細胞的良惡性鑒別及轉化具有重要意義。

2.6 特應性皮炎

皮膚屏障-瘙癢惡性循環為特應性皮炎發病的關鍵環節,其中表皮脂質為維持正常的皮膚屏障功能發揮著重要作用[25]。Li等[26]利用LC-MS分析比較了AD患者與健康對照組的角質層脂質,并比較了金葡菌定植與金葡菌非定植的角質層脂質譜以探究金葡菌定植與皮脂組成的關系：與金葡菌非定植相比,金葡菌定植的CER[AH]、CER[AP]、極長鏈CER[EOH]、CER[EOS]水平顯著降低。這表明表皮脂質中的神經酰胺鏈長度的改變可以影響金葡菌的定植。Wang等[27]采用超高效液相色譜-四極飛行時間質譜測定28例AD嬰兒及健康嬰兒面頰部皮脂成分發現29種具有顯著差異的脂質標記物,對AD嬰兒面部皮脂分布特征做了明確分析。這提示AD患者皮損中皮膚屏障功能障礙的原因與脂質類型、含量和結構密切相關。強大的脂質組學技術完整地揭示了AD的脂質譜,盡管這些脂質成分的改變與AD發病的關系仍未非常明確,但這將有利于進一步探索AD的發病機制及治療方案,為其提供思路。

2.7 黃褐斑

黃褐斑是一種獲得性色素增加性疾病,以往多認為與紫外線、性激素、遺傳等因素有關。有生物信息學分析研究表明,除了黑色素相關基因表達上調,大部分脂質代謝相關基因在黃褐斑皮損中下調,而這一發現與黃褐斑的屏障功能受損有關[28]。Xu[29]等進一步探究了黃褐斑皮損表皮脂質組成,發現黃褐斑皮損中神經酰胺水平顯著增加,可能是維持皮膚屏障功能的代償機制。此外,一些關鍵的脂類物質在黑素細胞高度活化的皮損中表達較低,這表明黃褐斑患者需要更好的皮膚屏障保護。

2.8 老年瘙癢癥

老年瘙癢癥是一種在老年人群中常見的皮膚病,目前發病機制尚未明確,有研究認為老年相關的皮膚屏障破壞以及表皮脂質成分的改變在老年瘙癢癥發病中起著重要作用。Ma[30]等采用LC-MS方法分析研究老年瘙癢癥患者的皮膚表面脂質成分變化,并基于偏最小二乘判別分析發現老年性瘙癢癥患者和健康對照組的皮膚表面脂質圖譜明顯分離,老年瘙癢癥患者中幾類主要脂質如甘油二酯、脂肪酸、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、鞘氨醇等顯著增加,而三酰甘油顯著降低;研究還發現某幾種神經酰胺與經皮水分丟失呈正相關性,鞘磷脂和神經酰胺某幾種亞型與瘙癢程度相關,這提示老年瘙癢癥患者某些皮膚表面脂質成分改變與皮膚屏障破壞相關,并進一步誘發瘙癢癥狀。進一步研究此類脂質成分變化的致癢機制對于探討老年瘙癢癥發病機制有著重要價值。

3 總結與展望

現有的研究表明,痤瘡、銀屑病、特應性皮炎等多種皮膚疾病與脂質代謝有關,均伴有不同程度脂質紊亂現象存在。脂質組學技術的蓬勃發展可為揭示脂質代謝通路在皮膚疾病中的相關機制提供了巨大幫助。脂質組學已在代謝疾病、心血管、腫瘤等多學科領域廣泛開展研究并取得傲人進展,然而在皮膚病學中應用不甚廣泛,一方面脂質成分及代謝調控過程復雜,另一方面部分皮膚病學中相對少見病的脂質代謝方面發病機制研究資料缺乏,還有待進一步深入探究。未來隨著脂質組學技術的成熟,或許可與其他代謝組學技術聯合共同探討脂質代謝通路在皮膚疾病的發病機制,識別生物標記物,為臨床提供早期檢測和診斷手段。