脂質(zhì)組學(xué)在皮膚病學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展

梁毅敏,邵 蕾,張淑娟,劉玉梅

(廣州醫(yī)科大學(xué)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(zhì)不僅作為生物膜組成的一部分,且作為能量來(lái)源以及具有信號(hào)分子功能,隨著生理、病理和環(huán)境條件的變化而不斷變化[1]。脂質(zhì)譜的改變可影響多種疾病的發(fā)生發(fā)展,包括各種代謝性疾病、心血管疾病、癌癥及神經(jīng)退行性變等。脂質(zhì)組學(xué)是一門(mén)通過(guò)系統(tǒng)全面分析生物樣品中的脂質(zhì)以及與其相互作用的分子,進(jìn)而揭示脂質(zhì)在生命活動(dòng)過(guò)程中的代謝調(diào)控過(guò)程的分支科學(xué)。在皮膚病學(xué)研究中,脂質(zhì)對(duì)于維持皮膚屏障功能及調(diào)控細(xì)胞增殖分化具有重要作用,進(jìn)而影響皮膚疾病的發(fā)生發(fā)展,脂質(zhì)組學(xué)可為深入探究皮膚疾病發(fā)病機(jī)制及尋找潛在生物標(biāo)記物提供可能性。本文就目前脂質(zhì)組學(xué)在皮膚病學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。

1 脂質(zhì)組學(xué)概述

脂質(zhì)組學(xué)是代謝組學(xué)的一個(gè)重要分支,它是對(duì)生物體、組織或細(xì)胞中的脂質(zhì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的定性定量分析、鑒定,了解脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,進(jìn)而揭示脂質(zhì)代謝與細(xì)胞、器官乃至機(jī)體的生理、病理過(guò)程之間的關(guān)系的一門(mén)學(xué)科。脂質(zhì)組學(xué)研究的技術(shù)主要包括脂質(zhì)的提取、分離、分析鑒定以及相應(yīng)的生物信息學(xué)技術(shù)。近年來(lái)脂質(zhì)組學(xué)取得了很大進(jìn)展,主要得益于質(zhì)譜技術(shù)(mass spectrometry,MS)的發(fā)展[2],WANG等利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)的方法,對(duì)2型糖尿患者及正常對(duì)照的血液進(jìn)行脂質(zhì)組學(xué)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)4個(gè)磷脂分子,包括2個(gè)磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine,PC)和2個(gè)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(biāo)志物[3]。通過(guò)對(duì)此類(lèi)脂質(zhì)生物標(biāo)志物的監(jiān)測(cè)和研究,可為臨床疾病的預(yù)防、篩查與早期診斷提供的新的途徑和方法。此外,脂質(zhì)組學(xué)已在心血管疾病、肝臟疾病、腫瘤、免疫等重要學(xué)科領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展,為探索各類(lèi)疾病潛在脂質(zhì)生物標(biāo)記物以協(xié)助診斷、探究疾病發(fā)生過(guò)程的脂質(zhì)代謝變化以尋求與脂質(zhì)通路相關(guān)的發(fā)病機(jī)制提供新的技術(shù)和方向[4-7]。

2 脂質(zhì)組學(xué)在皮膚病學(xué)中的應(yīng)用

在皮膚病學(xué)研究中,人體皮膚的脂質(zhì)成分在建立皮膚屏障功能、影響表皮微生態(tài)、作為影響表皮代謝分化過(guò)程的多功能介質(zhì)等方面有重要作用[8],因此脂質(zhì)組學(xué)在皮膚病學(xué)中的研究及應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)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(fā)生的前提,脂質(zhì)成分的改變也是導(dǎo)致痤瘡發(fā)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(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析比較36例新生兒痤瘡和健康對(duì)照組的面部皮脂標(biāo)本,發(fā)現(xiàn)新生兒痤瘡面部皮損脂質(zhì)總量較健康組明顯增加,脂質(zhì)成分也存在明顯差異,角鯊烯、甘油二酯、蠟酯的平均相對(duì)含量顯著增加,亞油酸平均相對(duì)含量顯著減少,這為揭示新生兒痤瘡發(fā)病機(jī)制提供了一定的理論基礎(chǔ)。Zhou等[11]利用脂質(zhì)組學(xué)分析研究皮膚表面皮脂與痤瘡分級(jí)的相關(guān)性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)不飽和脂肪酸鏈的長(zhǎng)度隨著痤瘡的嚴(yán)重程度增加而減小,另外在青春期痤瘡中占主導(dǎo)地位的甘油三酯相對(duì)平均水平隨著痤瘡皮損的嚴(yán)重程度而增加。脂質(zhì)組學(xué)分析展現(xiàn)了皮脂各成分在不同痤瘡分級(jí)的變化趨勢(shì),為揭示皮脂變化在痤瘡發(fā)病機(jī)制中作用以及為痤瘡的分級(jí)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(zhì)也有關(guān)聯(lián)：Melnik[12]綜合討論了飲食與痤瘡代謝組學(xué)、炎癥和粉刺形成的聯(lián)系,飲食中高游離棕櫚酸可通過(guò)白細(xì)胞介素-1β釋放、Th17分化和IL-17介導(dǎo)角質(zhì)形成細(xì)胞增殖刺激toll樣受體-2介導(dǎo)的炎癥體活化,油酸通過(guò)釋放白細(xì)胞介素-1α刺激痤瘡丙酸桿菌粘附、角質(zhì)細(xì)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(yú)類(lèi)飲食。有報(bào)道證實(shí)了飲食中補(bǔ)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(jìn)一步發(fā)掘預(yù)防痤瘡、輔助痤瘡藥物治療的脂質(zhì)類(lèi)產(chǎn)品及精準(zhǔn)指導(dǎo)患者飲食習(xí)慣,從而提高患者對(duì)痤瘡治療的滿意度。

2.2 銀屑病

Th17細(xì)胞異?；罨a(chǎn)生的IL-23/IL-17軸在銀屑病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用已眾所周知,現(xiàn)有越來(lái)越多證據(jù)指出代謝通路與Th17細(xì)胞活化是有著密切聯(lián)系的。銀屑病常伴發(fā)肥胖、血脂異常、2型糖尿病等代謝相關(guān)疾病,說(shuō)明其發(fā)生發(fā)展與脂代謝紊亂有關(guān)[14]。Zeng等[15]通過(guò)超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿質(zhì)譜法分析比較45例銀屑病患者及健康受試者血漿脂質(zhì)代謝物差異,發(fā)現(xiàn)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(diào)。另外,神經(jīng)酰胺具有參與皮膚屏障構(gòu)成及調(diào)節(jié)皮膚免疫等重要作用,有不少研究表明神經(jīng)酰胺代謝異常與銀屑病的發(fā)生發(fā)展相關(guān),Borodzicz等[16]關(guān)于銀屑病患者的皮膚活檢研究顯示,銀屑病斑塊皮損區(qū)的神經(jīng)酰胺合成水平、SPT蛋白表達(dá)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(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜分析研究銀屑病患者角質(zhì)形成細(xì)胞神經(jīng)酰胺(ceramide,CER)特征,發(fā)現(xiàn)角質(zhì)形成細(xì)胞中,CER[NS]、CER[NP]等六種神經(jīng)酰胺亞型的相對(duì)表達(dá)水平較高,而CER[NDS]的表達(dá)水平低于健康受試者。脂質(zhì)組學(xué)分析或許為探索脂質(zhì)不同種類(lèi)代謝與T細(xì)胞活化關(guān)系在銀屑病中的發(fā)病機(jī)理提供一個(gè)新的方向。

2.3 白癜風(fēng)

白癜風(fēng)考慮與在遺傳背景下出現(xiàn)自身免疫、氧化應(yīng)激等因素促使黑素細(xì)胞的破壞有關(guān)?，F(xiàn)國(guó)外有研究表明白癜風(fēng)與脂質(zhì)代謝異常亦有關(guān),Kanchan等[18]對(duì)白癜風(fēng)患者進(jìn)行血清脂質(zhì)譜分析,與對(duì)照組相比,白癜風(fēng)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(lián)質(zhì)譜法鑒定22種脂質(zhì)在白癜風(fēng)和健康人群中有差異表達(dá),研究發(fā)現(xiàn)溶血磷脂酰膽堿、sn-甘油-3-磷酸膽堿、脂質(zhì)介質(zhì)血小板活化因子水平上調(diào)。Ye等[20]利用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀分析白癜風(fēng)人群的血清脂肪酸表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)白癜風(fēng)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(cè)ARA對(duì)CD8+T細(xì)胞活性,發(fā)現(xiàn)ARA對(duì)CD8+T細(xì)胞有抑制作用。由此看來(lái),ARA可通過(guò)抑制CD8+T細(xì)胞活性,阻斷其異常激活導(dǎo)致表皮黑素細(xì)胞破壞的發(fā)病過(guò)程,這或許可為白癜風(fēng)的治療提供了一個(gè)新的方向。

2.4 系統(tǒng)性紅斑狼瘡

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種伴有多器官損害的系統(tǒng)性自身免疫性疾病?，F(xiàn)已有研究表明SLE的發(fā)病機(jī)制與脂質(zhì)代謝的改變有關(guān),如以中心性肥胖、高血糖、血脂異常等為表現(xiàn)的代謝綜合征與SLE的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),肥胖本身是一種促炎狀態(tài),IL-17、IL-23和TNF-α等促炎分子的基因和蛋白表達(dá)增加[21]。SLE本身也可引起顯著的血脂異常,Lu等[22]利用鳥(niǎo)槍法脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)SLE患者血脂譜進(jìn)行鑒定分析,發(fā)現(xiàn)二?；字Ｒ掖及泛蜕窠?jīng)酰胺類(lèi)成分的顯著改變可以作為SLE早期診斷及預(yù)后的附加生物標(biāo)志物。

2.5 黑素細(xì)胞瘤

皮膚黑素瘤的發(fā)病通常與遺傳、長(zhǎng)期紫外線暴露損傷以及皮膚損傷有關(guān)。然而腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中都有特定的代謝過(guò)程,利用代謝組學(xué)技術(shù)監(jiān)測(cè)代謝物的變化或波動(dòng)情況,或許就能對(duì)揭示腫瘤發(fā)病機(jī)制及尋找生物標(biāo)記物幫助早期診斷。黑色素瘤細(xì)胞通常先通過(guò)淋巴系統(tǒng)局部轉(zhuǎn)移,再通過(guò)血液途徑轉(zhuǎn)移,其病因尚不清楚,而Ubellacker等[22]通過(guò)脂質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué)技術(shù)揭示了這一轉(zhuǎn)移機(jī)制：淋巴系統(tǒng)具有更高油酸及還原型谷胱甘肽水平,使癌細(xì)胞獲得較高抗氧化能力,并增加癌細(xì)胞在隨后的血液轉(zhuǎn)移過(guò)程中存活的能力。Perez-Valle等[23]通過(guò)UHPLC-ESI質(zhì)譜法比較分析人類(lèi)正常表皮、黑素痣細(xì)胞及惡性黑素瘤脂質(zhì)譜,發(fā)現(xiàn)腫瘤性和非腫瘤性黑素細(xì)胞具有不同的脂質(zhì)特征：惡性黑素瘤細(xì)胞脂質(zhì)特征主要表現(xiàn)為醚型脂質(zhì)、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(xì)胞脂質(zhì)譜的改變,對(duì)黑素細(xì)胞的良惡性鑒別及轉(zhuǎn)化具有重要意義。

2.6 特應(yīng)性皮炎

皮膚屏障-瘙癢惡性循環(huán)為特應(yīng)性皮炎發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其中表皮脂質(zhì)為維持正常的皮膚屏障功能發(fā)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(duì)照組的角質(zhì)層脂質(zhì),并比較了金葡菌定植與金葡菌非定植的角質(zhì)層脂質(zhì)譜以探究金葡菌定植與皮脂組成的關(guān)系：與金葡菌非定植相比,金葡菌定植的CER[AH]、CER[AP]、極長(zhǎng)鏈CER[EOH]、CER[EOS]水平顯著降低。這表明表皮脂質(zhì)中的神經(jīng)酰胺鏈長(zhǎng)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(shí)間質(zhì)譜測(cè)定28例AD嬰兒及健康嬰兒面頰部皮脂成分發(fā)現(xiàn)29種具有顯著差異的脂質(zhì)標(biāo)記物,對(duì)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(zhì)類(lèi)型、含量和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。強(qiáng)大的脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)完整地揭示了AD的脂質(zhì)譜,盡管這些脂質(zhì)成分的改變與AD發(fā)病的關(guān)系仍未非常明確,但這將有利于進(jìn)一步探索AD的發(fā)病機(jī)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(rèn)為與紫外線、性激素、遺傳等因素有關(guān)。有生物信息學(xué)分析研究表明,除了黑色素相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),大部分脂質(zhì)代謝相關(guān)基因在黃褐斑皮損中下調(diào),而這一發(fā)現(xiàn)與黃褐斑的屏障功能受損有關(guān)[28]。Xu[29]等進(jìn)一步探究了黃褐斑皮損表皮脂質(zhì)組成,發(fā)現(xiàn)黃褐斑皮損中神經(jīng)酰胺水平顯著增加,可能是維持皮膚屏障功能的代償機(jī)制。此外,一些關(guān)鍵的脂類(lèi)物質(zhì)在黑素細(xì)胞高度活化的皮損中表達(dá)較低,這表明黃褐斑患者需要更好的皮膚屏障保護(hù)。

2.8 老年瘙癢癥

老年瘙癢癥是一種在老年人群中常見(jiàn)的皮膚病,目前發(fā)病機(jī)制尚未明確,有研究認(rèn)為老年相關(guān)的皮膚屏障破壞以及表皮脂質(zhì)成分的改變?cè)诶夏牮W癥發(fā)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(zhì)成分變化,并基于偏最小二乘判別分析發(fā)現(xiàn)老年性瘙癢癥患者和健康對(duì)照組的皮膚表面脂質(zhì)圖譜明顯分離,老年瘙癢癥患者中幾類(lèi)主要脂質(zhì)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(fā)現(xiàn)某幾種神經(jīng)酰胺與經(jīng)皮水分丟失呈正相關(guān)性,鞘磷脂和神經(jīng)酰胺某幾種亞型與瘙癢程度相關(guān),這提示老年瘙癢癥患者某些皮膚表面脂質(zhì)成分改變與皮膚屏障破壞相關(guān),并進(jìn)一步誘發(fā)瘙癢癥狀。進(jìn)一步研究此類(lèi)脂質(zhì)成分變化的致癢機(jī)制對(duì)于探討老年瘙癢癥發(fā)病機(jī)制有著重要價(jià)值。

3 總結(jié)與展望

現(xiàn)有的研究表明,痤瘡、銀屑病、特應(yīng)性皮炎等多種皮膚疾病與脂質(zhì)代謝有關(guān),均伴有不同程度脂質(zhì)紊亂現(xiàn)象存在。脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展可為揭示脂質(zhì)代謝通路在皮膚疾病中的相關(guān)機(jī)制提供了巨大幫助。脂質(zhì)組學(xué)已在代謝疾病、心血管、腫瘤等多學(xué)科領(lǐng)域廣泛開(kāi)展研究并取得傲人進(jìn)展,然而在皮膚病學(xué)中應(yīng)用不甚廣泛,一方面脂質(zhì)成分及代謝調(diào)控過(guò)程復(fù)雜,另一方面部分皮膚病學(xué)中相對(duì)少見(jiàn)病的脂質(zhì)代謝方面發(fā)病機(jī)制研究資料缺乏,還有待進(jìn)一步深入探究。未來(lái)隨著脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)的成熟,或許可與其他代謝組學(xué)技術(shù)聯(lián)合共同探討脂質(zhì)代謝通路在皮膚疾病的發(fā)病機(jī)制,識(shí)別生物標(biāo)記物,為臨床提供早期檢測(cè)和診斷手段。