血液代謝組學(xué)在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中的應(yīng)用進(jìn)展

文照禾 綜述，劉力 審校

（1.天津市兒童醫(yī)院綜合內(nèi)科，天津 300070；2.天津醫(yī)科大學(xué)研究生院，天津 3000041）

系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）是以存在多種自身抗體和免疫復(fù)合物沉積為主要特征的慢性自身免疫性疾病[1]，腎、皮膚、血液系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等均可受累。SLE 的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及遺傳易感性、環(huán)境等多個(gè)因素，其臨床表現(xiàn)多樣，病程反復(fù)，目前缺乏敏感性和特異性良好的檢驗(yàn)標(biāo)志物。代謝組學(xué)是一種新組學(xué)領(lǐng)域，利用高通量檢測(cè)技術(shù)研究生物樣本在基因改變或環(huán)境變化等情況下其代謝物種類(lèi)、數(shù)量及其變化規(guī)律。研究SLE 患者的血液代謝組學(xué)特征，可為確定關(guān)鍵致病環(huán)節(jié)、尋找新的生物標(biāo)志物提供新思路。

1 代謝組學(xué)簡(jiǎn)介

代謝組學(xué)是繼表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)后出現(xiàn)的，研究相對(duì)分子量＜1 000 的內(nèi)源性小分子的組學(xué)。其通過(guò)對(duì)生物代謝物進(jìn)行測(cè)定，監(jiān)測(cè)機(jī)體受到內(nèi)外因素刺激后的代謝物水平變化，推測(cè)機(jī)體內(nèi)的病理生理過(guò)程，為疾病的早期診斷、遠(yuǎn)期預(yù)后及發(fā)病機(jī)制的研究提供可靠依據(jù)。代謝組學(xué)分為靶向代謝組學(xué)和非靶向代謝組學(xué)。前者需要分析樣本中所有的代謝物，用于篩選生物標(biāo)志物，后者則是基于某種生化假設(shè)，定量測(cè)定特定代謝物，探索某條代謝途徑。

目前常用的代謝組學(xué)技術(shù)包括核磁共振法（nuclear magnetic resonance，NMR）、氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography spectrometer，GC-MS）和液相色譜-質(zhì)譜法（liquid chromatography spectrometer，LC-MS），這3 種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。NMR 是一種非破壞性技術(shù)，樣品可被重復(fù)分析且不需要特殊預(yù)處理，但檢測(cè)靈敏度低，常導(dǎo)致高豐度分析物掩蓋低豐度分析物。GC-MS 技術(shù)性能穩(wěn)定且重現(xiàn)性好，目前主要應(yīng)用于靶向代謝組。LC-MS 具有廣泛的代謝物檢測(cè)范圍，可以對(duì)大量代謝物進(jìn)行分離，提供較全面的代謝組學(xué)數(shù)據(jù)[2]。

2 代謝組學(xué)在SLE 發(fā)病機(jī)制中的應(yīng)用

血液中的代謝物既是機(jī)體病理生理過(guò)程中的產(chǎn)物，又是功能信號(hào)分子，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等過(guò)程。

既往研究發(fā)現(xiàn)SLE 患者T 細(xì)胞線(xiàn)粒體具有持續(xù)超極化的特點(diǎn)，導(dǎo)致活性氧簇（ROS）生成增加，發(fā)生氧化應(yīng)激[3]。Wu 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，SLE 患者血清中重要的抗氧化劑谷胱甘肽減少，伴隨谷胱甘肽合成途徑中的副產(chǎn)物γ-谷氨酰多肽、二甲基甘氨酸顯著升高和甲基供體如蛋氨酸、膽堿、半胱氨酸的減少。從下游產(chǎn)物角度驗(yàn)證了SLE 患者體內(nèi)存在氧化應(yīng)激。Hu 等[5]發(fā)現(xiàn)SLE 患者血清中內(nèi)源性抗氧劑縮醛磷脂類(lèi)物質(zhì)下降，脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物溶血磷脂酰乙醇胺和4-羥基壬烯醛（4-HNE）顯著增加，其中4-HNE具有易反應(yīng)性，可損傷半胱氨酸、組氨酸和賴(lài)氨酸殘基，從而損傷蛋白質(zhì)功能，且在血液中穩(wěn)定存在，從分子水平提示氧化應(yīng)激如何參與SLE 的發(fā)病，如何導(dǎo)致多臟器的損傷。Hu 等[6]還推測(cè)多種脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物，尤其是磷脂過(guò)氧化產(chǎn)物，可能成為抗原表位，誘導(dǎo)SLE 患者中大量抗體生成，即發(fā)生自身抗原氧化修飾，并展開(kāi)研究驗(yàn)證了SLE 患者外周單核細(xì)胞脂代謝的改變與抗心磷脂抗體、相關(guān)炎癥因子水平存在相關(guān)性，體外培養(yǎng)的單核細(xì)胞添加抗氧化劑后脂質(zhì)改變可以被糾正（圖1）[6]。

圖1 氧化應(yīng)激如何以分子水平參與SLE 發(fā)病

3 代謝組學(xué)在SLE 診斷中的應(yīng)用

Ouyang 等[7]最早使用NMR 技術(shù)聯(lián)合分析SLE患者血清代謝物的特征，并根據(jù)SLE組和健康對(duì)照組（HC）間的差異代謝物建立OPLS-DA 模型，其預(yù)測(cè)SLE 的敏感性為60.9%，特異性為97.1%。與HC組相比，SLE組大部分氨基酸水平降低；三羧酸循環(huán)中的檸檬酸鹽、丙酮酸鹽降低；合成嘌呤核苷酸的甲酸鹽濃度降低；高密度脂蛋白降低、極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白濃度升高。隨后Wu 等[4]利用GC/LC-MS 平臺(tái)聯(lián)合分析在SLE組與HC組間發(fā)現(xiàn)了超過(guò)100 種差異代謝物，兩者的觀察結(jié)果具有一致性。SLE 差異代謝物主要集中在脂代謝、氨基酸代謝及能量代謝途徑[8-10]。

血清代謝物不僅能鑒別SLE 患者和健康人群。在Bengtsson 等[11]的研究中，血清代謝物在SLE、原發(fā)性干燥綜合征和系統(tǒng)性硬皮病患者中同樣存在顯著差異。Checa 等[12]根據(jù)SLEDAI 評(píng)分評(píng)估SLE患者活動(dòng)性，≥6 分為活動(dòng)性組，＜6 分為非活動(dòng)性組，發(fā)現(xiàn)兩組間的神經(jīng)酰胺（C16∶0）：鞘氨醇-1-磷酸（S1P）比值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Liu 等[13]發(fā)現(xiàn)SLE 模型小鼠在第9 周病初時(shí)血清代謝物水平改變以三羧酸循環(huán)、糖酵解為主，第11 周出現(xiàn)淋巴結(jié)病變時(shí)脂肪酸合成代謝物水平顯著上升，第13 周出現(xiàn)皮膚病變時(shí)尿素、尿酸和吲哚-3-乳酸升高。Zhang 等[14]將133例SLE 患者分為僅腎臟受累組、僅皮膚受累組、僅血液系統(tǒng)受累組和多系統(tǒng)受累組，比較各組間血清代謝譜，差異主要集中在脂代謝物。Xie 等[15]應(yīng)用GC-MS 對(duì)11 例SLE 伴皮損（SL）患者、10 例SLE 無(wú)皮損（SNL）患者血清代謝物進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了包括L-α-氨基丁酸、脫氫抗血酸、甘氨酸和L-酪氨酸在內(nèi)的14 個(gè)差異代謝物。Baig 等[16]對(duì)SLE 患者頸動(dòng)脈斑塊進(jìn)展情況開(kāi)展了8～9 年的隨訪(fǎng)，與無(wú)斑塊進(jìn)展組相比，動(dòng)脈粥樣斑塊進(jìn)展組患者基線(xiàn)血清樣本中的白三烯B4，5-羥基二十碳二烯酸，9/13-羥基十二烯酸顯著升高。Zhang 等[17]研究提出，鞘磷脂、神經(jīng)酰胺、磷脂酰膽堿類(lèi)物質(zhì)在鑒別SLE 和狼瘡腎炎方面具診斷價(jià)值。上述研究結(jié)果提示，血液代謝物或能區(qū)分SLE 不同臨床表型和評(píng)估疾病狀態(tài)。

非靶向代謝組學(xué)提供的大量潛在生物標(biāo)志物需要被進(jìn)一步驗(yàn)證。Zhang 等[17]納入32 例女性SLE患者和25 名健康女性作為發(fā)現(xiàn)集，應(yīng)用非靶向代謝組學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽代謝途徑是最為富集的通路，再應(yīng)用靶向代謝組學(xué)在36 例SLE、30 例HC組成的驗(yàn)證集中，驗(yàn)證了SLE組L-焦谷氨酸水平上升，并發(fā)現(xiàn)其與血沉、抗sm 抗體存在相關(guān)性。但有研究報(bào)道SLE 患者L-焦谷氨酸水平下降[18]或無(wú)顯著變化[11]，這是否與地域、人種等因素有關(guān)還有待進(jìn)一步研究。

現(xiàn)有研究存在的矛盾為開(kāi)發(fā)單一生物標(biāo)志物帶來(lái)挑戰(zhàn)，但代謝組學(xué)確能提示SLE 患者體內(nèi)存在代謝通路障礙。2017 年歐洲一項(xiàng)橫斷面研究運(yùn)用LC-MS 檢測(cè)了109 例女性SLE 患者和23 名HC組的血清代謝物，與HC組相比，SLE組神經(jīng)酰胺、己糖基神經(jīng)酰胺升高，鞘脂類(lèi)堿基、鞘氨醇-1-磷酸（S1P）下降，其中神經(jīng)酰胺（C16∶0）和神經(jīng)酰胺（C24∶1）最能顯著區(qū)分SLE組和HC組[12]。該研究中雖然腎臟受累SLE組神經(jīng)酰胺（C16∶0）水平高于無(wú)腎臟受累SLE組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。上述結(jié)果與2018年歐洲另一項(xiàng)同樣使用LC-MS 的研究存在差異：Patyna 等[19]研究發(fā)現(xiàn)SLE 患者S1P 升高，并認(rèn)為血清神經(jīng)酰胺（C24∶1）在臨界值827 ng/mL 時(shí)對(duì)腎臟受累SLE組和非腎臟受累組SLE 具有鑒別能力。雖然現(xiàn)有研究中發(fā)現(xiàn)的差異物代謝物種類(lèi)不同、水平改變不一致[20-23]，但均能提示SLE 的脂代謝，尤其是鞘脂代謝和甘油磷脂通路紊亂。

考慮到上述情況，代謝通路上的幾種代謝物聯(lián)合應(yīng)用或具有更高的診斷價(jià)值。Zhang 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，脫氫表雄激素硫酸酯（DHEAS）、苯甲酸、2-甲基丁酰甘氨酸和脂肪酸（20:1）的組合對(duì)診斷SLE 顯示出最佳的預(yù)測(cè)效率（曲線(xiàn)下面積0.998）。Zhang 等[17]研究顯示，神經(jīng)酸、補(bǔ)體C1q、胱抑素C（曲線(xiàn)下面積0.916）為鑒別SLE 有無(wú)腎臟受累的最佳組合。Iwasaki 等[24]發(fā)現(xiàn)，組氨酸、色氨酸、N-N-二甲基甘氨酸和酪氨酸聯(lián)合診斷獲得的曲線(xiàn)下面積為0.91，高于單獨(dú)使用任何一種氨基酸。

4 代謝組學(xué)在SLE 藥物評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

Checa 等[12]對(duì)22 例女性SLE 患者免疫抑制治療前后的鞘脂水平進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)治療后鞘脂恢復(fù)到HC組水平并伴有SLEDAI 評(píng)分下降，但由于采用的治療方案不同，無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。Guleria 等[25]使用NMR 對(duì)18 例增生型狼瘡性腎炎（LN）初治時(shí)使用了不同劑量環(huán)磷酰胺等免疫抑制劑6個(gè)月后（LNT）以及對(duì)30 名HC 的血清代謝譜進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與LN組相比，LNT組脂代謝物降低，脂代謝的最終產(chǎn)物乙酸鹽水平升高，同時(shí)LNT組并未表現(xiàn)出與HC組相似的代謝譜，主要的差異代謝物集中在能量代謝和氨基酸代謝。

受限于SLE 的個(gè)體化治療，目前尚無(wú)研究SLE藥物應(yīng)答與無(wú)應(yīng)答患者血液代謝物差異的報(bào)道?，F(xiàn)有相關(guān)研究受限于研究樣本量小，研究結(jié)果具有一定局限性，但這提示了使用血液代謝物監(jiān)測(cè)治療進(jìn)展的可能，脂質(zhì)水平的正?；虺蔀镾LE 治療的重要截止點(diǎn)。

5 小結(jié)

SLE 是全身性自身免疫性疾病，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，具有臨床異質(zhì)性。隨著代謝組學(xué)技術(shù)的提高和在SLE 中的廣泛應(yīng)用，未來(lái)通過(guò)尋找不同臨床表型的差異代謝途徑或能從代謝物組的角度為SLE 亞類(lèi)分型提供依據(jù)。代謝組學(xué)是描述現(xiàn)象的學(xué)科，其發(fā)現(xiàn)的代謝物既可以是機(jī)體代謝途徑中的結(jié)果，也可以是改變體內(nèi)代謝通路的信號(hào)調(diào)控分子。為解釋在生物樣本中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，越來(lái)越多的研究以代謝組學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)等多學(xué)科共同探索SLE 的發(fā)病機(jī)制，從改善代謝途徑的角度提供新的治療靶點(diǎn)，與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的免疫細(xì)胞代謝組學(xué)已成為代謝組學(xué)一項(xiàng)重要分支。

代謝物反映了多因素作用下機(jī)體病理生理的整體狀態(tài)，臨床研究中的多種混雜因素均可對(duì)代謝物結(jié)果造成影響，如膳食攝入[26]、生活環(huán)境[27]、生活方式[28]。更重要的是患者藥物使用情況對(duì)代謝物的影響，糖皮質(zhì)激素、多種免疫抑制劑均被報(bào)道可影響機(jī)體糖脂水平[29-31]。這些都為代謝組學(xué)結(jié)果的解釋帶來(lái)了困難，現(xiàn)有的小樣本研究中結(jié)果不一致的情況或與其相關(guān)。以小鼠作為研究對(duì)象，收集開(kāi)始治療前的生物樣本可改善這一問(wèn)題。現(xiàn)有研究多為非靶向、橫斷面研究，越來(lái)越多的潛在生物標(biāo)志物已被初步篩選出來(lái)，接下來(lái)需要開(kāi)展靶向研究來(lái)驗(yàn)證這些結(jié)果，同時(shí)進(jìn)一步開(kāi)展患者的隨訪(fǎng)調(diào)查，動(dòng)態(tài)了解不同疾病狀態(tài)下、不同藥物治療反應(yīng)下，尤其是復(fù)發(fā)患者、藥物治療無(wú)應(yīng)答患者的代謝物水平改變，這些數(shù)據(jù)將對(duì)臨床監(jiān)測(cè)管理SLE 具有重要意義。