酒精性肝病的代謝組學(xué)研究進展

厲穎 李燦委 范孟然 劉衛(wèi)紅 高鵬飛，4

大理大學(xué)1藥學(xué)院，2公共衛(wèi)生學(xué)院，3農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院（云南大理671000）；4云南省昆蟲生物醫(yī)藥研發(fā)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(dǎo)致的肝損傷［1］。ALD 的早期表現(xiàn)為脂肪肝，可發(fā)展為肝臟炎癥、肝纖維化、肝硬化甚至肝細胞癌；據(jù)統(tǒng)計，90%飲酒過量的人可發(fā)展為肝脂肪變性，其中35%可發(fā)展為肝臟炎癥［2］；多種因素可影響ALD 的發(fā)生和發(fā)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(tǒng)的生化指標(biāo)檢測方法靈敏度較低，而組織病理學(xué)檢測具有侵入性。因此，深入探究ALD 的發(fā)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(zhì)、氨基酸等代謝物發(fā)生變化，利用代謝組學(xué)方法可監(jiān)測生物體內(nèi)代謝物的改變。代謝組學(xué)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(chǎn)物進行定性和定量分析的一門學(xué)科［7］。代謝產(chǎn)物是基因表達的終產(chǎn)物，其變化被視作生物系統(tǒng)對遺傳變異或環(huán)境擾動的最終響應(yīng)，利用該技術(shù)可深入了解疾病生物化學(xué)途徑中的整體變化，為疾病的發(fā)病機制研究提供參考［8］。本文通過查閱中國知網(wǎng)、Pubmed 等數(shù)據(jù)庫，總結(jié)近年來代謝組學(xué)在ALD 中的研究進展，為相關(guān)研究提供參考。

1 代謝組學(xué)概述

代謝組學(xué)通過揭示內(nèi)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(fā)生的一系列生物事件。多種分析技術(shù)在代謝組學(xué)中廣泛應(yīng)用，如核磁共振譜（NMR）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）等；檢測樣本一般為細胞、生物體液、組織等。代謝組學(xué)已廣泛應(yīng)用于檢測生物體內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的變化，為疾病的診斷與治療提供參考［9］。

2 代謝組學(xué)在ALD 中的應(yīng)用

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

肝內(nèi)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(zhì)代謝過程中發(fā)揮重要作用，經(jīng)酒精處理的PPARα敲除小鼠可導(dǎo)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(shù)研究發(fā)現(xiàn)，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(shù)進行ALD 小鼠模型的尿液代謝組學(xué)研究，結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(biāo)志物。

2.2 代謝組學(xué)在闡明ALD 發(fā)病機制中的應(yīng)用

2.2.1 脂質(zhì)代謝長期飲酒患者的肝臟，由于脂質(zhì)代謝的改變可發(fā)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(shù)分別探究ALD 大鼠和小鼠的肝臟脂質(zhì)譜，發(fā)現(xiàn)酒精攝入可使肝臟中與脂質(zhì)代謝過程相關(guān)的脂肪酸和磷脂水平發(fā)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(zhuǎn)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(fā)病機制密切相關(guān)［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(fā)現(xiàn)多種氨基酸水平發(fā)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(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(yīng)激原可導(dǎo)致肝細胞凋亡［21-22］。有學(xué)者分別采用NMR 和CE-MS技術(shù)，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(fā)現(xiàn)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(biāo)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(guān)的產(chǎn)物［23］。NICHOLAS 等［24］基于NMR 技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)物，也是三羧酸循環(huán)（TCA）的底物。在肝臟細胞中，乳酸經(jīng)丙酮酸的氨基轉(zhuǎn)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(huán)的重要中間產(chǎn)物，F(xiàn)ANG 等［6］采用UPLC-Q/TOFG2Si-HDMS 技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，ALD 大鼠尿液中檸檬酸水平降低，提示ALD 大鼠體內(nèi)糖的有氧糖酵解部分被抑制。以上研究表明，ALD 代謝物質(zhì)差異的產(chǎn)生機制與無氧糖酵解和有氧代謝失衡有關(guān)，其中乳酸與檸檬酸變化與ALD 的發(fā)病機制關(guān)系密切。

2.2.4 腸道微生物代謝腸道微生物的代謝產(chǎn)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(nèi)有益細菌的生長［26］。COUCH 等［27］基于GC-MS 技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)腸上皮細胞屏障完整性的必要物質(zhì)，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(xué)技術(shù)亦發(fā)現(xiàn)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(fā)病機制與腸道微生物介導(dǎo)SCFAs 的變化密切相關(guān)，且丙酸和異丁酸可能是ALD 的潛在生物標(biāo)志物。

膽汁酸是消化道內(nèi)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(nèi)初級膽汁酸向次級膽汁酸的轉(zhuǎn)化［29］。有研究分別采用GCMS 和UPLC-MS 技術(shù)探究酒精性肝硬化患者糞便和血清中的膽汁酸水平，發(fā)現(xiàn)糞便和血清膽汁酸水平均升高，導(dǎo)致產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，加速ALD的發(fā)展，提示ALD 的病因與膽汁酸的代謝異常相關(guān)［30-31］。

2.3 代謝組學(xué)在中草藥治療ALD 中的應(yīng)用目前，ALD 的治療主要依賴于合成藥物，如硫普羅寧、雙環(huán)醇和聯(lián)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(xué)者采用不同的代謝組學(xué)技術(shù)，探究中草藥對ALD 的治療作用。結(jié)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(yù)防酒精性脂肪肝的發(fā)展［33］；桑黃可調(diào)節(jié)脂肪酸、初級膽汁酸的生物合成和甘油磷脂代謝，發(fā)揮對ALD 小鼠的保肝作用［34］；貓兒屎籽油可調(diào)節(jié)ALD小鼠腸道的氨基酸和脂質(zhì)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(yīng)激狀態(tài)，調(diào)節(jié)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(dǎo)脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝、腸道微生物代謝和能量代謝，發(fā)揮對ALD的干預(yù)作用。

表1 代謝組學(xué)在中藥調(diào)控ALD 中的應(yīng)用Tab.1 Application of metabolomics in the regulation of ALD by traditional chinese medicine

3 結(jié)論與展望

利用代謝組學(xué)技術(shù)可識別ALD 的早期生物標(biāo)志物，探索其發(fā)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(xué)研究仍面臨很多挑戰(zhàn)。目前基于代謝組學(xué)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(fù)雜，給后續(xù)的數(shù)據(jù)分析帶來極大地挑戰(zhàn)；其次，生物標(biāo)記物驗證容易受到環(huán)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(biāo)記物的機制研究不足，臨床應(yīng)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(biāo)記物；其次，代謝組學(xué)可與蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)結(jié)合，深入探索酒精與ALD 病理過程之間的聯(lián)系，減少環(huán)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(xué)的一個新方向，后續(xù)研究可將代謝組學(xué)與其它學(xué)科結(jié)合，深入探索ALD 的發(fā)病機制。