脂質組學：中藥調脂效應及其作用機制研究的有效途徑

蔡瑩，都曉輝，張愛華，王喜軍

(黑龍江中醫藥大學藥學院，國家中醫藥管理局中醫方證代謝組學研究中心，黑龍江 哈爾濱 150040)

健康模式及疾病譜的變化給現代醫學研究提出眾多新的命題，單靶點單一降脂藥物的簡單治療模式難以解決脂代謝紊亂引發的多靶點復雜性疾病的治療問題[1]。脂代謝異常可導致多種疾病的發生和發展，例如:動脈粥樣硬化、糖尿病、癌癥、非酒精性脂肪肝炎、肥胖及阿茲海默癥等[2-7]。血脂異常經常出現在代謝綜合征和2型糖尿病病程中[8-9]，通常表現為總膽固醇、低密度脂蛋白，甘油三酯水平升高，高密度脂蛋白水平下降[10-11]。疾病脂質異常代謝特征為其治療研究提供了新策略[12]。中藥復方制劑是由多種藥物按君臣佐使配伍規則組成的“有制之師”，針對疾病實施多成分、多靶點、多層次的整體作用，調脂療效明確，作用溫和，相比單獨的他汀類藥物治療，降脂干預風險更低，安全性更好，對疾病的預防與治療意義重大[13-15]。因此，以機體脂代謝為靶向特征的方劑與針對單一靶點開發的藥物相比，具有獨特的治療優勢。但目前中藥調脂效應研究還停留在幾個血脂指標的簡單重復，缺乏現代語言的科學闡釋，其療效靶點、作用機制不清晰、不明確，這極大地限制了中藥調脂的應用及調脂作用有效性的科學闡釋[16]。

脂質的重要生物功能及其與疾病的關系，催生了脂質組學這一新的研究領域。脂質組學采用分析化學方法對生物體脂質組進行有目的分析，可有效分析不同生理病理狀態下脂質水平、脂質代謝網絡的變化，從而有效識別新的信號分子，揭示不同生理病理狀況的潛在機制，發現用于疾病早期診斷和預后的潛在脂質生物標志物，篩選藥物靶點及評價藥物功效，為疾病的防治開辟新的思路[17]。脂代謝研究正在經歷從分子水平向網絡互作集成、從靜態到動態等方面的縱深發展，已經在疾病早期診斷、藥物靶點發現及疾病機理研究等方面取得重大進展。因此，本文系統綜述脂質組學分析的關鍵技術以及脂質組學在生命科學研究中的最新進展，為中藥調脂作用機制研究提供方法參考。

1 脂質組學研究方法

研究不同生理病理狀態下的脂質水平，可有效評估機體生理狀態，從脂質分子層面闡釋進行疾病機制的研究[18]。脂質組學研究方法有以下優勢：只研究脂類物質及其代謝共同物，脂類物質在結構上的共同特點決定了樣品前處理及分析技術平臺的搭建較為容易，而且可以借鑒代謝組學的研究方法；脂質組學數據庫的建立和完善速度較快，并能建立與其他組學的網絡聯系；脂質組學分析的技術平臺可用于代謝組學的研究，促進代謝組學發展。

完整的脂質組學研究流程主要包括脂質的提取、分離，數據采集以及數據分析。根據分析目的不同又可分為靶向脂質組學、非靶向脂質組學以及將兩種分析策略相結合的擬靶向脂質組學。由于脂質不是以游離形式存在于基質中，待分析的生物樣本通常需要進行適當的前處理以降低極性代謝物對脂質分析的干擾。現有研究中多采用不同比例氯仿/甲醇溶液進行液液萃取從而提取分離脂質，即較為經典的Folth萃取法、Bligh-Dyer萃取法等，適用于從各種樣品基質中非選擇性和可重復地提取各種類別的脂質[19-20]。

包括薄層色譜(TLC)、液相色譜(LC)、氣相色譜(GC)、親水相互作用(HILIC)等在內的各種色譜儀具有強大的分離能力,可以對復雜樣品中的脂質化合物進行分離，現已成為全面脂質分析必不可少的有效工具。色譜質譜聯用法可以為脂質輪廓分析提供更詳盡的信息。質譜由于其出色的準確度、靈敏度以及分析效率成為脂質分析的有力工具[17,21]，質譜技術的快速發展極大地推動了脂質組學的發展。在脂質組學的相關研究中，電噴霧電離(ESI)和基質輔助激光解吸電離(MALDI)已成為脂質組織分析的主流電離方法[22]。此外，大氣壓化學電離(APCI)也常見于脂質組學的研究中，可大幅提升檢測靈敏度[23]。基于質譜的脂質組學可以分為：樣品直接注入色譜儀的鳥槍脂質組學，基于液相色譜-質譜聯用技術(LC-MS)的脂質組學，基于離子遷移質譜技術(IM-MS)的脂質組學，質譜成像(MSI)等。脂質組學常用的儀器分析方法及應用總結見表1。

表1 脂質組學的儀器分析方法及應用

此外，二維液相色譜質譜聯用技術，超臨界流體色譜質譜聯用技術，拉曼光譜、核磁共振(NMR)光譜等儀器技術也廣泛應用于脂質分析[50-54]。多種儀器聯用進行脂質分析可顯著提高峰容量，適用于分離復雜樣品中的多種脂質，能夠獲得全面的脂質信息，在脂質組學研究中具有較大的發展潛力[53,55]。

2 脂質組學在中藥治療效應中應用

脂質組學方法為中藥調脂研究提供了新的研究途徑，近年來，通過脂質組學方法分析潛在作用機制的研究越來越多。大量的研究結果顯示，相比西藥降脂，中藥治療血脂異常具有良好的療效和安全性，中藥也逐漸成為探索開發新藥的主要研究目標載體[56]。

2.1 鳥槍脂質組學方法

研究人員對高脂飲食誘導的肥胖小鼠模型給予人參皂苷compound K(CK)，通過鳥槍脂質組學方法分析了小鼠血清脂質代謝物。研究發現差異脂質分別為甘油三酯(TG)、膽固醇酯(CE)、磷脂酰膽堿(PC)和溶血磷脂酰膽堿(LPC)，人參皂苷CK可顯著回調小鼠血清中LPC和CE的水平[57]。

2.2 LC-MS方法

2.2.1 非靶向LC-MS

非靶向液質聯用脂質組學方法可對樣品中的脂質進行全面的分析及描繪，獲得豐富的脂質種類及脂質代謝信息，可供構建完整的脂質代謝網絡[58]。紅景天在中醫藥中具有悠久的使用歷史，研究人員為明確紅景天低聚原花青素(OPCRR)的作用，采用HPLC-ESI-MS對口服紅景天低聚原花青素的大鼠血清脂質譜進行非靶向分析，結果表明OPCRR治療顯著降低總膽固醇、總甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和ox-LDL等血脂譜，升高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)，可有效調節脂質代謝[59]。以高血脂為主要特征的高脂血癥可逐步發展成為動脈粥樣硬化等心血管疾病，嚴重影響人們的健康與生活質量[60]。研究人員采用高脂飲食誘導的大鼠模型，給予茯苓并使用UPLC-HDMS非靶向分析大鼠血漿樣品[61]。研究發現，與未經茯苓治療組的大鼠血漿相比，茯苓治療組血漿中甘油三酯、總膽固醇和低密度脂蛋白(LDL)膽固醇濃度的顯著下降，證明茯苓可顯著改善高脂血癥和相關的脂質代謝物異常。

2.2.2 靶向LC-MS

靶向脂質組學分析憑借其高靈敏度和高特異性的特點，常用于關鍵脂質代謝通路或靶標脂質的分析或驗證。多反映監測模式(MRM)最為常用，可以提高分析靈敏度、選擇性以及線性范圍[62]。已有研究表明，苦丁茶中的三萜皂苷類可有效預防高脂血癥，溶血甘油磷脂(Lyso-GPL)與高脂血癥、動脈粥樣硬化等脂代謝異常類疾病有關。研究人員采用基于多反應監測模式的靶向分析策略對小鼠血清中Lyso-GPL進行脂質組學分析[63]。該實驗在小鼠血清中共鑒定出6類153種Lyso-GPL異構體，與對照組相比，高脂血癥小鼠血清內總Lyso-GPLs含量減少，并且給予苦丁茶中的三萜皂苷類可回調血清中總Lyso-GPLs的含量。澤瀉具有調節脂質的藥理作用，通常用于治療高脂血癥。而溶血磷脂酰膽堿(Lyso PC)在脂質代謝紊亂中起關鍵作用。因此，研究人員通過UHPLC-QTRAP-MS/MS定量分析高脂飲食誘導的高脂血癥小鼠模型中Lyso PC的變化，以評估澤瀉三萜類提取物的降脂活性[64]。研究表明澤瀉提取物中的三萜可以下調小鼠血清中27個Lyso PCs，上調19個Lyso PCs,Lyso PCs的代謝變化有助于對澤瀉降脂作用潛在機制的解讀。

3 脂質組學在中藥調脂作用機制研究實踐

采用脂質組學方法獲得的數據拓展了我們對脂代謝紊亂疾病生理病理學的認識，許多研究證實，不同的脂質異常代謝通過不同的途徑發揮特定的致病作用。脂質組學研究方法有效展現了中藥多靶點多途徑調節脂代謝紊亂的治療特點，可通過探索新的治療靶點為我們提供全新的中藥調脂策略[65]。

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)是由于肝臟中脂肪過度積累[66]引起的慢性肝病之一，大量研究表明，NAFLD與肥胖，高血脂等代謝綜合征密切相關[67]。DENG等[68]采用基于超高效液相色譜-質譜(UPLC-MS)的非靶向脂質組學方法，分析參苓白術散對高脂飲食誘導的NAFLD大鼠模型的保護作用機制。非靶向脂質組學方法分析大鼠肝脂質的結果表明，參苓白術散對NAFLD大鼠模型的30種脂質均有回調作用。代謝通路分析結果表明，參苓白術散通過干預甘油磷脂代謝及甘油酯代謝途徑發揮調節脂質作用。二陳湯出自《太平惠民和劑局方》，由陳皮、姜半夏、茯苓、炙甘草組成。有研究表明二陳湯對肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝、高脂血癥、動脈粥樣硬化等脂代謝紊亂相關疾病有一定的治療效果[69-70]。研究人員采用高脂高膽固醇飼料喂養C57BL/6 J小鼠，采用UPLC-Q-TOF MS對小鼠血漿進行脂質組學分析、多變量分析和脂質通路富集分析[71]。研究結果表明，二陳湯顯著改變小鼠體內神經酰胺和甘油三酯代謝水平，并通過神經酰胺和甘油三酯代謝通路發揮脂質調節作用。中藥復方開心散由遠志、人參、茯苓和石菖蒲4味中藥組成,具有防治阿爾茲海默病的功效。研究人員利用液相色譜-質譜聯用技術對小鼠血清提取物進行脂質組學分析,發現阿爾茲海默病模型組小鼠血清中的亞油酸、花生四烯酸和鞘脂代謝途徑發生紊亂,而開心散能夠回調這些通路從而緩解阿爾茲海默病模型小鼠的癥狀[72]。

4 展望

體內脂質代謝紊亂可引發多種疾病，通過脂質組學手段可以快速找到差異脂質代謝物，但目前的中藥調脂研究中，脂質組學技術的應用大多局限于鑒定脂質的種類和結構，對潛在的作用機制還缺乏深入的挖掘和解讀。質譜成像技術等新興的脂質組學技術可從空間等多個維度探尋中藥藥效作用的靶點，豐富對高脂血癥的病理學認識，還可以深入中藥調脂機制的闡釋，在中藥調脂機制的研究中具有廣闊的應用空間。

目前，中藥調脂研究中，對生物體內脂質組的研究多為非靶向的廣譜脂質檢測，靶向檢測特定脂質的研究較少。擬靶向脂質組學策略結合了靶向分析策略和非靶向分析策略的優點，通過高分辨質譜綜合可獲取脂質代謝物的一級和二級質譜信息，再從二級質譜中選擇特征脂質離子對，然后以MRM模式在串聯質譜儀器上進行離子對采集。擬靶向分析策略在中藥調脂中的應用有希望提高分析結果的覆蓋率，發現更多的潛在脂質標記物，獲取更準確的定量分析結果。針對脂質分離困難的問題，可用離子遷移質譜增強復合脂質的分離效果，增強同分異構體的分離程度，從而增強脂質的鑒定能力及脂質分析的準確性。

脂質的鑒定和量化對深入了解脂質在疾病發展中的功能具有重要意義。借助脂質組學方法，采用液相色譜質譜聯用等脂質組學方法可以在相對較短的分析時間內從總脂質提取物中直接鑒定和準確定量數百種脂質，有利于對中藥降脂作用機制進行闡釋，也可為中醫藥現代化提供全新的見解。