脂質組學在自身免疫性疾病中的應用進展

武丹彤，張月，常亞娟，艾民

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院檢驗科，哈爾濱 150040； 2.黑龍江中醫(yī)藥大學教育部北藥基礎與應用研究重點實驗室，哈爾濱 150040)

自身免疫性疾病(autoimmune diseases，AID)是指由一系列遺傳、環(huán)境、激素和代謝等因素相互作用而導致的自身免疫系統(tǒng)自穩(wěn)功能異常，機體對自身抗原耐受性喪失，同時促進慢性炎癥，從而導致多器官組織損傷的高度異質性疾病[1]。目前，其臨床診斷主要基于患者的癥狀描述、臨床醫(yī)師體征觀察和檢驗指標。檢驗項目主要包括抗核抗體、免疫球蛋白及補體、血常規(guī)和紅細胞沉降率等[2-3]。脂質組學是以基因組學、蛋白質組學和代謝組學為代表的組學研究中的最新成員，是近年快速發(fā)展的新領域。脂質組學技術可鑒定和量化生物體內的脂質分子水平，而脂質代謝產物變化反映機體生理病理狀況，故可應用于探究疾病發(fā)病機制和尋找其潛在靶點、發(fā)現(xiàn)疾病早期診斷和預后的潛在生物標志物等方面[4]。隨著對AID研究的深入，已有大量研究表明脂質代謝紊亂與AID的發(fā)生發(fā)展有關[5-8]。未來，脂質組學有望成為篩選AID新靶點的有效途徑，從而輔助AID臨床診斷和治療[9]。此外，由于脂質結構的復雜性和多樣性，現(xiàn)階段脂質組學在脂質提取分離、樣品分析和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)仍需要不斷改進[10]?，F(xiàn)就脂質組學在AID中的應用進展予以綜述，以期拓展脂質組學在AID相關研究中的思路。

1 脂質組學概述

脂質是細胞膜和脂質顆粒的重要組成部分，參與物質運輸、信號轉導、分子識別和能量儲存等，脂質分類系統(tǒng)基于酮?；彤愇於┗鶊F的存在將脂質分為八類：脂肪酸類、甘油酯類、甘油磷脂類、鞘脂類、固醇脂類、糖脂類、孕烯醇酮脂類和多聚乙烯類[11]。

脂質組學是對生物體內脂質進行系統(tǒng)分析的一門新興學科，通過比較不同病理生理狀態(tài)下體內所有脂質小分子代謝物的變化，識別代謝調控中關鍵的脂質生物標志物，揭示脂質在機體生理病理變化中的作用機制[12]。自2003年脂質組學學科出現(xiàn)以來，不斷發(fā)展的分析技術極大地推動了該領域的發(fā)展。脂質組學可與轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學等技術相結合，多組學聯(lián)合分析的生物標志物可應用于疾病發(fā)病機制、診斷和分期、藥物治療等研究領域。脂質組學的主要分析技術為液相色譜-質譜和氣相色譜-質譜，其研究流程主要包括樣本采集后進行脂質提取分離、脂質提取物在質譜儀中進行分析，以及將獲得的數(shù)據(jù)進行生物信息學和統(tǒng)計學分析[13-14]。

脂質在許多生物過程中均起至關重要的作用，脂質代謝異常參與機體代謝、免疫調節(jié)和炎癥等過程，與多種疾病的發(fā)生和病情進展密接相關[15]。目前，脂質組學技術已應用于肝腎疾病及腫瘤等的病理機制和生物標志物的研究[16-19]。

2 AID與脂質代謝

AID發(fā)病機制復雜，往往是多種機制共同作用的結果，目前其病因尚未完全清楚。脂質代謝異?？捎绊懠毎g和細胞內信號轉導以及免疫應答調節(jié)過程，有證據(jù)表明脂質代謝可能與AID的發(fā)生發(fā)展密切相關[20-21]。AID主要分為器官特異性AID和系統(tǒng)性AID。其中，器官特異性AID主要指抗原在特定器官中表達，激活自身抗體導致特定器官組織損傷，主要包括1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)、重癥肌無力、自身免疫性肝炎等。系統(tǒng)性AID指針對分散在整個機體中的自身抗原產生自身免疫反應，最終導致廣泛的組織損傷，主要包括類風濕關節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)、系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)、強直性脊柱炎等[22]。

飲食、病毒感染、環(huán)境因素等導致脂質代謝異常，刺激機體自身免疫級聯(lián)反應，引起AID。其中，T1DM患者會出現(xiàn)血脂異常和高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)功能障礙，血漿中三酰甘油、磷脂酰膽堿、鞘磷脂和神經酰胺水平下降[23]。與T1DM類似，SLE與動脈粥樣硬化、冠心病等之間存在緊密聯(lián)系，SLE患者的血清總膽固醇(total cholesterol，TC)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)和三酰甘油水平升高，HDL水平下降[24]。另一種與脂質代謝異常相關的AID為RA，RA患者HDL和TC水平顯著降低、LDL水平升高，TC/HDL和LDL/HDL比值均增加，表明疾病活動性與脂蛋白水平之間存在相關性[25]。此外，研究表明低脂飲食或服用降脂類藥物可有效緩解自身免疫癥狀[26]。

在T1DM、SLE和RA患者中發(fā)現(xiàn)的脂蛋白模式異常改變表明脂質代謝失調參與AID的發(fā)生進展，且通常會增加患者心血管疾病的發(fā)生風險并加重病情。因此，探究脂質代謝途徑在AID中的發(fā)病機制可為其治療提供新思路。

3 脂質組學與AID

鑒于脂質代謝與AID的密切關系，脂質組學技術通過對大量脂質進行非靶向定性分析和靶向定量檢測，在AID潛在機制、早期診斷和藥物療效等方面具有巨大的應用前景。

3.1脂質組學與T1DM T1DM是一種由先天性和適應性免疫系統(tǒng)相互作用導致胰島β細胞破壞、胰島素分泌不足，從而導致血糖水平升高的慢性AID，患者需要終生依賴胰島素，且容易出現(xiàn)多種嚴重的并發(fā)癥[27]。

脂肪組織通過脂肪分解釋放出的游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)是一種重要的能量來源，血漿FFA水平和分布改變會導致胰島素抵抗和凝血功能增強，參與心血管疾病的發(fā)展。近期一項研究應用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術對44例T1DM患者和44名健康對照者血漿中的FFA種類和水平進行檢測，發(fā)現(xiàn)T1DM組的血漿總FFA、總飽和FFA、總不飽和FFA、總n-6 FFA和總n-3 FFA的水平較對照組下降，且與糖化血紅蛋白水平呈負相關[28]。同時，T1DM組飽和/不飽和FFA及n-3 FFA/n-6 FFA比例較高，血漿FFA中肉豆蔻酸、棕櫚油酸酯、棕櫚酸酯等水平降低。不同F(xiàn)FA具有不同的功能，如長鏈脂肪酸會影響細胞膜的通透性和流動性，多不飽和脂肪酸下調促炎細胞因子發(fā)揮抗炎作用等，T1DM患者血漿FFA譜變化的確切機制目前尚不清楚。Overgaard等[29]通過液相色譜-電噴霧電離-串聯(lián)質譜技術對123例青少年T1DM患者在診斷后的第1、3、6和12個月的血漿進行脂質組學研究。結果表明，在診斷1個月時膽固醇、二酰甘油和三酰甘油水平與 1～6個月的C肽水平變化有關。脂質組學是研究T1DM病情發(fā)展的新興技術，在疾病發(fā)展的不同階段脂質組學評估的指標有望更好地了解脂質代謝失調對β細胞破壞的影響。

鞘脂是一類由鞘氨醇主鏈組成的脂質，它是細胞膜的關鍵成分，并可調節(jié)細胞凋亡、增殖等細胞生物過程。此外，鞘脂代謝物(如糖鞘脂和神經酰胺)可促進胰島素抵抗、調節(jié)胰島β細胞功能，在T1DM中具有重要作用[30]。Holm等[31]分離T1DM患者的胰島進行檢測，發(fā)現(xiàn)與鞘脂代謝相關的13個基因表達量下降，這些參與鞘脂代謝的基因與T1DM的遺傳易感性和發(fā)病相關。糖尿病腎病是糖尿病患者的主要并發(fā)癥之一，而脂質代謝途徑異常與糖尿病腎病的發(fā)展密切相關。有學者對432例T1DM患者進行血漿鞘脂分析，通過高效液相色譜-串聯(lián)質譜技術對己糖基神經酰胺和乳糖基神經酰胺進行檢測以評估血漿鞘糖脂是否可以預測糖尿病腎病的發(fā)病情況，結果發(fā)現(xiàn)T1DM患者腎小球濾過率下降趨勢與己糖神經酰胺水平升高顯著相關[32]。以上研究表明，脂質組學在T1DM鑒別診斷和病情監(jiān)測方面具有一定潛力。

3.2脂質組學與RA RA是一種好發(fā)于中老年女性的慢性炎性AID，病變主要侵及小關節(jié)，關節(jié)損傷日益嚴重，最后導致不同程度的關節(jié)功能障礙和畸形，同時在臨床常伴有全身性影響，如血脂和血壓升高，并增加心血管疾病發(fā)生風險[33-34]。

有研究使用液相色譜-質譜技術對124例RA患者和56名健康對照者進行脂質組學分析，以評估FFA水平及其與臨床檢測指標的相關性。結果表明，兩組血清總FFA水平相似，但RA患者血清中的棕櫚酸(16∶0)、棕櫚油酸(16 ∶1w7)、油酸(18∶1w9)和花生四烯酸(20∶4w6)水平下降，且發(fā)病持續(xù)時間與硬脂酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、花生四烯酸等呈正相關[35]?；ㄉ南┧岷蛠営退岬难趸a物可增加LDL氧化，并抑制HDL功能。有學者通過液相色譜-串聯(lián)質譜技術檢測RA患者血漿和滑膜液中花生四烯酸和亞油酸的氧化產物[5-羥基二十碳四烯酸(hydroxyeicosatetraenoic acid，HETE)、12-HETE、15-HETE、9-羥基十八碳二烯酸(hydroxyo-ctadecadienoic acid，HODE)和13-HODE]水平，結果表明活動期RA患者5-HETE、15-HETE、9-HODE和13-HODE水平顯著升高。且活動期RA患者脂蛋白中的氧化脂肪酸積累增加，從而導致HDL功能受損和動脈粥樣硬化發(fā)生風險增加[36]。萊姆關節(jié)炎(Lyme arthritis，LA)是一種繼發(fā)于伯氏疏螺旋體感染的慢性炎癥性關節(jié)炎，它與RA臨床癥狀類似,但后續(xù)疾病治療方法不同。uczaj等[37]使用液相色譜-質譜聯(lián)用技術對9例RA患者、9例LA 患者和9名健康志愿者的血漿進行脂質組學分析。在三組血漿中鑒定出114種磷脂，其中三組的磷脂譜比較差異有統(tǒng)計學意義，且LA患者血漿中的溶血磷脂酰膽堿(14∶0)和溶血磷脂酰乙醇胺(14∶0)水平高于RA患者；溶血磷脂酰膽堿和溶血磷脂酰乙醇胺與磷脂代謝密切相關并參與炎癥反應[38]。這些結果為闡明RA和LA發(fā)生發(fā)展的相關機制及今后探索相關疾病的新型診斷標志物奠定了基礎。

3.3脂質組學與其他AID 銀屑病是一種常見的慢性炎性皮膚病，病程較長、易復發(fā)，主要累及皮膚和關節(jié)[39]。一項研究應用超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿質譜技術對45例銀屑病患者和45名健康志愿者的血漿樣本進行非靶向脂質代謝物特征分析，并應用酶聯(lián)免疫吸附試驗對差異表達的脂質進行檢測。結果表明，銀屑病患者血漿中溶血磷脂酸、溶血磷脂酰膽堿和磷脂酸水平升高，磷脂酰肌醇和磷脂酰膽堿水平下降[40]。SLE是臨床常見的全身AID，多見于育齡期女性，以關節(jié)、皮膚、腎臟和血管等多器官損傷為特征；此外，SLE患者患動脈粥樣硬化和心血管疾病的風險增加[41]。研究表明，SLE患者磷脂水平變化明顯，其中脂肪酸和鞘脂水平降低，這可能與氧化代謝增強有關；與健康對照者相比，SLE患者血清中縮醛磷脂酰乙醇胺種類顯著減少，氧化應激標志物4-羥基壬烯醛水平升高[42]。此外，有學者使用超高效液相色譜對230例干燥綜合征患者和240名健康對照的血清樣本進行脂質組學分析，發(fā)現(xiàn)干燥綜合征代謝紊亂可能與脂質氧化、脂肪酸氧化和能量代謝有關，患者血清中的磷脂酰膽堿(18∶0/22∶5)和甘油三酸酯(16∶0/18∶0/18∶1)水平升高，?；鈮A(12∶0)水平下降[43]。這進一步闡明脂質調節(jié)對各種AID患病風險的影響至關重要。

4 小結與展望

脂類在許多細胞內和細胞間信號通路中起關鍵作用并可以維持細胞和組織穩(wěn)態(tài)，調節(jié)細胞增殖、凋亡、血管生成和炎癥等多種生物學過程。脂質代謝可以直接或間接地反映脂質與細胞、組織和機體的相互作用以及生理病理狀況[44]。AID與血脂異常有關，脂質種類和水平變化參與T1DM、RA和SLE等AID發(fā)病機制[45]。AID的臨床癥狀隱匿或與其他疾病的癥狀相似，目前臨床相關檢測項目在特異性和敏感性上尚存在諸多不足；AID屬于慢性疾病，缺乏有效的診斷,造成患者不能及時進行有效治療[46]。而脂質組學通過比較不同生理或病理狀態(tài)下脂質代謝的變化反映機體功能狀態(tài)，在AID的應用中具有廣闊前景。

盡管近年來取得了巨大進步，但目前脂質組學研究尚處于起步階段。脂質組學的臨床應用還存在諸多問題亟待解決：①鑒于脂質化學成分和結構復雜性及相關檢測分析手段的局限性，脂質組學領域的研究落后于其他組學。脂質組學技術在樣本制備、檢測流程和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)需要做到標準化、自動化和批量化。檢驗前樣本處理是影響檢驗結果的重要因素之一，目前脂質組學分析對樣本處理要求較高，研究表明如果樣品在室溫下放置時間過長許多酶促和化學反應將繼續(xù)進行，造成結果分析時存在誤差[22,47]。②AID發(fā)病機制復雜，要實現(xiàn)對AID中脂質組學進行精確和全面的評估并將其與其他組學進行聯(lián)合分析，以達到多組學數(shù)據(jù)整合并相互補充驗證，需今后不斷發(fā)展和改進相關數(shù)據(jù)挖掘平臺和生物信息資源[48]。③目前針對AID的脂質組學的研究相對較少，其檢測篩選的潛在生物標志物需在臨床應用中反復驗證。今后需要進一步的大型人群隊列研究充分驗證脂質代謝變化并確定靶向生物標志物，從而應用于AID早期診斷、監(jiān)測疾病發(fā)展和評估治療效果。