代謝組學(xué)在眼部疾病中的研究進(jìn)展

蔣佳璇,劉俊鵬,歐陽(yáng)珺雯,張成曉,胡 凱

0 引言

生物過程涉及基因、RNA、蛋白質(zhì)和代謝物之間的相互作用,而環(huán)境因素可以在各個(gè)層面改變生物過程,這些復(fù)雜的相互作用共同塑造了疾病的表型[1](圖1A)。“組學(xué)”是一種高通量分析生物過程的方法[2],可在各個(gè)層面追蹤生物過程的變化(圖1A)。“代謝組學(xué)”是最新發(fā)展的組學(xué)技術(shù),針對(duì)樣本中的代謝物進(jìn)行的高通量識(shí)別和定量。代謝物是質(zhì)量在50-1 500Da的小分子,是代謝過程的產(chǎn)物或底物,包括氨基酸、糖類、脂質(zhì)、有機(jī)酸等[3]。代謝組學(xué)根據(jù)檢測(cè)的范圍分為非靶向和靶向代謝組學(xué)[2]:非靶向代謝組學(xué)旨在全面檢測(cè)樣品中盡可能多的代謝物,主要用于生物標(biāo)志物的探索和發(fā)現(xiàn);靶向代謝組學(xué)專注于具有相似功能或參與相同代謝途徑的特定代謝物,主要用于驗(yàn)證非靶向研究的結(jié)果,或作為生物途徑的驗(yàn)證工具。代謝組學(xué)主要使用核磁共振(NMR)光譜和質(zhì)譜(MS)技術(shù)[4],常見的樣本來(lái)源包括血液、血清、血漿、尿液、腦脊液、實(shí)體組織和細(xì)胞等[5]。眼部疾病通常是復(fù)雜的多因素疾病,而由于血-房水屏障和血-視網(wǎng)膜屏障,眼部自身代謝組受全身環(huán)境的影響較小,因此是理想的代謝組學(xué)分析器官。眼部可用于分析的樣本包括角膜、晶狀體、視網(wǎng)膜、淚腺、眼瞼、玻璃體、房水和淚液等[6](圖1B)。其中,玻璃體是最常用的眼部組織之一,因其在手術(shù)中易于獲得,且解剖結(jié)構(gòu)靠近視網(wǎng)膜。此外,血漿或血清代謝組學(xué)也用于研究血-視網(wǎng)膜屏障受損或與全身相關(guān)的眼部疾病。代謝組學(xué)已在眼部疾病中得到廣泛應(yīng)用,Luo[7]綜述了眼基質(zhì)中代謝組學(xué)的樣本處理方法、研究進(jìn)展和生物標(biāo)志物,本文在其基礎(chǔ)上系統(tǒng)性地匯總了代謝組學(xué)在糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)、年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,ARMD)、青光眼和干眼(dry eye syndrome,DES)中的研究成果,總結(jié)了最新研究進(jìn)展中的潛在生物標(biāo)志物和代謝途徑,并對(duì)代謝組學(xué)在眼部疾病中未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。

圖1 生物過程中的組學(xué)層次及眼部代謝組學(xué)的樣本 A:代謝組是基因組轉(zhuǎn)錄、翻譯及其與環(huán)境因素相互作用的下游;B:眼部的各部分實(shí)體組織和液體均可作為代謝組學(xué)的檢測(cè)樣本。

1 代謝組學(xué)在DR中的研究進(jìn)展

DR是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥之一[8]。早期DR的特征包括微動(dòng)脈瘤、視網(wǎng)膜出血和硬性滲出物,稱為非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(non proliferative diabetic retinapathy,NPDR);晚期DR以新血管形成為特征,稱為增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(prolifertive diabetic retinapathy,PDR)。代謝組學(xué)的應(yīng)用可以識(shí)別DR中的代謝物紊亂,分析DR的診斷、分型和預(yù)后的生物標(biāo)志物,找到個(gè)性化治療的靶向代謝物。

多項(xiàng)研究已表明,糖代謝紊亂在DR中起到了關(guān)鍵作用。Barba等[9]發(fā)現(xiàn)PDR患者的玻璃體中葡萄糖、乳酸鹽和乙酸升高,而半乳糖醇和抗壞血酸降低。Haines等[10]發(fā)現(xiàn)PDR患者的玻璃體中糖酵解的下游產(chǎn)物減少,磷酸戊糖途徑產(chǎn)物增加,與氧化應(yīng)激下的變化相同。Chen等[11]發(fā)現(xiàn)血漿中11種代謝物與DR相關(guān),其中2-脫氧核糖、3,4-二羥基丁酸、赤蘚糖醇、葡萄糖酸和核糖濃度升高,而麥芽糖濃度下降;葡萄糖酸在非糖尿病個(gè)體、無(wú)DR的糖尿病患者、DR患者的血漿中逐步增加,是DR風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的潛在標(biāo)志代謝物。

嘌呤和嘧啶代謝物也被認(rèn)為是DR潛在的生物標(biāo)志物。Xia等[12-13]發(fā)現(xiàn)DR患者的血漿中四種嘌呤(腺苷、肌苷、尿酸和黃嘌呤)和三種嘧啶(胞苷、胞嘧啶和胸苷)濃度升高。Chen等[11]也發(fā)現(xiàn),胞嘧啶、胸腺嘧啶和胞苷濃度的增加與DR相關(guān),其中胞苷的曲線下面積、敏感性和特異性最高,提示胞苷可能是DR的潛在生物標(biāo)志物。

脂代謝相關(guān)研究表明,脂代謝在DR的疾病進(jìn)展中也發(fā)揮了重要作用,與炎癥穩(wěn)態(tài)失衡和血管生成有關(guān)。Schwartzman等[14]發(fā)現(xiàn)DR患者的玻璃體中花生四烯酸衍生的5-羥基二十碳四烯酸(5-HETE)的濃度增加,而抗炎性的環(huán)氧二十碳三烯酸(EET)濃度降低,提示5-脂氧合酶(5-LOX)通路參與了DR中炎癥的啟動(dòng)和放大。與此一致,Al-Shabrawey等[15]報(bào)道PDR患者的玻璃體中5-HETE、12-HETE和15-HETE的濃度增加,這些HETEs與氧誘導(dǎo)缺血性視網(wǎng)膜病變(OIR)小鼠模型中視網(wǎng)膜新生血管的形成相關(guān)。此外,Lin等[16]發(fā)現(xiàn)脂氧合酶(LOX)和細(xì)胞色素P450(CYP)催化的氧化脂質(zhì)(oxylipins)在PDR患者的玻璃體中發(fā)生顯著變化,5-HETE、12-HETE、20-HETE、20-羧基花生四烯酸(20-COOH-AA)水平升高。Zhao等[17]的最新研究也發(fā)現(xiàn)PDR患者的玻璃體中參與LOX和CYP通路的氧化脂質(zhì)受影響最大,進(jìn)一步反映了PDR中炎癥失衡的情況。Wang等[18]的最新研究則通過靶向和非靶向代謝組學(xué)的結(jié)合,發(fā)現(xiàn)PDR期患者血清中去氧膽酸和二十碳五烯酸(EPA)水平顯著低于NPDR期,可作為DR疾病進(jìn)展的代謝標(biāo)志物。

隨著代謝組學(xué)研究的進(jìn)展,精氨酸代謝和尿素循環(huán)途徑在DR中也受到了關(guān)注。Paris等[19]發(fā)現(xiàn)PDR患者的血漿中精氨酸及其相關(guān)代謝產(chǎn)物(瓜氨酸、鳥氨酸、脯氨酸)濃度增加,類似的趨勢(shì)也在OIR小鼠模型中得到驗(yàn)證。Sumarriva等[20]和Peters等[21]的最新研究也發(fā)現(xiàn)DR患者的血漿中精氨酸和瓜氨酸水平升高,與玻璃體中精氨酸和瓜氨酸水平升高相對(duì)應(yīng)。而Tomita等[22]則報(bào)道PDR患者的玻璃體中精氨酸下游的肌酸水平以及與肌酸相關(guān)的通路下調(diào),在小鼠OIR模型中,口服肌酸抑制了新生血管形成,提示補(bǔ)充肌酸可作為DR的治療以及預(yù)防方法[23]。

氨基酸和其他代謝物質(zhì)在DR中的變化也受到了最新的關(guān)注。Rhee等[24]發(fā)現(xiàn)DR患者血漿中谷氨酰胺升高、谷氨酸降低,二者及二者的比值可作為血漿中預(yù)測(cè)DR預(yù)后的生物標(biāo)志物。Jin等[25]發(fā)現(xiàn)DR患者房水中乳酸、琥珀酸、抗壞血酸和甲酸減少,天冬酰胺、異亮氨酸、二甲胺(DMA)增加。其中DMA是不對(duì)稱二甲基精氨酸(ADMA)的代謝物,通過引起NOS解耦聯(lián)來(lái)促進(jìn)氧化應(yīng)激,DR中DMA的升高與氧化應(yīng)激和內(nèi)皮功能障礙有關(guān)。高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激狀態(tài)促進(jìn)了NADPH向NADH的轉(zhuǎn)換,提高了NADH/NAD比例,使TCA循環(huán)減少、分解降低,增加了天冬酰胺和谷氨酰胺的濃度,在Ding等[26]對(duì)DR患者血漿的最新代謝組學(xué)研究中也得到了驗(yàn)證。Wang等[27]的最新研究則進(jìn)一步提出了芳香族氨基酸代謝途徑在DR患者玻璃體中的失調(diào)。

代謝組學(xué)已在DR中較為廣泛的應(yīng)用,可以鑒別DR疾病過程中發(fā)生變化的各個(gè)代謝過程和代謝物,提示DR預(yù)測(cè)、分層和預(yù)后的生物標(biāo)志物,對(duì)發(fā)現(xiàn)DR預(yù)防和個(gè)性化治療的潛在靶代謝物具有重要意義。

2 代謝組學(xué)在ARMD中的研究進(jìn)展

ARMD是發(fā)達(dá)國(guó)家老年人失明的主要原因之一[28]。ARMD的特征包括光感受器和視網(wǎng)膜色素上皮的進(jìn)行性退化,可分為新生血管型(濕性)ARMD和萎縮型(干性)ARMD。房水是ARMD代謝組學(xué)研究的主要樣本,通過代謝組學(xué)可以深入了解ARMD的發(fā)病機(jī)制,為治療ARMD提供新的方向。

能量相關(guān)的糖代謝異常是濕性ARMD的主要發(fā)病因素之一[29]。Han等[30]對(duì)ARMD患者房水中的葡萄糖代謝進(jìn)行了靶向代謝組學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)枸櫞酸和異檸檬酸升高,琥珀酸和α-酮戊二酸降低,提示糖代謝異常。進(jìn)一步的非靶向代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)[31],濕性ARMD患者的房水中有18種代謝物明顯改變,涉及氨基酸代謝、糖代謝、肉堿代謝、肌酸代謝等途徑,提示了ARMD中代謝紊亂的全貌。Liu等[32]對(duì)ARMD與白內(nèi)障患者的血清進(jìn)行代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),ARMD與磷酸戊糖途徑和線粒體電子傳遞鏈有關(guān)。

楊瀾在訪談中提起了這段經(jīng)歷，她小心翼翼地問鞏俐，經(jīng)歷了那樣悲痛的事情，回來(lái)后又要立刻拍戲，會(huì)不會(huì)有種被撕裂的感覺。鞏俐很堅(jiān)定地說(shuō)：“你拍完戲以后，回家想怎么去祭奠去哭，那是你自己的事情，但是你在有那么多人一起陪你的時(shí)候，不可以把自己的情緒帶給別人。”

脂質(zhì)代謝途徑也參與了ARMD的發(fā)生,尤其是脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的氧化應(yīng)激增加[33]。Laíns等[34]分析ARMD患者和對(duì)照組血漿的代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn),最顯著的差異出現(xiàn)在脂質(zhì)譜,其次是氨基酸和核苷酸譜。兩組間有87種代謝物差異顯著,其中大多數(shù)的代謝物(82.8%)參與了甘油磷脂代謝,支持了脂質(zhì)代謝紊亂在ARMD發(fā)病機(jī)制中的重要作用[29]。在ARMD的早期、中期和晚期,甘油磷脂的水平也有顯著不同,甘油磷脂的改變可能與ARMD中氧化應(yīng)激的激活有關(guān)[35]。肉堿是一種促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體氧化的二肽。Chao de la Barca等[36]和Mitchell等[37-38]發(fā)現(xiàn),在ARMD患者的血液樣本中長(zhǎng)鏈酰基肉堿升高,證實(shí)了ARMD中肉堿穿梭途徑的改變,提示ARMD中線粒體脂肪酸代謝發(fā)生障礙。Deng等[39]通過非靶向代謝組學(xué)在濕性ARMD患者血漿中發(fā)現(xiàn)了17種差異代謝物,其中大部分是參與ARA代謝的氧化脂質(zhì)。Acar等[40]通過對(duì)2 267例ARMD患者和4 266例對(duì)照組血清樣本的大型代謝組學(xué)分析,確定了60種與ARMD相關(guān)的代謝物,其中高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)水平升高,極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)水平降低。

氨基酸代謝紊亂也與ARMD的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。Osborn等[41]使用非靶向代謝組學(xué)在濕性ARMD患者的血漿中發(fā)現(xiàn)天冬氨酸、谷氨酰胺和苯丙氨酸水平降低、酪氨酸水平升高,提示ARMD中酪氨酸和尿素代謝失調(diào)。Luo等[42]也報(bào)道了ARMD患者血漿中氨基酸的代謝紊亂,包括N-乙酰-L-丙氨酸、L-酪氨酸、L-苯丙氨酸、L-蛋氨酸、L-精氨酸等。此外,Han等[30-31]的最新研究報(bào)道了在ARMD患者房水中谷氨酰胺降低、谷氨酸升高;Lains等[34]報(bào)道了ARMD患者和對(duì)照組之間以及ARMD各階段的患者之間血漿中的谷氨酸和谷氨酰胺水平顯著變化,提示了ARMD中神經(jīng)遞質(zhì)的供應(yīng)障礙,對(duì)視網(wǎng)膜和視覺通路至關(guān)重要,該團(tuán)隊(duì)的最新研究發(fā)現(xiàn)ARMD患者的血漿代謝組學(xué)特征與ARMD 3a臨床進(jìn)展和功能改變相關(guān)[43]。Mendez等[44]的最新研究發(fā)現(xiàn)ARMD患者血漿中與谷氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸代謝相關(guān)的氨基酸與桿截距時(shí)間(RIT)和暗適應(yīng)曲線下面積相關(guān),表明氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙可能在ARMD和視力障礙中起作用。

代謝組學(xué)在ARMD中的應(yīng)用正在快速發(fā)展,將代謝組學(xué)鑒別出的差異代謝物與ARMD已知的生物標(biāo)志物相結(jié)合,可以優(yōu)化ARMD進(jìn)展的預(yù)測(cè)模型、制定個(gè)性化的預(yù)防策略和靶向治療方法。

3 代謝組學(xué)在青光眼中的研究進(jìn)展

青光眼(glaucoma)是全球最常見的不可逆性失明病因。青光眼的主要機(jī)制是眼內(nèi)壓(IOP)升高,導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞受損,引發(fā)不可逆的視神經(jīng)損傷。原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma,POAG)是研究最廣泛的亞型,而原發(fā)性閉角型青光眼(primary angle-closure glaucoma,PACG)和原發(fā)性剝脫性青光眼(PEXG)仍缺乏大規(guī)模的組學(xué)研究[45]。

現(xiàn)有研究顯示,青光眼發(fā)病與糖代謝的改變有關(guān)。Agudo-Barriuso等[46]研究發(fā)現(xiàn),眶內(nèi)視神經(jīng)擠壓后的大鼠視網(wǎng)膜中,損傷后第14d TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物減少,而與滲透應(yīng)激(亞牛磺酸、尿素、山梨醇、肌醇和赤蘚糖醇)、氧化應(yīng)激(抗壞血酸、麥角硫因、半胱氨酸-谷胱甘肽二硫化物)和葡萄糖代謝(果糖、葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、麥芽糖)相關(guān)的代謝物增加。Mayordomo-Febrer等[47]對(duì)注射透明質(zhì)酸鈉的青光眼模型大鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),青光眼模型眼中的葡萄糖水平降低。作者認(rèn)為葡萄糖水平降低反映了前房能量供應(yīng)減少,進(jìn)而影響了小梁網(wǎng)的流出,而IOP的升高又進(jìn)一步導(dǎo)致進(jìn)入毛細(xì)血管內(nèi)的ATP減少。Pan等[48]對(duì)POAG和白內(nèi)障患者的房水樣本進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)了18種差異代謝物,涉及碳水化合物、酰基肉堿、磷脂酰膽堿、氨基酸和多胺家族等,其中潛在的生物標(biāo)志物包括2-巰基乙烷磺酸、d-赤蘚內(nèi)酯、脫氫抗壞血酸、半乳糖、甘露糖、壬二酸和利糖醇。

此外,脂質(zhì)代謝紊亂在青光眼的病理生理過程中也起到重要作用。在眶內(nèi)視神經(jīng)擠壓后的大鼠視網(wǎng)膜中,鞘氨醇和磷酸膽堿水平增加[46]。Buisset等[49]在POAG患者的房水中發(fā)現(xiàn)7種磷脂酰膽堿、1種溶血磷脂酰膽堿、1種鞘磷脂的升高,提示磷脂代謝可能是開發(fā)神經(jīng)保護(hù)療法的關(guān)鍵。Mayordomo-Febrer等[47]發(fā)現(xiàn)青光眼模型大鼠的房水中VLDL顯著上升,VLDL可以促進(jìn)纖維連接蛋白、層黏連蛋白和IV型膠原蛋白的表達(dá),從而減少細(xì)胞對(duì)小梁網(wǎng)基底膜的黏附。Burgess等[50]在POAG患者的血漿中檢測(cè)到棕櫚酰肉堿、鞘脂、維生素D相關(guān)化合物和類固醇前體的代謝過程上升,其中棕櫚酰肉堿的增加反映了線粒體脂肪酸代謝失調(diào)。Nusinovici等[51]的最新研究調(diào)查了POAG患者血液中的脂質(zhì)代謝物,研究表明總HDL3-膽固醇水平的升高與POAG發(fā)生率的降低顯著相關(guān),支持了膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)紊亂在POAG發(fā)病機(jī)制中的作用。

關(guān)于氨基酸和多胺家族的研究也揭示了青光眼的代謝特征。Buisset等[49]在POAG患者的房水中發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、羥脯氨酸、乙酰鳥氨酸含量升高,精胺、亞精胺、牛磺酸水平下降。Leruez等[52]對(duì)POAG患者血漿的檢測(cè)也發(fā)現(xiàn)了精胺和亞精胺水平的降低。牛磺酸、精胺、亞精胺均參與保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞;精胺和亞精胺的降低導(dǎo)致線粒體膜電位調(diào)節(jié)受損,提示青光眼中發(fā)生視神經(jīng)元受損和氧化應(yīng)激。Kouassi Nzoughet等[53]在POAG患者的血漿中發(fā)現(xiàn)9種濃度增加的代謝物,其中煙酰胺、N-乙酰基-L-亮氨酸和精氨酸最為顯著,與青光眼發(fā)病機(jī)制中線粒體損傷的假說(shuō)一致。Javadiyan等[54]發(fā)現(xiàn)晚期青光眼患者的血清中ADMA和對(duì)稱二甲基精氨酸(SDMA)升高。ADMA是一氧化氮合酶抑制劑,SDMA則與精氨酸競(jìng)爭(zhēng)攝取,此項(xiàng)研究結(jié)果支持了一氧化氮調(diào)節(jié)途徑作為青光眼的治療靶點(diǎn)[55]。Tang等[56]的最新研究調(diào)查了POAG患者房水和血漿中的代謝組學(xué)特征,房水中的環(huán)AMP、2-甲基苯甲酸、3’-唾液酸乳糖和血漿中的N-乳酰苯丙氨酸(N-lac-phe)是POAG的潛在生物標(biāo)志物,此外POAG的代謝特征還指向嘌呤代謝途徑的改變。

在PACG相關(guān)的研究中,Rong等[57]在PACG患者的血清樣本中發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸譜的顯著變化:棕櫚油酸和γ-亞麻酸增加,其中γ-亞麻酸水平與眼壓呈正相關(guān);亞油酸和花生四烯酸減少,與眼壓呈負(fù)相關(guān)。該研究表明長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸是與PACG相關(guān)的重要代謝產(chǎn)物,對(duì)PACG的篩查具有潛在的臨床意義。黃悅等[58]總結(jié)了基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)以及脂質(zhì)組學(xué)對(duì)PEXG生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展,目前關(guān)于PEXG代謝改變的研究相對(duì)較少,應(yīng)有更多的研究來(lái)完善PEXG的代謝生物標(biāo)志物。

綜上,糖代謝紊亂、脂代謝紊亂和其他代謝紊亂在青光眼的疾病發(fā)生中均發(fā)揮了作用,針對(duì)各種代謝損傷的潛在治療靶點(diǎn)也已被提出。需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證各型青光眼中獨(dú)特的代謝失調(diào),尋找新的生物標(biāo)志物和治療機(jī)會(huì)。

4 代謝組學(xué)在DES中的研究進(jìn)展

DES已成為一個(gè)日益嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題,全球患病率高,對(duì)其致病機(jī)制的了解仍有待深入[59]。DES是一種由淚膜不穩(wěn)定、眼表高滲狀態(tài)、眼表?yè)p傷和神經(jīng)感覺異常等多種因素導(dǎo)致的眼表疾病[60]。分析和識(shí)別DES的代謝標(biāo)志物,可為DES的診斷和治療提供新的途徑。

目前已有多項(xiàng)研究表明脂質(zhì)代謝紊亂是DES的顯著特征之一。Lam等[61]發(fā)現(xiàn)淚液中膽固醇硫酸鹽和糖鞘脂的水平與淚液的生理分泌量呈正相關(guān),而低分子量蠟酯和含有飽和脂肪酰基部分的蠟酯與DES發(fā)生呈負(fù)相關(guān),提示淚液中脂質(zhì)成分的改變可作為評(píng)估DES的指標(biāo)。激素作為脂質(zhì)組的重要組成部分之一,在DES中的作用也備受關(guān)注。Pieragostino等[62]發(fā)現(xiàn),DES女性患者的淚液中皮質(zhì)醇、4-雄烯-3,17-二酮和17-α-羥孕酮水平降低。這三種類固醇的聯(lián)合測(cè)定顯示出良好的診斷能力,提示淚液類固醇有望成為在DES診斷的潛在指標(biāo)。Vehof等[63]發(fā)現(xiàn)DES患者的血清雄激素水平降低,其中硫酸雄酮、硫酸表雄酮與DES的相關(guān)性最強(qiáng)。雄激素缺乏在DES的病理過程中起到作用,并有望成為生物標(biāo)志物[64],已經(jīng)進(jìn)行的臨床試驗(yàn)證實(shí)雄激素可以緩解DES相關(guān)癥狀并增加淚液分泌,支持了雄激素治療DES的潛力[65]。

除脂質(zhì)代謝外,DES的其他代謝特征也得到了廣泛的研究。Galbis-Estrada等[66]分析了DES患者的反射性淚液的代謝組學(xué)變化,發(fā)現(xiàn)膽固醇、N-乙酰氨基葡萄糖、谷氨酸、肌酸、氨基正丁酸、膽堿、乙酰膽堿、精氨酸、磷酸乙醇胺、葡萄糖和苯丙氨酸等代謝物水平均有不同程度的變化,這些代謝物的改變有助于區(qū)分DES的不同亞型,推進(jìn)對(duì)發(fā)病機(jī)制的了解和治療方法的改進(jìn)。Lee等[67]使用1H-NMR測(cè)定了大鼠干眼模型中血漿和尿液的內(nèi)源性代謝物。對(duì)照組和DES組大鼠之間的血漿代謝物變化未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著意義;尿液中的苯丙氨酸、苯乙酸鹽、泛酸酯、甘氨酸、琥珀酸鹽、甲醇、纈氨酸、丙二醇、組氨酸、蘇氨酸、乳酸和乙酸鹽則存在顯著差異。Chen等[68]通過蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)綜合分析確定了在DES患者淚液中顯著表達(dá)的190種蛋白質(zhì)和34種代謝物,主要與免疫和炎癥途徑相關(guān),糖酵解、糖異生和氨基酸代謝途徑也參與了DES的疾病進(jìn)展。Chen等[69]的最新研究中,通過基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像(MALDI-MSI)測(cè)定了大鼠特定眼部區(qū)域(中央角膜、周圍角膜、穹窿結(jié)膜、眼瞼結(jié)膜和房水)的代謝物,綜合通路分析表明在大鼠干眼組織的特定區(qū)域,甘油磷脂、鞘脂苯丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸等代謝途徑發(fā)生了顯著改變,提示了具有時(shí)空特征的代謝途徑參與DES的過程,是代謝組學(xué)探究DES疾病進(jìn)展的新方向。

綜上,代謝組學(xué)在DES中的研究拓展了目前對(duì)DES代謝標(biāo)志物的認(rèn)識(shí),為DES的治療提供了新的潛在靶點(diǎn)。代謝組學(xué)在DES疾病中仍有較大的研究空間,以淚液為檢測(cè)樣本的代謝組學(xué)研究,因其非侵入的采集過程,可用于大規(guī)模的臨床研究,是DES和其他眼表疾病代謝組學(xué)研究的新方向。

5 總結(jié)和展望

代謝組學(xué)在眼部疾病的研究中顯現(xiàn)出巨大的潛力,為深入了解正常眼部組織的代謝以及各種疾病的發(fā)病機(jī)制提供了新的途徑。目前,已發(fā)表的關(guān)于這四種眼部疾病代謝組學(xué)的各自研究已經(jīng)很多了,本文主要對(duì)各疾病已有的重大研究進(jìn)展按代謝途徑進(jìn)行了梳理,為廣大臨床和科研工作者提供代謝組學(xué)在眼部疾病中的研究背景和研究思路,其具體的發(fā)病機(jī)制和詳盡的生物標(biāo)志物,需要聚焦在各個(gè)疾病進(jìn)行更系統(tǒng)的綜述(表1)。

表1 近3 a代謝組學(xué)在四種眼部疾病中的代表性研究匯總

同時(shí),代謝組學(xué)的廣泛應(yīng)用還存在一些限制和挑戰(zhàn):(1)盡管眼睛是代謝組學(xué)研究的理想器官,但樣本的獲取并不容易。采集眼部組織樣本通常需要侵入性手術(shù),而對(duì)照樣本通常只能從接受眼部手術(shù)的患者獲得,限制了臨床代謝組學(xué)研究的樣本數(shù)量。(2)眼部疾病具有很大的異質(zhì)性,地域、種族等因素對(duì)代謝組學(xué)研究結(jié)果的解釋和推廣影響很大;代謝組學(xué)涉及多種技術(shù)平臺(tái)和數(shù)據(jù)處理方法,需要更多的標(biāo)準(zhǔn)化工作以確保分析結(jié)果的一致性和可比性。(3)代謝組學(xué)分析產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),而代謝物參與的代謝途徑復(fù)雜多樣,因此確定代謝物變化對(duì)特定途徑的影響,以及解釋這些變化的生物學(xué)意義也是巨大的挑戰(zhàn)。

充分發(fā)揮代謝組學(xué)在眼部疾病研究中的潛力,需要更多的樣本、更長(zhǎng)的隨訪時(shí)間,以及更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證。同時(shí),多組學(xué)整合是一個(gè)重要的方向,通過整合代謝組學(xué)、基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等多個(gè)層次的數(shù)據(jù),可以提供更全面的信息,以加深對(duì)生物過程的理解。

代謝組學(xué)在眼部疾病的生物標(biāo)志物鑒定、疾病預(yù)測(cè)和早期診斷、預(yù)防策略測(cè)定和治療靶點(diǎn)的確定等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。眼科學(xué)領(lǐng)域的代謝組學(xué)研究目前仍處于相對(duì)初期階段,但有望成為未來(lái)眼部疾病研究和治療的有力工具。