王 磊，沈江立 綜述，李 娜△ 審校

1.呼倫貝爾市中蒙醫(yī)院肛腸科，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021099；2.咸陽市中心醫(yī)院肛腸科，陜西咸陽 712000

潰瘍性結(jié)腸炎(UC)是一種慢性、非特異性、炎癥性腸道疾病[1]，通常病變從直腸開始，呈連續(xù)性、彌散性分布，可延伸累及至結(jié)腸近端的不同部位[2]。UC以復(fù)發(fā)交替的腹痛、腹瀉、黏液膿血便、里急后重等為典型臨床表現(xiàn)，還可伴有乏力、食欲減退、發(fā)熱等全身癥狀及關(guān)節(jié)病變(中軸型和外周型關(guān)節(jié)病變)、代謝性骨病、凝血功能異常等的腸外表現(xiàn)[1,3]。長期的炎癥可導(dǎo)致UC癌變及結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)腸癌的出現(xiàn)[4]。近年來，UC的發(fā)病率和患病率呈上升趨勢，已被世界衛(wèi)生組織(WHO)列入國際難治性疾病和終身性疾病名錄。歐美等發(fā)達國家UC的發(fā)病率為(8～14)/100 000，患病率則高達(120～200)/100 000；據(jù)報道，我國UC患病率約為11.6/100 000，北方地區(qū)發(fā)病率(1.64/100 000)與南方地區(qū)相比(2.05/100 000)略低[5]。UC發(fā)生與遺傳易感性、環(huán)境因素及心理因素等多因素密切相關(guān)，其發(fā)病機制與腸道免疫失衡、神經(jīng)內(nèi)分泌功能、腸黏膜屏障損傷等有關(guān)[6]。

隨著以高通量分析檢測為特征的組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出代謝組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、表觀基因組學(xué)、微生物組學(xué)、影像組學(xué)、宏基因組測序技術(shù)等現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)。這些新技術(shù)可在不同層面上反映生物體特征，揭示分子的復(fù)雜性，用于全面了解人類健康與疾病、生理與病理的內(nèi)在關(guān)系，以及藥物作用相關(guān)分子機制[7]。本文將對組學(xué)技術(shù)在UC領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀做一綜述。

1 代謝組學(xué)在UC疾病領(lǐng)域研究中的應(yīng)用

1.1代謝組學(xué)在UC的研究現(xiàn)狀 自從NICHOLSON等[8]在1999年首次提出代謝組學(xué)概念以來，代謝組學(xué)主要通過核磁共振和質(zhì)譜技術(shù)定性和定量分析目標(biāo)生物體受內(nèi)/外部生理刺激或遺傳基因修飾的內(nèi)源性物質(zhì)-代謝產(chǎn)物隨時間的多元動態(tài)變化參數(shù)，以期尋找與疾病或藥物相關(guān)的差異代謝產(chǎn)物[9-10]。臨床研究標(biāo)本多為UC患者的血液、尿液或者糞便標(biāo)本，具有標(biāo)本輕松易得、取樣操作簡便等優(yōu)點。耿曙光等[11]通過氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)檢測正常大鼠和UC大鼠結(jié)腸病變部位黏膜組織的代謝組學(xué)特征，結(jié)果得到9種差異性代謝產(chǎn)物，其中尿苷、腺嘌呤、胞嘧啶、甘氨酸、乳酸5種代謝物在UC模型組中明顯，?；撬?、蘇氨酸、甘露糖、β-丙氨酸4種代謝物明顯低于對照組，可作為UC早期臨床診斷的生物標(biāo)志物。DIAB等[12]采用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜(GC-TOF-MS)和超高效液相色譜-質(zhì)譜(UHPLC-MS)聯(lián)用技術(shù)進行代謝組學(xué)分析，檢測UC患者和健康志愿者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從50條代謝通路中共鑒定出177個差異代謝產(chǎn)物，其中研究組差異明顯的代謝物是溶血磷脂酰膽堿、?；鈮A和氨基酸，可導(dǎo)致腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡。SUN等[13]對UC患者活動期(23例)、非活動期(25例)及對照組(30例)的糞便和血漿標(biāo)本分別進行16S rRNA測序測序和液相色譜質(zhì)譜(LC-MS)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)活動期UC組血漿氧化三甲胺水平明顯高于非活動期，鞘脂代謝是富集顯著的通路之一，因此磷酸鞘氨醇可能成為治療UC的新靶點。

1.2代謝組學(xué)在UC治療中的研究發(fā)現(xiàn) 代謝組學(xué)在尋找新的早期疾病診斷、發(fā)病機制、藥效機制及預(yù)后生物標(biāo)志物等方面作用顯著。徐霞等[14]通過超高效液相色譜-四級桿-飛行時間質(zhì)譜法檢測健康大鼠組、脾虛濕困型UC模型大鼠(中藥未干預(yù))及脾虛濕困型UC模型大鼠給予參苓白術(shù)藥物干預(yù)的血漿標(biāo)本，結(jié)果發(fā)現(xiàn)參苓白術(shù)散對脾虛濕困UC組大鼠的治療作用可能為抑制核因子-κB(NF-κB)信號通路表達，激活法尼醇X受體(FXR)受體、氧化應(yīng)激和細胞色素P450表達，從而下調(diào)促炎因子的表達，改善緩解腸道病變炎癥狀態(tài)。馬光朝等[15]采用高效液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)檢測正常小鼠組、DSS模型組、雷公藤甲素治療組血清標(biāo)本，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，UC模型組小鼠和正常組小鼠血清代謝譜發(fā)生明顯改變，鑒定出膽酸、?；悄懰帷ⅨZ去氧膽酸、瓜氨酸、順式烏頭酸、γ-胍丁酸、乙酰膽堿、3,6-脫水半乳糖等15個差異代謝物，其機制可能與調(diào)節(jié)初級膽汁酸生物合成、精氨酸和脯氨酸代謝等代謝通路有關(guān)。

2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在UC研究中的進展?fàn)顩r

2.1轉(zhuǎn)錄組學(xué)對UC的研究 轉(zhuǎn)錄組廣義上指在某一生理條件下，細胞內(nèi)所有轉(zhuǎn)錄組產(chǎn)物的集合，包括mRNA、ncRNA、rRNA等；狹義上指所有mRNA的集合[16]。主要用于基因測序、表達譜分析、治療藥物篩選、疾病診斷和預(yù)測有效基因篩選等方面。通過分析表達基因，進一步揭示機體生理、病理狀態(tài)及疾病的發(fā)生、發(fā)展之間的內(nèi)在聯(lián)系[17]。TAMAN等[18]利用測序技術(shù)對UC患者和健康對照者進行轉(zhuǎn)錄組測序，結(jié)果得到1 480個差異基因，其中MUC5B、REG3A、DEFA5和IL33可能是男性UC患者并發(fā)結(jié)直腸癌(CRC)的危險因素，AQP9在UC調(diào)控組織特異性生理作用，也揭示了UC發(fā)病機制中新的潛在因素。王家豐等[19]利用二代測序技術(shù)對UC患者進行轉(zhuǎn)錄組測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)攜帶HMGB1基因chr13-31127905位點突變型等位基因的個體患UC的風(fēng)險明顯高于未攜帶者(P=0.017,OR=0.357,95%CI:0.157～0.812)，有望成為臨床中早期UC診斷篩查生物標(biāo)志物。

2.2轉(zhuǎn)錄組學(xué)在UC治療中的應(yīng)用 轉(zhuǎn)錄組學(xué)可快速、全面獲得生物個體特定條件下全部表達譜基因轉(zhuǎn)錄信息，符合中醫(yī)研究所注重的整體觀，全面、客觀、科學(xué)、系統(tǒng)地闡述中藥單體及復(fù)方多靶點、多通路復(fù)雜作用的機制。馬克龍等[20]通過高通量轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)研究白念珠菌定植的UC小鼠模型給予三黃湯干預(yù)后療效機制，結(jié)果顯示三黃湯組與模型組相比，篩選到383個差異表達基因顯著富集于NOD樣受體信號通路，表明作用機制可能與調(diào)控NOD樣受體信號通路密切相關(guān)。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)在UC研究中的應(yīng)用

3.1蛋白質(zhì)組學(xué)在UC領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀 蛋白組學(xué)由澳大利亞的WILIKINS等[21]于1994年在意大利國際會議上首次提出，是指通過多種方式全方位多層次研究蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的表達水平，翻譯后修飾狀態(tài)，蛋白質(zhì)相互作用方式和內(nèi)在聯(lián)系；生理/病理狀態(tài)下表達差異，以及疾病特定狀態(tài)下生物標(biāo)志物動態(tài)變化表達數(shù)量，從整體水平上探究特定生物體所有蛋白質(zhì)組成、氨基酸序列和調(diào)控規(guī)律。蛋白質(zhì)組學(xué)研究經(jīng)典核心技術(shù)還是以雙向凝膠電泳、質(zhì)譜MS技術(shù)和蛋白質(zhì)生物信息學(xué)技術(shù)為主。HORIE等[22]通過雙向凝膠電泳、質(zhì)譜技術(shù)對活動期和非活動期UC患者活檢標(biāo)本進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析篩選，發(fā)現(xiàn)與非活動期UC患者相比，活動期UC患者過氧化物還原酶1(PRDX1)表達增加，同時UC患者黏膜隱窩上皮細胞中PRDX1和硫氧還蛋白(Trx)的表達與炎癥分級呈正相關(guān)。BENNIKE等[23]將UC患者和對照組經(jīng)內(nèi)鏡取結(jié)腸黏膜非炎癥活檢組織，采用高通量無凝膠定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)活檢組織中鈣衛(wèi)蛋白和乳糖轉(zhuǎn)鐵蛋白與活檢組織炎癥程度相關(guān)。

3.2蛋白質(zhì)組學(xué)在UC治療中的應(yīng)用 通過分析藥物治療前后蛋白表達水平的差異，有助于從整體角度全面分析中藥多靶點、多通路、多成分的藥效機制，符合中醫(yī)整體觀念的基本思想[24]。王婷婷等[25]在空白組、UC模型組、四逆湯治療UC大鼠組中分別采用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對遠端結(jié)腸組織篩選差異表達蛋白進行檢測，結(jié)果顯示四逆湯組篩選出78個與UC相關(guān)的差異蛋白，其核心蛋白共篩選出C反應(yīng)蛋白、Ⅻ型膠原蛋白α1(COL12A1)等16個關(guān)鍵蛋白，通過驗證確定C反應(yīng)蛋白及COL12A1為四逆湯干預(yù)UC的潛在關(guān)鍵靶點。

4 基因組學(xué)在UC研究中的應(yīng)用

基因組學(xué)以生物體內(nèi)所有基因為研究對象，闡述全基因組的結(jié)構(gòu)、組成、存在方式、表達調(diào)控模式，基因定位與功能分析，基因間相互作用，以及全基因組在生物體生理、病理過程中的內(nèi)在作用規(guī)律與外部影響機制。常用研究方法有脈沖場凝膠電泳、毛細管電泳、基因芯片技術(shù)、全基因組測序等。趙芯梅[26]對UC患者(同一部位反復(fù)活動期、靜止期共29例)通過基因組學(xué)技術(shù)，比較同一患者、同一部位、不同時期(活動期、靜止期和復(fù)發(fā)活動期)mRNA表達差異，結(jié)果得到UC活動期、靜止期差異表達基因1 732個，其中上調(diào)基因主要與炎癥反應(yīng)、CRC癌基因和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)有關(guān)；下調(diào)基因主要與CRC抑癌基因和過氧化物酶增殖物激活受體(PPAR)有關(guān)；同時發(fā)現(xiàn)，UC活動期及靜止期中細胞周期、凋亡相關(guān)基因顯著上調(diào)，細胞連接相關(guān)基因明顯下調(diào)。

5 表觀遺傳學(xué)在UC研究中的應(yīng)用

表觀遺傳學(xué)是指基因的核苷酸序列未改變，基因功能表達了可遺傳信息的變化，從而使表型發(fā)生改變。表觀遺傳學(xué)正是通過DNA甲基化、組蛋白修飾、ncRNA調(diào)控等多種調(diào)控基因表達介導(dǎo)UC易感基因與環(huán)境因素的相互作用，與UC的發(fā)病機制及疾病的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切[27]。李春曉[28]通過對UC患者與健康人群結(jié)直腸上皮組織標(biāo)本進行IHC實驗發(fā)現(xiàn)，與對照組相比UC患者結(jié)腸上皮中的組蛋白H3乙酰化水平明顯下降，而且與疾病嚴(yán)重程度(蒙特利爾分級)呈明顯負(fù)相關(guān)；通過構(gòu)建體外細胞(HCT116、Caco-2細胞)、TNBS誘導(dǎo)小鼠腸炎模型均發(fā)現(xiàn)組蛋白H3乙?；皆隗w外細胞系及體內(nèi)動物模型中，較健康小鼠均顯著減少，表明結(jié)直腸炎癥組蛋白H3乙?；绞艿揭种朴嘘P(guān)。

6 腸道菌群檢測的組學(xué)技術(shù)在UC研究中的應(yīng)用

腸道菌群是宿主胃腸道內(nèi)寄居并與之共生的數(shù)以萬計微生物群體(細菌、真菌、病毒)的總稱，定植在人體(宿主)腸道內(nèi)的菌群數(shù)量達1013～1014個，種類多達500多種，組成復(fù)雜多樣的微生態(tài)系統(tǒng)，因此也被稱為人類第二基因組。腸道菌群大致分為三類：益生菌(如雙歧桿菌、乳酸菌等)、條件致病菌(如大腸埃希菌、腸球菌、腸桿菌等)和有害菌(如沙門氏菌等)。腸道內(nèi)各種菌群相互依存、相互制約，通過多種生理功能(屏障功能、免疫功能、代謝與營養(yǎng)功能)維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定，保證腸道生理功能正常運行。如果腸道菌群處于紊亂狀態(tài)時(菌群數(shù)量和比例失調(diào)、致病菌增多)，生理功能動態(tài)失衡，破壞腸道黏膜屏障，免疫功能紊亂，菌群代謝產(chǎn)物異常，誘發(fā)了UC患者的腸道局部炎癥反應(yīng)[29]。楊龍等[30]通過采集口服美沙拉嗪對照組、口服參苓白術(shù)散治療組和健康組志愿者的糞便進行DNA測序及生物信息學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比于對照組及健康組，參苓白術(shù)散治療組中參苓、白術(shù)較能夠促進益生菌(雙歧桿菌、乳桿菌)生長，抑制致病菌增殖(腸桿菌、腸球菌、梭菌、擬桿菌)，上調(diào)腸道微生物雙歧桿菌與腸桿菌的數(shù)量比例，從而起到抗炎、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，促進腸黏膜潰瘍愈合的作用。梁艷妮等[31]將UC小鼠分為對照組、模型組、柳氮磺胺吡啶干預(yù)組、靛玉紅干預(yù)組(低、中、高劑量)，通過16S rRNA高通量測序檢測UC小鼠腸道內(nèi)容物，高通量測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)靛玉紅治療UC，可能與恢復(fù)UC小鼠腸道菌群中擬桿菌門與厚壁菌門的比例密切相關(guān)。

7 多組學(xué)聯(lián)合在UC研究中的應(yīng)用

UC發(fā)病機制十分復(fù)雜，單一組學(xué)檢測技術(shù)(基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、表觀遺傳組學(xué)等)無法全面系統(tǒng)地揭示UC疾病發(fā)展過程，而從不同層次描述細胞內(nèi)的生命活動各個環(huán)節(jié)的多組學(xué)技術(shù)的聯(lián)合運用，有助于從多方面、多角度闡述UC發(fā)病機制，將為研究UC發(fā)生、發(fā)展更為高效的方法[32]。MILLS等[33]通過對UC患者糞便標(biāo)本進行16S rRNA、宏基因組、代謝組學(xué)、宏蛋白質(zhì)組學(xué)測序，確定擬桿菌蛋白酶是提示疾病嚴(yán)重程度的標(biāo)志物之一。馬琪[34]將白頭翁湯干預(yù)濕熱型UC大鼠，利用代謝組學(xué)技術(shù)(UPLC-Q/TOF-MS/MS)檢測UC大鼠不同造模階段與空白對照組的尿液標(biāo)本差異代謝物，篩選白頭翁湯治療濕熱型UC的差異代謝物及靶標(biāo)代謝通路，通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)篩選并構(gòu)建“活性成分-靶點-疾病”及蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)進行GO及KEGG通路富集分析，發(fā)現(xiàn)濕熱型UC的發(fā)病機制可能與5-羥基-N-甲?；虬彼?、γ-L-谷氨酰胺-L-半胱氨酸、左旋甲酰犬尿氨酸、亞油酸、核黃素-5-磷酸和左旋色氨酸等7種潛在差異代謝物水平變化有關(guān)；白頭翁湯治療濕熱型UC的機制可能與7-酮基去氧膽酸、五羥色胺和創(chuàng)傷酸水平變化有關(guān)。

綜上所述，UC病因與發(fā)病機制錯綜復(fù)雜、多不明確，仍是眾多學(xué)者研究熱點，代謝組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、表觀遺傳組學(xué)和腸道菌群檢測等組學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，多組學(xué)整合分析技術(shù)，有望在UC發(fā)病機制的研究、疾病的診斷及治療、新藥物的研發(fā)、診斷標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)等方面提供新的切入點及方向，為UC患者特異性、個性化診療提供新思路。