文照禾 綜述，劉力 審校

（1.天津市兒童醫(yī)院綜合內(nèi)科，天津 300070；2.天津醫(yī)科大學研究生院，天津 3000041）

系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）是以存在多種自身抗體和免疫復(fù)合物沉積為主要特征的慢性自身免疫性疾病[1]，腎、皮膚、血液系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等均可受累。SLE 的發(fā)病機制復(fù)雜，涉及遺傳易感性、環(huán)境等多個因素，其臨床表現(xiàn)多樣，病程反復(fù)，目前缺乏敏感性和特異性良好的檢驗標志物。代謝組學是一種新組學領(lǐng)域，利用高通量檢測技術(shù)研究生物樣本在基因改變或環(huán)境變化等情況下其代謝物種類、數(shù)量及其變化規(guī)律。研究SLE 患者的血液代謝組學特征，可為確定關(guān)鍵致病環(huán)節(jié)、尋找新的生物標志物提供新思路。

1 代謝組學簡介

代謝組學是繼表觀基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白組學后出現(xiàn)的，研究相對分子量＜1 000 的內(nèi)源性小分子的組學。其通過對生物代謝物進行測定，監(jiān)測機體受到內(nèi)外因素刺激后的代謝物水平變化，推測機體內(nèi)的病理生理過程，為疾病的早期診斷、遠期預(yù)后及發(fā)病機制的研究提供可靠依據(jù)。代謝組學分為靶向代謝組學和非靶向代謝組學。前者需要分析樣本中所有的代謝物，用于篩選生物標志物，后者則是基于某種生化假設(shè)，定量測定特定代謝物，探索某條代謝途徑。

目前常用的代謝組學技術(shù)包括核磁共振法（nuclear magnetic resonance，NMR）、氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography spectrometer，GC-MS）和液相色譜-質(zhì)譜法（liquid chromatography spectrometer，LC-MS），這3 種方法各有優(yōu)缺點。NMR 是一種非破壞性技術(shù)，樣品可被重復(fù)分析且不需要特殊預(yù)處理，但檢測靈敏度低，常導(dǎo)致高豐度分析物掩蓋低豐度分析物。GC-MS 技術(shù)性能穩(wěn)定且重現(xiàn)性好，目前主要應(yīng)用于靶向代謝組。LC-MS 具有廣泛的代謝物檢測范圍，可以對大量代謝物進行分離，提供較全面的代謝組學數(shù)據(jù)[2]。

2 代謝組學在SLE 發(fā)病機制中的應(yīng)用

血液中的代謝物既是機體病理生理過程中的產(chǎn)物，又是功能信號分子，參與調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、凋亡等過程。

既往研究發(fā)現(xiàn)SLE 患者T 細胞線粒體具有持續(xù)超極化的特點，導(dǎo)致活性氧簇（ROS）生成增加，發(fā)生氧化應(yīng)激[3]。Wu 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，SLE 患者血清中重要的抗氧化劑谷胱甘肽減少，伴隨谷胱甘肽合成途徑中的副產(chǎn)物γ-谷氨酰多肽、二甲基甘氨酸顯著升高和甲基供體如蛋氨酸、膽堿、半胱氨酸的減少。從下游產(chǎn)物角度驗證了SLE 患者體內(nèi)存在氧化應(yīng)激。Hu 等[5]發(fā)現(xiàn)SLE 患者血清中內(nèi)源性抗氧劑縮醛磷脂類物質(zhì)下降，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物溶血磷脂酰乙醇胺和4-羥基壬烯醛（4-HNE）顯著增加，其中4-HNE具有易反應(yīng)性，可損傷半胱氨酸、組氨酸和賴氨酸殘基，從而損傷蛋白質(zhì)功能，且在血液中穩(wěn)定存在，從分子水平提示氧化應(yīng)激如何參與SLE 的發(fā)病，如何導(dǎo)致多臟器的損傷。Hu 等[6]還推測多種脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物，尤其是磷脂過氧化產(chǎn)物，可能成為抗原表位，誘導(dǎo)SLE 患者中大量抗體生成，即發(fā)生自身抗原氧化修飾，并展開研究驗證了SLE 患者外周單核細胞脂代謝的改變與抗心磷脂抗體、相關(guān)炎癥因子水平存在相關(guān)性，體外培養(yǎng)的單核細胞添加抗氧化劑后脂質(zhì)改變可以被糾正（圖1）[6]。

圖1 氧化應(yīng)激如何以分子水平參與SLE 發(fā)病

3 代謝組學在SLE 診斷中的應(yīng)用

Ouyang 等[7]最早使用NMR 技術(shù)聯(lián)合分析SLE患者血清代謝物的特征，并根據(jù)SLE組和健康對照組（HC）間的差異代謝物建立OPLS-DA 模型，其預(yù)測SLE 的敏感性為60.9%，特異性為97.1%。與HC組相比，SLE組大部分氨基酸水平降低；三羧酸循環(huán)中的檸檬酸鹽、丙酮酸鹽降低；合成嘌呤核苷酸的甲酸鹽濃度降低；高密度脂蛋白降低、極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白濃度升高。隨后Wu 等[4]利用GC/LC-MS 平臺聯(lián)合分析在SLE組與HC組間發(fā)現(xiàn)了超過100 種差異代謝物，兩者的觀察結(jié)果具有一致性。SLE 差異代謝物主要集中在脂代謝、氨基酸代謝及能量代謝途徑[8-10]。

血清代謝物不僅能鑒別SLE 患者和健康人群。在Bengtsson 等[11]的研究中，血清代謝物在SLE、原發(fā)性干燥綜合征和系統(tǒng)性硬皮病患者中同樣存在顯著差異。Checa 等[12]根據(jù)SLEDAI 評分評估SLE患者活動性，≥6 分為活動性組，＜6 分為非活動性組，發(fā)現(xiàn)兩組間的神經(jīng)酰胺（C16∶0）：鞘氨醇-1-磷酸（S1P）比值差異具有統(tǒng)計學意義。Liu 等[13]發(fā)現(xiàn)SLE 模型小鼠在第9 周病初時血清代謝物水平改變以三羧酸循環(huán)、糖酵解為主，第11 周出現(xiàn)淋巴結(jié)病變時脂肪酸合成代謝物水平顯著上升，第13 周出現(xiàn)皮膚病變時尿素、尿酸和吲哚-3-乳酸升高。Zhang 等[14]將133例SLE 患者分為僅腎臟受累組、僅皮膚受累組、僅血液系統(tǒng)受累組和多系統(tǒng)受累組，比較各組間血清代謝譜，差異主要集中在脂代謝物。Xie 等[15]應(yīng)用GC-MS 對11 例SLE 伴皮損（SL）患者、10 例SLE 無皮損（SNL）患者血清代謝物進行比較，發(fā)現(xiàn)了包括L-α-氨基丁酸、脫氫抗血酸、甘氨酸和L-酪氨酸在內(nèi)的14 個差異代謝物。Baig 等[16]對SLE 患者頸動脈斑塊進展情況開展了8～9 年的隨訪，與無斑塊進展組相比，動脈粥樣斑塊進展組患者基線血清樣本中的白三烯B4，5-羥基二十碳二烯酸，9/13-羥基十二烯酸顯著升高。Zhang 等[17]研究提出，鞘磷脂、神經(jīng)酰胺、磷脂酰膽堿類物質(zhì)在鑒別SLE 和狼瘡腎炎方面具診斷價值。上述研究結(jié)果提示，血液代謝物或能區(qū)分SLE 不同臨床表型和評估疾病狀態(tài)。

非靶向代謝組學提供的大量潛在生物標志物需要被進一步驗證。Zhang 等[17]納入32 例女性SLE患者和25 名健康女性作為發(fā)現(xiàn)集，應(yīng)用非靶向代謝組學篩選發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽代謝途徑是最為富集的通路，再應(yīng)用靶向代謝組學在36 例SLE、30 例HC組成的驗證集中，驗證了SLE組L-焦谷氨酸水平上升，并發(fā)現(xiàn)其與血沉、抗sm 抗體存在相關(guān)性。但有研究報道SLE 患者L-焦谷氨酸水平下降[18]或無顯著變化[11]，這是否與地域、人種等因素有關(guān)還有待進一步研究。

現(xiàn)有研究存在的矛盾為開發(fā)單一生物標志物帶來挑戰(zhàn)，但代謝組學確能提示SLE 患者體內(nèi)存在代謝通路障礙。2017 年歐洲一項橫斷面研究運用LC-MS 檢測了109 例女性SLE 患者和23 名HC組的血清代謝物，與HC組相比，SLE組神經(jīng)酰胺、己糖基神經(jīng)酰胺升高，鞘脂類堿基、鞘氨醇-1-磷酸（S1P）下降，其中神經(jīng)酰胺（C16∶0）和神經(jīng)酰胺（C24∶1）最能顯著區(qū)分SLE組和HC組[12]。該研究中雖然腎臟受累SLE組神經(jīng)酰胺（C16∶0）水平高于無腎臟受累SLE組，但不具有統(tǒng)計學意義。上述結(jié)果與2018年歐洲另一項同樣使用LC-MS 的研究存在差異：Patyna 等[19]研究發(fā)現(xiàn)SLE 患者S1P 升高，并認為血清神經(jīng)酰胺（C24∶1）在臨界值827 ng/mL 時對腎臟受累SLE組和非腎臟受累組SLE 具有鑒別能力。雖然現(xiàn)有研究中發(fā)現(xiàn)的差異物代謝物種類不同、水平改變不一致[20-23]，但均能提示SLE 的脂代謝，尤其是鞘脂代謝和甘油磷脂通路紊亂。

考慮到上述情況，代謝通路上的幾種代謝物聯(lián)合應(yīng)用或具有更高的診斷價值。Zhang 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，脫氫表雄激素硫酸酯（DHEAS）、苯甲酸、2-甲基丁酰甘氨酸和脂肪酸（20:1）的組合對診斷SLE 顯示出最佳的預(yù)測效率（曲線下面積0.998）。Zhang 等[17]研究顯示，神經(jīng)酸、補體C1q、胱抑素C（曲線下面積0.916）為鑒別SLE 有無腎臟受累的最佳組合。Iwasaki 等[24]發(fā)現(xiàn)，組氨酸、色氨酸、N-N-二甲基甘氨酸和酪氨酸聯(lián)合診斷獲得的曲線下面積為0.91，高于單獨使用任何一種氨基酸。

4 代謝組學在SLE 藥物評價中的應(yīng)用

Checa 等[12]對22 例女性SLE 患者免疫抑制治療前后的鞘脂水平進行分析，發(fā)現(xiàn)治療后鞘脂恢復(fù)到HC組水平并伴有SLEDAI 評分下降，但由于采用的治療方案不同，無法對數(shù)據(jù)進一步分析。Guleria 等[25]使用NMR 對18 例增生型狼瘡性腎炎（LN）初治時使用了不同劑量環(huán)磷酰胺等免疫抑制劑6個月后（LNT）以及對30 名HC 的血清代謝譜進行分析發(fā)現(xiàn)，與LN組相比，LNT組脂代謝物降低，脂代謝的最終產(chǎn)物乙酸鹽水平升高，同時LNT組并未表現(xiàn)出與HC組相似的代謝譜，主要的差異代謝物集中在能量代謝和氨基酸代謝。

受限于SLE 的個體化治療，目前尚無研究SLE藥物應(yīng)答與無應(yīng)答患者血液代謝物差異的報道。現(xiàn)有相關(guān)研究受限于研究樣本量小，研究結(jié)果具有一定局限性，但這提示了使用血液代謝物監(jiān)測治療進展的可能，脂質(zhì)水平的正常化或成為SLE 治療的重要截止點。

5 小結(jié)

SLE 是全身性自身免疫性疾病，發(fā)病機制復(fù)雜，具有臨床異質(zhì)性。隨著代謝組學技術(shù)的提高和在SLE 中的廣泛應(yīng)用，未來通過尋找不同臨床表型的差異代謝途徑或能從代謝物組的角度為SLE 亞類分型提供依據(jù)。代謝組學是描述現(xiàn)象的學科，其發(fā)現(xiàn)的代謝物既可以是機體代謝途徑中的結(jié)果，也可以是改變體內(nèi)代謝通路的信號調(diào)控分子。為解釋在生物樣本中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，越來越多的研究以代謝組學為基礎(chǔ)，結(jié)合基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白組學等多學科共同探索SLE 的發(fā)病機制，從改善代謝途徑的角度提供新的治療靶點，與基礎(chǔ)實驗結(jié)合的免疫細胞代謝組學已成為代謝組學一項重要分支。

代謝物反映了多因素作用下機體病理生理的整體狀態(tài)，臨床研究中的多種混雜因素均可對代謝物結(jié)果造成影響，如膳食攝入[26]、生活環(huán)境[27]、生活方式[28]。更重要的是患者藥物使用情況對代謝物的影響，糖皮質(zhì)激素、多種免疫抑制劑均被報道可影響機體糖脂水平[29-31]。這些都為代謝組學結(jié)果的解釋帶來了困難，現(xiàn)有的小樣本研究中結(jié)果不一致的情況或與其相關(guān)。以小鼠作為研究對象，收集開始治療前的生物樣本可改善這一問題。現(xiàn)有研究多為非靶向、橫斷面研究，越來越多的潛在生物標志物已被初步篩選出來，接下來需要開展靶向研究來驗證這些結(jié)果，同時進一步開展患者的隨訪調(diào)查，動態(tài)了解不同疾病狀態(tài)下、不同藥物治療反應(yīng)下，尤其是復(fù)發(fā)患者、藥物治療無應(yīng)答患者的代謝物水平改變，這些數(shù)據(jù)將對臨床監(jiān)測管理SLE 具有重要意義。