支气管哮喘代谢组学研究进展

李陆一，蒋毅

1.山西医科大学公共卫生学院，山西太原 030001；2.山西医科大学第一医院呼吸与危重症科，山西太原 030001

随着近几年城市污染的加重，呼吸系统疾病的发病率显著提高，这其中支气管哮喘是较为严重且顽固的一类疾病。为提高支气管哮喘的诊断率和疗效，许多学者对此进行了深入的研究，而代谢组学作为一门新兴学科，凭借其样本多样化、技术多元化等优势理所当然地进入了公众的视线。该文将从不同角度、不同医学理论体系如中国传统医学、维吾尔医学介绍支气管哮喘以及代谢组学各自特点并综合论述支气管哮喘代谢组学研究进展。

1 支气管哮喘

支气管哮喘（bronchial asthma），简称哮喘是由多种细胞参与的气道慢性炎症性疾病。我国已成为全球哮喘病死亡率最高的国家之一。哮喘的发病因素是多方面的，根据贺娟梅等[1]研究发现，畜牧业哮喘的发病率最高，其次为化工业；每年季节交替、气温变化较大的月份，如6月、9月为发病高峰。目前哮喘机制未完全阐明，但“环境与遗传因素共同作用”的说法已被普遍接受。

现如今哮喘的诊断其实不容乐观。有研究显示我国哮喘的漏诊率范围在8.26%～85.86%。由于哮喘的变应性及特殊类型哮喘的存在，仅仅依靠临床症状、病史等很难确诊。因此普及哮喘知识、引进先进技术等就变得至关重要。

2 代谢组学

2.1 代谢组学技术手段

代谢组学主要是利用一些技术手段对采样标本进行检测，并借助一些统计方法来分析机体代谢变化从而做出诊断。核磁共振（NMR）技术预处理简单，它的最大优势在于分辨率高，能够迅速、准确地定量分析代谢物，并对所有化合物的灵敏度一致，用于化合物的结构鉴定。但其灵敏度较差，对于一些含量较低的化合物可能检测不到[2]。

液相色谱-质谱联用（LC-MS）具有较高分辨能力、较快的分析速度，灵敏度高等特点，但数据库相对GCMS较小，适用于分析稳定性差、难挥发的化学成分。

气相色谱-质谱联用（GC-MS）具有高分辨能力、高灵敏度、大量数据库等特点，且成本相对低廉，但无法实现对热稳定性差和高分子量代谢物的分析，因此，适合分析相对分子量小、低极性、低沸点的代谢物[3]。

2.2 代谢组学的标本选择

Mondul AM等通过实验发现：1-磷酸肌醇与进展期癌症关系最密切；甘油磷脂类和脂肪酸也与癌症有很大关联；α-酮戊二酸盐和柠檬酸盐也可提示注意前列腺癌。此实验可以证明血液代谢物可能与前列腺癌有病理生理联系，有这些提示后应及时做其他细致的检查。

Saude等对135名儿童的尿液进行取样，这其中包括健康者、稳定的门诊哮喘患者、不稳定的急诊患者。经分析对比发现这3类人群的尿液有很大差别，这就为哮喘的诊断提供了新的思路。

Ibrahim等利用NMR技术分析82例患者和25名健康者的呼出气冷凝液，通过分析痰中嗜酸性粒细胞、嗜中性粒细胞、哮喘控制与吸入皮质类固醇的功能来鉴别两类人群。

支气管肺泡灌洗液也是可供选择的一类标本。Ho WE[4]射卵蛋白使小鼠致敏，建立哮喘模型，利用LC-MS、GC-MS技术发现哮喘模型一组的小鼠有新奇的代谢变化。

2.3 代谢组学数据统计方法

主成分分析法（PCA）是无监督学习方法中的主要途径，其分析的目的不仅仅是发现样品之间的异同，更重要的是在大量数据中发现造成上述差异的具体分子。

偏最小二乘法 （PLS）是一种有监督的算法，与PCA的分析原理相同，都是对数据结构进行投影分析，但PCA只有一个数据集，对应一个多维空间，而PLS有两个数据集，因此也相应地对应有两个多维空间，会更有效地发现变量间的联系及变化规律等[5]。

3 哮喘与代谢组学

3.1 哮喘代谢组学在西方医学的研究进展

Kashiwakura JC等通过实验发现，被证实能够抑制HRF/IG反应的免疫球蛋白相互作用的HRF肽可以抑制肥大细胞活化以及气道炎症反应。实验显示HRF是哮喘促炎症反应的重要角色，同时也提示HRF成为潜在的治疗目标。

支链氨基酸（BCAA）的生物学作用从而也可以在一定程度上解释哮喘患者体内BCAA的变化。BCAA包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸。BCAA虽然不在体内合成，但它们对于蛋白质和神经传递素的合成十分重要。BCAA的蛋白质合成代谢作用似乎不仅通过促进翻译过程，而且还抑制蛋白质的降解过程。BCAA生物学作用可能会帮助研究其作为生物标记物的作用。多项实验结果表明哮喘患者BCAA含量下降可能与机体存在能量长期消耗有关。

谷氨酰胺与谷氨酸共同调节体内氨的水平，但二者在哮喘患者中的变化有所不同：Lee CH等[6]型发现谷氨酰胺会通过依赖MKP-1的方式去抑制P38 MAPK及其下游路径，这个发现就为治疗肺部嗜中性粒细胞炎症疾病提供了新的治疗思路。也有其他学者推测谷氨酰胺可以抑制炎症反应、具有保护气道的作用；而谷氨酸的减少将会引起谷胱甘肽的生成减少，导致机体抗氧化能力降低、氧化应激水平升高从而加重炎症反应[7]。

在利用代谢组学研究哮喘时，小分子物质起到了至关重要的作用，不仅仅上述几种，近几年很多学者都尝试从不同角度、追踪不同小分子物质来深入研究，如各类氨基酸、脂质、炎症介质、细胞因子等，可见代谢组学在哮喘领域中的应用前景很好。

3.2 哮喘代谢组学在中医、维医中的应用

该文列举了一些成功应用代谢组学的例子，但其实对哮喘的研究目前已不仅限于现代医学，近几年中医与维医也对哮喘的研究越来越深入，而在这个过程中代谢组学均起到了不可磨灭的作用。

中医学的整体观、治未病观等理论都与以“整体性、系统性”为主要特点的代谢组学不谋而合、十分契合，也正因如此，国内也开展了许多关于代谢组学在中医中应用的进展，如陶嘉磊等[8]通过对尿液成分的分析得出与痰热阻肺证患者相比，非痰热阻肺证患儿尿中蛋氨酸、琥珀酸、赖氨酸等多种有机酸以及多种脂类、酮类化合物含量升高，由此对中医证候群的研究提供了新的思路；苟小军等[9]发现丁酸、磷酸盐、肌酐等的含量在肺脾气虚型和气阴两虚型哮喘患者中存在明显差异，这些有差异的物质有可能成为儿童哮喘患者辨证分型的物质基础和客观量化的诊断标准。在发祥于塔里木文明，位于古丝绸之路大动脉之上的维吾尔医学中，患病率逐年上升的哮喘也是其中一大热门问题。在维吾尔传统医学中，将哮喘分为三类：异常粘液质哮喘、异常胆液质哮喘和异常黑胆质哮喘，这其中异常黑胆质哮喘最常见，症状也最重。将代谢组学应用到维医中可发现异常黑胆质哮喘患者体内异常的代谢组分的变化、研究其发生时的生物学标志、从而进一步明确其发生机制等；也可用于区分异常黑胆质证与非异常黑胆质证哮喘等。如吴燕等[10-11]利用代谢组学发现与健康者相比，异常黑胆质证患者血浆中多种氨基酸、谷氨酰胺、乳酸、脂类、葡萄糖等都有不同程度的变化，3大物质代谢通路、糖异生、免疫功能也都存在异常改变。现普遍认为应首先使用异常黑胆质成熟剂使体液成熟和堆积，而后使用清除剂，将异常的体液排出体外[12]异常黑胆质成熟剂现在也已经商业化生产（专利号：z102130082.8）[13]广泛应用到氧化应激、银屑病、肿瘤等各个方面。

4 结语

支气管哮喘代谢组学的前景可观主要有两方面的原因：①哮喘的反复性和难治性，这给家庭和社会都带了极大的负担；②代谢组学的广泛应用：代谢组学不仅可用于研究疾病的发病机制、诊断等如糖尿病、冠心病、肿瘤、肾病等，还可用于植物学、动物营养学、生态学、水产品物流、寄生虫、农业研究等，近几年不同领域关于代谢组学的文章如雨后春笋般涌现，这也预示了代谢组学在未来一定会得到更加广泛的应用。但同时代谢组学毕竟是一门新兴学科，也有一些需要完善的地方，如检测仪器昂贵、分析手段有限等。相信随着未来科技的日益进步，支气管哮喘代谢组学的研究也终将会登上临床的舞台，帮助人们对哮喘的诊治、机制的研究和疗效及预后的判断提供可靠依据。