脂质组学在高脂血症研究中的应用进展

吴遵平 刘浩 陆安静 彭捷 鲁艳柳 何芋岐，

1遵义医科大学基础药理教育部重点实验室暨特色民族药教育部国际合作联合实验室（贵州遵义563003）；2遵义市第一人民医院（遵义医科大学第三附属医院）药剂科（贵州遵义563099）；3遵义医科大学药学院（贵州遵义563099）

近年来，高脂血症（hyperlipidemia）的发病率逐年增高，由于其与糖、脂代谢异常密切相关［1］，受到越来越多的关注。根据病因，高脂血症可以分为继发性和原发性。根据临床表现，高脂血症可以分为高胆固醇血症、高甘油三酯血症、混合型高脂血症以及低高密度脂蛋白胆固醇血症。目前，揭示高脂血症的发病机制、发现更加敏感的生物标志物、开发安全有效的新型降脂药物并阐明其作用机制，已成为研究的重要方向。

目前，LIPID MAPS数据库已列出40 000 多种脂质，对这些脂质进行系统的研究已成为必要。而脂质组学（lipidomics）就是借助各种现代科学技术，研究脂质组的一门新兴学科［2］。自2003年脂质组学的概念提出以来［3］，关于脂质组学的研究报道呈线性增长趋势［4］。脂质组学采用目标物分析、轮廓分析和成像分析等方法［5-6］，比较脂质代谢网络的整体变化，明晰不同生理、病理条件下脂质代谢的特点，探索其与相关疾病之间的关系，识别并鉴定关键生物标志物，最终揭示疾病的发病机制，发现治疗药物的靶点和先导化合物。近年来，脂质组学已成为高脂血症相关研究的重要方法［7］。本文将总结脂质组学在高脂血症研究中的应用，以期为相关研究提供参考佐证。

1 脂质组学的分析方法

脂质组学的基本研究流程包括样本收集和前处理、分离鉴定、数据采集和处理、生物通路分析等环节［8］，其中建立分析方法是关键。应用于脂质组学的新兴分析技术，极大推动了脂质组学的发展，主要包括拉曼光谱法、高效液相色谱法、气相色谱法、质谱法、色谱-质谱联用法、离子淌度-质谱法、质谱成像法、毛细管电泳-质谱联用法、核磁共振法等［9-11］。其中，液相色谱-质谱联用技术，因结合了液相色谱的分离特点和质谱的鉴定优势，已成为脂质组学最重要的分析方法［12-13］。当然，不同的分析方法，具备不同的优缺点，其适用性也随之不同。例如，气相色谱-质谱法适用于挥发性脂质成分的分析，但是分析非挥发性脂质成分时，需要对样品进行衍生化处理，从而限制了其对复杂脂质化合物的检测［14-15］。超临界流体色谱-质谱法，常以超临界二氧化碳作为流动相，溶剂化能力强，适用于脂质成分的分析［16］。离子淌度-质谱法可以实现脂质异构体的分离［17］，而质谱成像法可以进行可视化分析［18］。在脂质组学的研究中，可以根据具体情况进行选择。

2 脂质组学的数据处理

脂质组学的数据处理包括定性和定量两个方面，其中难点在于差异脂质化合物的鉴定。大规模的脂质鉴定，主要依赖于计算机软件和数据库。目前，使用较多的免费软件有Lipid Navigator，它是由日本开发的一种高通量网页工具，主要用于分析磷脂的质谱数据；还有Trigly APCI，主要用于解析甘油三酯的APCI-MS 图谱［19］。除此之外，开源的SECD 软件可以分析色谱谱图数据，LIMSA软件可以进行脂质MS∕MS 谱图的数据分析。而常用的付费软件是Lipid Profiler［20］。在脂质组学研究中，HMDB（http：∕∕www.hmdb.ca∕）是当前收录人源代谢物较全的数据库之一［21］，包括了脂溶性和水溶性的代谢物。KEGG（http：∕∕www.kegg.jp∕）数据库可以查询到与代谢物相关的代谢通路，进而了解生物系统中基因、蛋白质及代谢物之间的相互关系［22］。美国LIPID MAPS（http：∕∕www.lipidmaps.org∕）数据库，除了涵盖4 万多种脂质结构，8 500 余种与脂类相关的基因和蛋白信息，还包括许多的脂质定性和定量方法［23］。脂质数据库和软件的不断建立加速了脂质组学的快速发展，但是还不能提供所有脂质化合物的信息，仍需要不断优化。

3 脂质组学在高脂血症研究中的应用

3.1 脂质组学在发病机制研究中的应用家族性高胆固醇血症（familial hypercholesterolemia，FH）的患者，从出生就有高胆固醇血症，经常过早发生动脉粥样硬化性心血管疾病，是最严重的一种脂质代谢疾病。运用高通量核磁共振技术，能探讨FH患儿和健康儿童脂质代谢的改变［24］，发现相比于健康儿童，FH 患儿载脂蛋白B、脂类及脂蛋白亚类中的脂质组成水平均较高。且FH 患儿高密度脂蛋白颗粒浓度和脂质含量发生改变，表现为胆固醇酯含量升高，游离胆固醇和磷脂水平降低。因此推测，FH 儿童高胆固醇血症虽然机制复杂，但与胆固醇的逆向转运受损有关。

低高密度脂蛋白胆固醇血症（＜1.0 mmol∕L），与冠心病和糖尿病发病相关，目前发病机制尚不明确，药物干预效果也不理想［25］。采用核磁共振技术，研究高密度脂蛋白颗粒脂质组成特征与血清中高密度脂蛋白胆固醇水平之间的关系发现［26］，随着高密度脂蛋白胆固醇水平的增加，饱和脂肪酸减少，不饱和脂肪酸增加，总饱和度降低，总胆固醇、游离胆固醇、酯化胆固醇及鞘磷脂的百分比显著升高，而甘油三酯百分比显著降低，推测鞘磷脂和游离胆固醇水平的升高，有助于表征高密度脂蛋白抗动脉粥样硬化的功能。

脂质组学研究表明，妊娠期妇女高脂血症与妊娠期糖尿病、子痫前期和自发性早产等密切相关［27］。利用LC∕MS 技术，比较妊娠期正常和妊娠期高脂血症妇女的脂质组发现［28］，妊娠期高脂血症患者血浆中胆红素、鹅去氧胆酸水平明显高于正常孕妇，表明妊娠高脂血症的发生可能与妊娠期体内胆汁分泌异常具有一定相关性。

3.2 脂质组学在生物标志物研究中的应用高脂血症的生物标志物缺乏特异性和敏感性，只有在严重的血脂异常时，才显著改变，因此需要发现更为敏感的生物标志物［29］。采用LC-QTOF∕MS 技术［30］，分析高甘油三酯血症小鼠的血清脂肪酸成分，发现了16 个潜在的生物标志物，主要为脂肪酸酰胺类5 个、脂肪酸酯类2 个和硝基、卤化脂肪酸类9 个，这些脂肪酸在高甘油三酯血症的发生发展过程中可能起到重要作用，但结构有待进一步的确认。

在中医理论中，高脂血症与“血瘀”和“痰浊”有关［31］，其中肝郁脾虚证（liver qi-stagnation and spleen-deficiency，SLQSD）是高脂血症的主要症候类型。基于脂质组学［32］，对高脂血症患者（包括SLQSD 患者和非SLQSD 患者）和健康志愿者的血浆脂质谱进行比较。相较于健康人群，高脂血症患者血浆中主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油和神经酰胺等脂质代谢物发生变化。而与非SLQSD 患者相比，SLQSD 患者血浆中主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、甘油三酯、二酰基甘油、溶血磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂、溶血磷脂酰胆碱和乳糖苷神经酰胺等脂质代谢物发生变化。结果证明，同一疾病不同症候间的脂质代谢物存在显著差异，有潜在的标志物。

3.3 脂质组学在治疗药物及作用机制研究中的应用他汀类药物主要用来治疗高胆固醇血症，疗效较好，但有时会引发严重的不良反应，如横纹肌溶解、骨骼肌病以及新发糖尿病等［33］。利用UPLC∕MS 技术［34］，比较健康受试者与高胆固醇血症患者在服用瑞舒伐他汀后的脂质组变化，探索他汀类药物引起不良反应的机制。结果发现，相比于健康受试者，高胆固醇血症患者脂肪酸和溶血磷脂酰胆碱水平增加，而磷脂酰胆碱水平下降，β-氧化总体降低，且仅在高胆固醇血症患者组中观察到多不饱和脂肪酸的增加。推测异常的脂肪氧化或药物诱导的线粒体功能障碍，可能是不良反应发生的根本原因。

运用UPLC-QTOF∕MS 技术［35］，可比较阿托伐他汀剂量递增组与阿托伐他汀∕非诺贝特联合给药组的脂质变化。与剂量递增组不同，在联合给药组观察到脂质代谢物明显聚集，大多数脂质酰基甘油代谢物和多种神经酰胺减少，而鞘磷脂增多。在剂量递增组中发现，溶血磷脂酰胆碱水平降低，而联合给药组对溶血磷脂酰胆碱的影响没有规律。该研究提供了组合疗法常规脂质谱之外的代谢变化信息，为联合给药的研究提供了新的依据。

脂质组学还被运用到开发新型降脂药物并阐明其作用机制的研究中。新化合物D-47 具有降血脂作用［36］，采用超临界流体色谱联用三重四极杆质谱法探索其作用机制时发现［37］，D-47 使得肝脏胆固醇和甘油三酯的含量分别降低了22%和69%，心包和肠系膜的脂肪积累分别降低了57%和17%，还使溶血磷脂酰胆碱、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺缩醛磷脂、鞘磷脂和神经酰胺含量降低。推测D-47 是一种有效的降脂化合物，其作用机制可能与他汀类药物不同，值得进一步研究。

脂质组学技术的发展与应用，还适合中药作用机制的研究。研究茯苓对高脂血症大鼠的作用机制时发现［38］，在茯苓给药组中包括棕榈酸、十六碳烯酸、己酰基肉碱和二十四碳六烯酸在内的7 种脂肪酸显著增加，乙醇酰胺、3-羟基十四酸和5，6-DHET 显著减少，另有5 种甾醇类脂的浓度升高，提示茯苓降降脂机制可能主要与改善胆汁酸、类固醇和脂肪酸代谢的紊乱有关。

4 总结与展望

本文综述了近年来脂质组学在高脂血症研究中的应用，结果表明脂肪酸、磷脂、甘油酯和鞘脂的代谢紊乱与血脂的异常密切相关，而降脂药物可以通过不同的作用机制逆转血脂的异常，并发现潜在的生物标志物。虽然，脂质组学相关的数据库还需要不断完善，数据的分析方法还需要进一步开发，应用于高脂血症发病机制的研究还不够深入，发现的标志物的最终确定还需要长期、反复的验证，但是脂质组学与药效学等多学科的结合，已为研究者提供了新的思路与方法，必将发挥更大的作用。