脂质组学：中药调脂效应及其作用机制研究的有效途径

蔡莹，都晓辉，张爱华，王喜军

(黑龙江中医药大学药学院，国家中医药管理局中医方证代谢组学研究中心，黑龙江 哈尔滨 150040)

健康模式及疾病谱的变化给现代医学研究提出众多新的命题，单靶点单一降脂药物的简单治疗模式难以解决脂代谢紊乱引发的多靶点复杂性疾病的治疗问题[1]。脂代谢异常可导致多种疾病的发生和发展，例如:动脉粥样硬化、糖尿病、癌症、非酒精性脂肪肝炎、肥胖及阿兹海默症等[2-7]。血脂异常经常出现在代谢综合征和2型糖尿病病程中[8-9]，通常表现为总胆固醇、低密度脂蛋白，甘油三酯水平升高，高密度脂蛋白水平下降[10-11]。疾病脂质异常代谢特征为其治疗研究提供了新策略[12]。中药复方制剂是由多种药物按君臣佐使配伍规则组成的“有制之师”，针对疾病实施多成分、多靶点、多层次的整体作用，调脂疗效明确，作用温和，相比单独的他汀类药物治疗，降脂干预风险更低，安全性更好，对疾病的预防与治疗意义重大[13-15]。因此，以机体脂代谢为靶向特征的方剂与针对单一靶点开发的药物相比，具有独特的治疗优势。但目前中药调脂效应研究还停留在几个血脂指标的简单重复，缺乏现代语言的科学阐释，其疗效靶点、作用机制不清晰、不明确，这极大地限制了中药调脂的应用及调脂作用有效性的科学阐释[16]。

脂质的重要生物功能及其与疾病的关系，催生了脂质组学这一新的研究领域。脂质组学采用分析化学方法对生物体脂质组进行有目的分析，可有效分析不同生理病理状态下脂质水平、脂质代谢网络的变化，从而有效识别新的信号分子，揭示不同生理病理状况的潜在机制，发现用于疾病早期诊断和预后的潜在脂质生物标志物，筛选药物靶点及评价药物功效，为疾病的防治开辟新的思路[17]。脂代谢研究正在经历从分子水平向网络互作集成、从静态到动态等方面的纵深发展，已经在疾病早期诊断、药物靶点发现及疾病机理研究等方面取得重大进展。因此，本文系统综述脂质组学分析的关键技术以及脂质组学在生命科学研究中的最新进展，为中药调脂作用机制研究提供方法参考。

1 脂质组学研究方法

研究不同生理病理状态下的脂质水平，可有效评估机体生理状态，从脂质分子层面阐释进行疾病机制的研究[18]。脂质组学研究方法有以下优势：只研究脂类物质及其代谢共同物，脂类物质在结构上的共同特点决定了样品前处理及分析技术平台的搭建较为容易，而且可以借鉴代谢组学的研究方法；脂质组学数据库的建立和完善速度较快，并能建立与其他组学的网络联系；脂质组学分析的技术平台可用于代谢组学的研究，促进代谢组学发展。

完整的脂质组学研究流程主要包括脂质的提取、分离，数据采集以及数据分析。根据分析目的不同又可分为靶向脂质组学、非靶向脂质组学以及将两种分析策略相结合的拟靶向脂质组学。由于脂质不是以游离形式存在于基质中，待分析的生物样本通常需要进行适当的前处理以降低极性代谢物对脂质分析的干扰。现有研究中多采用不同比例氯仿/甲醇溶液进行液液萃取从而提取分离脂质，即较为经典的Folth萃取法、Bligh-Dyer萃取法等，适用于从各种样品基质中非选择性和可重复地提取各种类别的脂质[19-20]。

包括薄层色谱(TLC)、液相色谱(LC)、气相色谱(GC)、亲水相互作用(HILIC)等在内的各种色谱仪具有强大的分离能力,可以对复杂样品中的脂质化合物进行分离，现已成为全面脂质分析必不可少的有效工具。色谱质谱联用法可以为脂质轮廓分析提供更详尽的信息。质谱由于其出色的准确度、灵敏度以及分析效率成为脂质分析的有力工具[17,21]，质谱技术的快速发展极大地推动了脂质组学的发展。在脂质组学的相关研究中，电喷雾电离(ESI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)已成为脂质组织分析的主流电离方法[22]。此外，大气压化学电离(APCI)也常见于脂质组学的研究中，可大幅提升检测灵敏度[23]。基于质谱的脂质组学可以分为：样品直接注入色谱仪的鸟枪脂质组学，基于液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)的脂质组学，基于离子迁移质谱技术(IM-MS)的脂质组学，质谱成像(MSI)等。脂质组学常用的仪器分析方法及应用总结见表1。

表1 脂质组学的仪器分析方法及应用

此外，二维液相色谱质谱联用技术，超临界流体色谱质谱联用技术，拉曼光谱、核磁共振(NMR)光谱等仪器技术也广泛应用于脂质分析[50-54]。多种仪器联用进行脂质分析可显著提高峰容量，适用于分离复杂样品中的多种脂质，能够获得全面的脂质信息，在脂质组学研究中具有较大的发展潜力[53,55]。

2 脂质组学在中药治疗效应中应用

脂质组学方法为中药调脂研究提供了新的研究途径，近年来，通过脂质组学方法分析潜在作用机制的研究越来越多。大量的研究结果显示，相比西药降脂，中药治疗血脂异常具有良好的疗效和安全性，中药也逐渐成为探索开发新药的主要研究目标载体[56]。

2.1 鸟枪脂质组学方法

研究人员对高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型给予人参皂苷compound K(CK)，通过鸟枪脂质组学方法分析了小鼠血清脂质代谢物。研究发现差异脂质分别为甘油三酯(TG)、胆固醇酯(CE)、磷脂酰胆碱(PC)和溶血磷脂酰胆碱(LPC)，人参皂苷CK可显著回调小鼠血清中LPC和CE的水平[57]。

2.2 LC-MS方法

2.2.1 非靶向LC-MS

非靶向液质联用脂质组学方法可对样品中的脂质进行全面的分析及描绘，获得丰富的脂质种类及脂质代谢信息，可供构建完整的脂质代谢网络[58]。红景天在中医药中具有悠久的使用历史，研究人员为明确红景天低聚原花青素(OPCRR)的作用，采用HPLC-ESI-MS对口服红景天低聚原花青素的大鼠血清脂质谱进行非靶向分析，结果表明OPCRR治疗显著降低总胆固醇、总甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和ox-LDL等血脂谱，升高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)，可有效调节脂质代谢[59]。以高血脂为主要特征的高脂血症可逐步发展成为动脉粥样硬化等心血管疾病，严重影响人们的健康与生活质量[60]。研究人员采用高脂饮食诱导的大鼠模型，给予茯苓并使用UPLC-HDMS非靶向分析大鼠血浆样品[61]。研究发现，与未经茯苓治疗组的大鼠血浆相比，茯苓治疗组血浆中甘油三酯、总胆固醇和低密度脂蛋白(LDL)胆固醇浓度的显著下降，证明茯苓可显著改善高脂血症和相关的脂质代谢物异常。

2.2.2 靶向LC-MS

靶向脂质组学分析凭借其高灵敏度和高特异性的特点，常用于关键脂质代谢通路或靶标脂质的分析或验证。多反映监测模式(MRM)最为常用，可以提高分析灵敏度、选择性以及线性范围[62]。已有研究表明，苦丁茶中的三萜皂苷类可有效预防高脂血症，溶血甘油磷脂(Lyso-GPL)与高脂血症、动脉粥样硬化等脂代谢异常类疾病有关。研究人员采用基于多反应监测模式的靶向分析策略对小鼠血清中Lyso-GPL进行脂质组学分析[63]。该实验在小鼠血清中共鉴定出6类153种Lyso-GPL异构体，与对照组相比，高脂血症小鼠血清内总Lyso-GPLs含量减少，并且给予苦丁茶中的三萜皂苷类可回调血清中总Lyso-GPLs的含量。泽泻具有调节脂质的药理作用，通常用于治疗高脂血症。而溶血磷脂酰胆碱(Lyso PC)在脂质代谢紊乱中起关键作用。因此，研究人员通过UHPLC-QTRAP-MS/MS定量分析高脂饮食诱导的高脂血症小鼠模型中Lyso PC的变化，以评估泽泻三萜类提取物的降脂活性[64]。研究表明泽泻提取物中的三萜可以下调小鼠血清中27个Lyso PCs，上调19个Lyso PCs,Lyso PCs的代谢变化有助于对泽泻降脂作用潜在机制的解读。

3 脂质组学在中药调脂作用机制研究实践

采用脂质组学方法获得的数据拓展了我们对脂代谢紊乱疾病生理病理学的认识，许多研究证实，不同的脂质异常代谢通过不同的途径发挥特定的致病作用。脂质组学研究方法有效展现了中药多靶点多途径调节脂代谢紊乱的治疗特点，可通过探索新的治疗靶点为我们提供全新的中药调脂策略[65]。

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)是由于肝脏中脂肪过度积累[66]引起的慢性肝病之一，大量研究表明，NAFLD与肥胖，高血脂等代谢综合征密切相关[67]。DENG等[68]采用基于超高效液相色谱-质谱(UPLC-MS)的非靶向脂质组学方法，分析参苓白术散对高脂饮食诱导的NAFLD大鼠模型的保护作用机制。非靶向脂质组学方法分析大鼠肝脂质的结果表明，参苓白术散对NAFLD大鼠模型的30种脂质均有回调作用。代谢通路分析结果表明，参苓白术散通过干预甘油磷脂代谢及甘油酯代谢途径发挥调节脂质作用。二陈汤出自《太平惠民和剂局方》，由陈皮、姜半夏、茯苓、炙甘草组成。有研究表明二陈汤对肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝、高脂血症、动脉粥样硬化等脂代谢紊乱相关疾病有一定的治疗效果[69-70]。研究人员采用高脂高胆固醇饲料喂养C57BL/6 J小鼠，采用UPLC-Q-TOF MS对小鼠血浆进行脂质组学分析、多变量分析和脂质通路富集分析[71]。研究结果表明，二陈汤显著改变小鼠体内神经酰胺和甘油三酯代谢水平，并通过神经酰胺和甘油三酯代谢通路发挥脂质调节作用。中药复方开心散由远志、人参、茯苓和石菖蒲4味中药组成,具有防治阿尔兹海默病的功效。研究人员利用液相色谱-质谱联用技术对小鼠血清提取物进行脂质组学分析,发现阿尔兹海默病模型组小鼠血清中的亚油酸、花生四烯酸和鞘脂代谢途径发生紊乱,而开心散能够回调这些通路从而缓解阿尔兹海默病模型小鼠的症状[72]。

4 展望

体内脂质代谢紊乱可引发多种疾病，通过脂质组学手段可以快速找到差异脂质代谢物，但目前的中药调脂研究中，脂质组学技术的应用大多局限于鉴定脂质的种类和结构，对潜在的作用机制还缺乏深入的挖掘和解读。质谱成像技术等新兴的脂质组学技术可从空间等多个维度探寻中药药效作用的靶点，丰富对高脂血症的病理学认识，还可以深入中药调脂机制的阐释，在中药调脂机制的研究中具有广阔的应用空间。

目前，中药调脂研究中，对生物体内脂质组的研究多为非靶向的广谱脂质检测，靶向检测特定脂质的研究较少。拟靶向脂质组学策略结合了靶向分析策略和非靶向分析策略的优点，通过高分辨质谱综合可获取脂质代谢物的一级和二级质谱信息，再从二级质谱中选择特征脂质离子对，然后以MRM模式在串联质谱仪器上进行离子对采集。拟靶向分析策略在中药调脂中的应用有希望提高分析结果的覆盖率，发现更多的潜在脂质标记物，获取更准确的定量分析结果。针对脂质分离困难的问题，可用离子迁移质谱增强复合脂质的分离效果，增强同分异构体的分离程度，从而增强脂质的鉴定能力及脂质分析的准确性。

脂质的鉴定和量化对深入了解脂质在疾病发展中的功能具有重要意义。借助脂质组学方法，采用液相色谱质谱联用等脂质组学方法可以在相对较短的分析时间内从总脂质提取物中直接鉴定和准确定量数百种脂质，有利于对中药降脂作用机制进行阐释，也可为中医药现代化提供全新的见解。