冠心病痰浊证病人代谢组学通路分析

陈 浩，梁 盼，任 维，杨思进

代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后一种新的组学方法[1-2]，代谢组学测定的物质主要是生物体代谢产物，多为一些参与生物体新陈代谢、维持生命活动正常功能和生长发育的小分子化合物。目前，代谢组学技术平台主要有核磁共振(NMR)技术、质谱(MS)及其联用技术如气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)、液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)等[3]。易敏等[4]运用1H-NMR技术、具星等[5]运用LC-MS技术、王广基等[6]运用气相色谱-飞行时间质谱(GC-TOF/MS)技术检测该证型的代谢差异物，这些代谢物质的异常变化提示病人体内可能存在脂质、氨基酸、维生素、嘌呤等多种代谢途径紊乱。但是，鉴于各个课题使用的代谢组学技术平台不尽相同，所鉴定的代谢产物也存在差异，且大多研究并未进行代谢产物的代谢通路分析。本研究汇总各研究的代谢产物，并进行代谢通路分析，从分子水平解释冠心病痰浊证可能存在的发病机制。

1 资料与方法

1.1 文献检索 检索PubMed、EMbase、Web of Science、中国生物医学文献数据库(SinoMed)、中国知网、万方、维普数据库自建库至2021年11月1日收录的冠心病痰浊证病人血浆代谢组学研究。

1.2 纳入标准 ①文献的形式包括期刊、硕博学位论文、会议论文及会议摘要；②文献包含完整的代谢组学方法、结果、结论信息；③研究类型为冠心病痰浊证血浆代谢组学研究。

1.3 排除标准 ①重复文献；②综述；③病案或病例报道；④中医理论探讨；⑤其他疾病，⑥非冠心病痰浊证血浆代谢组学研究；⑦方法、结果、结论信息不完整或实验方案设计不科学、不合理的文献。

1.4 代谢组学中代谢产物的确定 统计代谢产物，重复者只统计1次。研究中未确定的产物暂不收录。使用metPA网站(metpa.Metabolomics.ca/)对代谢产物名称注释进行转换，对未能识别的代谢产物使用人类代谢组数据库(http：//www.hmdb.ca/)、PubChem数据库、京都基因和基因组百科全书(KEGG，http：//www.genome.jp)进行手工逐一检索确认。

1.5 冠心病痰浊证代谢通路分析 使用HMDB数据库对潜在诊断标志物进行匹配、注释，KEGG分析信号通路，metPA网络软件对代谢通路进行可视化分析。

2 结 果

2.1 文献检索结果及纳入文献代谢组学方法 共检索到文献294篇，其中PubMed 5篇、EMbase 0篇、Web of Science 6篇、SinoMed 14篇、中国知网57篇、万方146篇、维普66篇。剔除重复和数据相同的文献，最终纳入5项研究[4-8]。文献检索流程图见图1，纳入文献使用代谢组学方法及潜在诊断标志物见表1。

图1 文献筛选流程图

表1 纳入文献使用代谢组学方法及潜在诊断标志物

2.2 代谢组产物通路检索匹配情况 获取代谢产物69种，代谢产物基本情况见表2。

2.3 代谢产物路径分析 MetPA分析显示，69个代谢产物主要参与了45条代谢路径(见表 3、图2)。经拓扑分析计算影响值后，有24条(P<0.05)代谢通路可能作为冠心病痰浊证的代谢通路。部分代谢通路结构图见图3～图7。

表3 代谢通路分析

图2 通路分析概要图

图3 Aminoacyl-tRNA biosynthesis代谢通路的结构图

图4 Biosynthesis of unsaturated fatty acids代谢通路的结构图

图5 Purine metabolism代谢通路的结构图

图6 Valine，leucine and isoleucine biosynthesis代谢通路的结构图

图7 Valine，leucine and isoleucine degradation代谢通路的结构图

3 讨 论

代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学后又一重要组学方法，在寻找病证的生物学基础、特异性代谢产物及确定中医证候相关代谢谱方面具有重要作用[9]。在疾病代谢通路研究中的经典研究思路是确定某一病症，通过非靶向代谢组学发现代谢差异物，匹配代谢通路，确立一条或几条显著差异的代谢通路并进行验证，同时在显著差异的代谢通路中寻找潜在治疗靶点[10]，借助此方法不仅可以深入研究冠心病的发生机制，更能为冠心病治疗药物的开发提供有力手段[11]。

冠心病诊断的生物标志物范围广，涉及磷脂代谢、能量代谢、脂肪酸分解、肠道微生物代谢物等[12]，且在中医不同证型中生物标志物和代谢通路也存在差异。在氨酰-tRNA生物合成这一代谢通路中，组氨酸(C00135)、苯丙氨酸(C00079)、精氨酸(C00062)、谷氨酰胺(C00064)、甘氨酸(C00037)、天冬氨酸(C00049)、缬氨酸(C00183)、丙氨酸(C00041)、异亮氨酸(C00407)、亮氨酸(C00123)、酪氨酸(C00082)、脯氨酸(C00148)、谷氨酸(C00025)13种上调物质参与其中。组氨酸在组氨酸脱羧酶的催化下生成组胺，过多的组胺可导致冠状动脉收缩，使冠状动脉血流减少，加重心肌缺血，其释放水平与心肌缺血程度呈正相关[13]。苯丙氨酸经苯丙氨酸羟化酶催化生成酪氨酸，酪氨酸可通过刺激脑内儿茶酚胺的合成而降低血压[14]。一氧化氮(NO)为内皮血管扩张剂，对心血管有保护作用，但NO与超氧化物生成量的增加会诱导脂质过氧化，影响细胞成分并加速动脉粥样硬化的形成[15]。谷氨酰胺可通过促进M2巨噬细胞的极化、抑制NO过量引起的硝化应激、阻断活性氧诱导的氧化应激损伤等方式抑制动脉粥样硬化性疾病的发生和发展[16]。精氨酸、谷氨酸、组氨酸、甘氨酸亦可调节NO浓度，从而改善动脉的僵硬程度，调节中央动脉血压[15]。研究显示，血浆缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸水平与动脉粥样硬化性疾病也呈正相关[17]。丙氨酸升高使无氧代谢增强，造成ATP合成减少；但谷氨酰胺可通过谷氨酰胺异化转化为糖，为机体提供能量，氨酰-tRNA生物合成通路中上述物质的水平上调，促进了冠状动脉粥样硬化的发生发展[18-19]。

在不饱和脂肪酸的生物合成代谢路径中参与的上调物质有棕榈酸(C00249)、油酸(C00712)、花生四烯酸(C00219)、二十二碳六烯酸(C06429)、α-亚麻酸(C06427)。亚油酸代谢后产生花生四烯酸，花生四烯酸能够刺激血管壁生成具有诱导炎症、收缩血管、促进冠心病发展的前列环素(PGI2)和血栓素A2(TXA2)[20-21]。α-亚麻酸可进一步代谢为二十二碳六烯酸，二者对动脉粥样硬化有保护作用[22]。血清棕榈酸-油酸比率可能是冠心病风险评估和预测的新因素[23]。

在嘌呤代谢途径中，谷氨酰胺(C00064)、肌苷(C00294)、脱氧腺苷(C00559)、次黄嘌呤(C00262)、尿酸(C00366)上调参与其中。在心脏缺血开始时ATP迅速耗尽[24]，导致ATP分解代谢副产物的细胞积累，并依次将 AMP 分解代谢为腺苷、肌苷、次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸，提示冠心病痰浊证可能伴随着心脏缺血的病理变化[25]。

在缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的合成与降解途径中，异亮氨酸(C00407)、亮氨酸(C00123)、缬氨酸(C00183)上调参与其中。在心肌受损的情况下，ATP合成减少，心肌耗氧量增加。缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸均可转化成糖和脂质，为机体提供能量[17]。

此外，冠心病痰浊证还涉及多个代谢过程，说明冠心病痰浊证代谢变化是一个多因素、多层次的复杂变化过程。本研究通过汇总冠心病痰浊证代谢产物并进行独特通路分析，代谢产物参与多条途径，揭示了冠心病痰浊证潜在的生物学基础，提示其发病的复杂病理过程，为寻找潜在的治疗靶点提供了依据。