脂質組學在心腦血管疾病研究中的應用及對中醫藥研究的啟示＊

董 宇，胡元會，何 健，張辰浩

（1.中國中醫科學院廣安門醫院PK/PD研究室 北京 100053；2.中國中醫科學院望京醫院 北京 100200）

脂質是由脂肪酸和酯類組成的一系列小分子物質，它不僅是生物膜的骨架成分和生物體能量的供應者，更在體內參與多種生命過程（如信號轉導，小泡運輸，能量轉換等），具有重要的生理功能。脂質代謝異常會引起一系列代謝性疾病，如糖尿病、冠心病、肥胖、脂肪肝等。因此全面了解脂質代謝變化情況，可以尋找疾病狀態下的脂質生物標記物，及其在疾病發生、發展過程中的作用途徑，為新藥研發和臨床用藥提供新的治療靶點和理論依據，同時也為解釋中醫藥整體作用機制提供研究方向。

脂質種類較多，美國NIH“脂質代謝途徑研究計劃”將脂質分為八類，由于脂質種類多樣、結構復雜，給脂質的分析帶來較大的困難。隨著檢測技術的發展，2003年Han XL等提出脂質組學（Lipidomics）概念，是以所有脂質為研究對象，推測其與脂質作用的生物分子的變化，進而揭示脂質在各種生命活動中的重要作用機制的一門學科[1]，是代謝組學的重要分支。脂質組學的提出興起了對脂代謝調控在各種生物現象中作用機制研究的熱點，廣泛應用于生命、醫藥等學科領域之中。本文將通過對脂質組學在心腦血管疾病中的研究應用進行整理，為脂質組學在中醫藥防治心腦血管疾病研究的應用提供思路。

1 脂質組學在心腦血管疾病研究中的應用

1.1 在心腦血管疾病病理基礎——動脈粥樣硬化研究中的應用

1.1.1 脂質變化對動脈粥樣硬化發生發展的影響

動脈粥樣硬化（Atherosclerosis，AS）是引起心腦血管疾病發生的重要病理基礎，是由于血管內膜長期受到炎癥刺激，導致局部血管脂質沉積、纖維組織增生和鈣質沉著，形成斑塊，從而導致血管變性變硬的一種病理改變。動脈粥樣硬化常發生于體內的大中動脈，當斑塊堵塞面積較大或者脫落，就會引起血管的堵塞或梗阻，威脅人類生命。眾所周知，動脈粥樣硬化過程中與脂質氧化、膽固醇異常代謝、脂質顆粒被巨噬細胞吞噬等密切相關。低密度脂蛋白（Lowdensity lipoprotein，LDL）顆粒在動脈壁被氧化或酶降解，啟動了動脈粥樣硬化的途徑。修飾的LDL顆粒被巨噬細胞吞噬，然后LDL顆粒中的游離膽固醇（Free cholesterol，FC）和膽固醇酯（Cholesterol ester，CE）積累在溶酶體內，溶酶體酸性脂肪酶將CE水解為FC[2]。FC離開溶酶體后可以重新酯化并位于脂質液滴中，隨著FC的聚集，溶酶體酸性脂肪酶活性被抑制，導致動脈粥樣硬化的發展[3]。

1.1.2 對動脈粥樣硬化的診斷標志物的研究

檢測動脈粥樣硬化的難點在于早期形成時對危險因素的評估，但目前的診斷多為形態學檢測，這在中晚期才能發現。脂質組學可以為檢測動脈斑塊中的脂質組成、鑒定和定量成為可能，可以區分正常血管和斑塊血管中具有不同脂質成分，并可以發現其中的生物標志物[4-5]。動脈粥樣硬化斑塊分為穩定斑塊和不穩定斑塊[6]，不穩定的斑塊特點是脂質含量高，尤其是FC和CE[7]，而穩定的斑塊則以磷脂（Phospholipid，PL）和甘油三酯（Triglyceride，TG）含量較高[8]。Stock J[9]指出脂質組學是研究不穩定型動脈粥樣硬化斑塊的有力手段，可以區分穩定和不穩定型冠狀動脈疾病，實現血脂異?；颊叩膫€性化治療等。Ekroos K[10]從脂質組學與分子脂質、shotgun與靶向脂質組學、生物信息學、診斷生物標記物等角度論證脂質組學在研究動脈粥樣硬化疾病中的重要作用。

目前已經發現在動脈粥樣硬化斑塊中有300多種脂質存在，其中包括了膽固醇酯類（Cholesterol esters，CEs），鞘磷脂類（Sphingomyelins，SMs），磷脂酰膽堿類（Phosphatidylcholines，PCs）和PC/lysoPC等[11]。Zha等[12]通過建立誘導高膽固醇血癥倉鼠，再到發展成為AS動物模型，在其發展過程中鑒定出21種參與AS發展的脂質代謝標志物，同時還說明這些脂質的變化引起體內氨基酸、糖代謝的紊亂，可以用于早期識別AS的相關代謝變化。脂質代謝物的種類和比例變化，可以引起體內脂質的蓄積，升高血脂濃度。Yan[13]對ApoE-/-小鼠血漿中169個靶向溶血磷脂（Lysophospholipids，Lyso-PLs）進行檢測，最后鑒定出12個可靠的生物標記物，其中Lyso-PC/15:0，18:1/Lyso-PI，22:5/Lyso-PI，22:4/Lyso-PI與TC和LDL-C水平高度相關。此外，給小鼠食用正常飲食和高脂飲食組成Lyso-PLs的各含量之間也有很大差異。脂質代謝變化可引起機體免疫功能的改變，Santos[14]等在穩定的個體和急性冠脈綜合征患者中檢查了人類免疫球蛋白G（IgG）抗oxLDL抗體與心血管疾病風險標志物的關系，觀察到急性炎癥和代謝降低了針對oxLDL的IgG類人抗體濃度。他們還建議循環中的抗oxLDL抗體可能與動脈粥樣硬化的保護作用有關。

1.1.3 對動脈粥樣硬化形成過程的研究

動脈粥樣硬化的形成是一個緩慢的過程，其機制復雜，脂質代謝異常和炎癥反應相互影響，導致一系列級聯反應。脂質代謝和轉運異常是引起AS的重要因素，脂質代謝途徑包括[15]：①外源途徑，消化飲食中的脂肪；②內源性途徑，在肝臟及其他組織中合成的脂質；③膽固醇逆向轉運，從組織中去除膽固醇并將其返回肝臟的過程。巨噬細胞是脂質代謝的關鍵參與者，由于巨噬細胞很容易從垂死的細胞中吸收脂蛋白，因此巨噬細胞還具有從細胞中清除膽固醇的機制。如果不能從巨噬細胞中消除過量的膽固醇，則會導致泡沫細胞的產生。這種泡沫細胞是AS斑塊發展和破裂的一個重要因素[16]。在巨噬細胞泡沫細胞中觀察到的許多穩態反應，包括激活LXR靶基因，抑制SREBP靶基因，脂肪酸代謝的選擇性重編程和炎癥反應基因的抑制，都與去甾醇的調節積累有關。AS病變中的巨噬細胞激活是由動脈壁內產生的外源性促炎信號引起的，這些信號抑制了去甾醇的穩態和抗炎功能[17]。

引起動脈壁內促炎反應的誘因包括外部刺激和內源性誘導。外部刺激包括飲食、環境等因素。如Zhang等[18]人為污染的空氣可能會引起脂質代謝的失調從而導致動脈粥樣硬化的發生。其通過檢測PM2.5處理后的ApoE-/-小鼠脂質組學發現，在PM2.5暴露2個月后，CE、PC、PE、SM顯著增加，LPE、LPC、DG、TG減少，表明PM2.5可能擾亂甘油磷脂，甘油脂和鞘脂代謝。在停止PM2.5處理并恢復1個月后，對甘油磷脂和甘油脂代謝的影響仍然存在，同時體內炎癥因子IL-10仍然降低，說明其影響在恢復1個月后可能還會持續存在。另外，過多的飽和脂肪酸的攝入也會導致AS的發生，而在飲食之中加入不飽和脂肪酸，如二十碳五烯酸（EPA），則會預防AS的發生[19]。而內源性誘導可能包括基因缺陷、代謝酶缺失、血流動力學改變等因素。CYP17A1是一種具有17-α-羥化酶和C17,20-裂合酶活性的細胞色素P450酶，是產生孕激素、糖皮質激素、雄激素、雌激素和糖皮質激素的類固醇途徑中的關鍵因子。Aherrahrou[20]通過研究CYP17A1基因敲除的ApoE-/-小鼠發現，雄性KO小鼠中AS的增加與脂質譜的改變有關，LDL-C和CHO水平均顯著升高，而雌性KO小鼠確表現出相反的結果。因此，CYP17A1缺失會增加雄性小鼠AS的發生幾率。

1.2 脂質組學在心血管疾病中的應用

動脈粥樣硬化導致的心腦血管疾病是目前國內外發病率和死亡率最高的疾病，尤其是在中國[21]。由于AS是引起心血管疾?。–ardiovascular disease，CVD）關鍵的病理基礎，因此脂質代謝的改變在CVD中也起到關鍵作用。Stegemann等[22]在Bruneck研究的基礎上，通過脂質組學研究發現，膽固醇酯、溶血磷脂酰膽堿、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂和三酰甘油的個體水平與心血管疾病相關。低碳數和雙鍵含量的TAG和CEs具有對心血管疾病最強的預測價值，其中包括TAG（54:2）、CE（16:1）以及PE（36:5）。在傳統的危險因素之上考慮這3種脂類可以改善心血管疾病的危險辨別和分類。

1.2.1 影響心血管疾病進展的脂質

近年來，隨著對脂質代謝異常影響心血管疾病的認識加深，對脂質的研究也從過去的僅血脂四項，轉變為全脂質代謝譜的研究。通過脂質組學技術，分析不同心血管疾病下脂質的種類，及其數量、比例的差異變化，分析其中重要的影響因素。其中發現鞘酯在細胞膜完整性、細胞應激反應、炎癥信號轉導和細胞凋亡中均起著重要作用，是心血管疾病發生過程中重要的第二信使，神經酰胺也被認為是新型獨立的心血管相關風險因子[23]。

鞘酯（Sphingolipids）不僅是細胞膜的主要構成物質，它還是在機體內具有多種功能作用的脂質。鞘酯分為鞘磷脂、腦苷脂和神經節苷脂3類，某些種類的鞘脂已經作為代謝紊亂和慢性疾病的新型生物標志物出現。鞘酯參與飽和脂肪酸（Saturated fatty acids，SFA）的從頭合成，同時也參與LDL脂蛋白的吸收和ox-LDL的胞吞作用。神經酰胺（Ceramides，Cer）可以促進炎癥反應從而增加慢性疾病的風險。近些年一些前瞻性脂質組學研究也證明了，鞘酯與心血管疾病和2型糖尿病的發生有直接的關系，Cer的濃度增加提高了CVD的危險[24-25]。如Sigruener[26]在LURIC研究中篩選了3316名CVD受試者，對其血漿中PC，LPC，PE，SM和Cer的脂質種類進行分析，結果表明血漿甘油磷脂和鞘脂類物種是死亡率易于預測的指標。Zalloua[27]通過橫斷面研究CAD患者血清非靶向脂質組學，發現了34種鞘磷脂代謝物信號與血清HDL膽固醇之間存在顯著相關的證據。許多代謝產物也與血清LDL和總膽固醇水平有關，但與血清TG的關系不大，提示在冠心病患者中，鞘磷脂形式的鞘脂與血清脂蛋白和總膽固醇水平直接相關。

一般來說，攝入過多的飽和脂肪酸，體內的鞘酯，尤其是Cer濃度就會增加，而攝入多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA）則會降低血漿中Cer的濃度。一些跟飲食和心血管事件相關的脂質組學研究，對此加以了證明。如在芬蘭的一項試驗中，飲食中的SFA（如椰子油，黃油和奶酪）顯著增加了循環系統Cer（18:0），Cer（18:1），而飲食中的PUFA（如橄欖油，香蒜醬和堅果）并未顯著改變Cer的濃度[28]。針對亞洲人群的飲食研究也表明較低的SFA攝入量和較高的PUFA和蛋白質攝入量可能會降低幾種鞘脂類的血漿濃度[29]。雖然食用富含PUFA的食物可以稍微降低冠心病和心血管事件的風險，但對全因或心血管疾病的死亡率影響確很小甚至沒有影響[30]。

1.2.2 脂蛋白在心血管疾病中的作用

脂蛋白是導致冠狀動脈狹窄和心肌梗塞的AS斑塊發生和發展的主要參與者。LDL通過其在動脈內膜內的滯留、修飾和集聚而引起動脈粥樣硬化性心血管疾?。ˋSCVD）。然而并不是所有的LDL都可能引起脂質的聚集和泡沫細胞的產生，研究證明，只有那些易于凝集的LDL才是可以預測CVD致死率的因素[31]。而易于凝集的LDL中富含有SM和Cer，在鞘磷脂酶的作用下，分離出大量富含有Cer的LDL聚集體，聚集在動脈內膜上，通過蛋白水解、核心和表面脂質的脂解以及氧化等，形成泡沫細胞[32-33]。如果改變LDL顆粒的組成，其聚集敏感性就會得到改善，這就是臨床上有時候看到將LDL降到很低水平仍然控制不住ASCVD的發生發展，就是跟LDL中脂質的組成和聚集敏感性有密切的關系。

HDL因可以介導膽固醇的逆向轉運，使多余的膽固醇回到肝臟重新利用或排除，而被認為是可以抵抗CVD的重要保護因子。有證據表明HDL的血清水平與心血管疾病的風險呈負相關，還具有抗動脈粥樣硬化、抗氧化和抗炎等特性[34]。弗雷明漢心臟研究[35-36]證明HDL血清濃度具有與CVD發病率相反的作用關系，HDL濃度增加10 mg/dL不僅與降低心血管死亡率有關，而且與降低全因死亡率有關。然而一些研究確發現，在某些情況下，HDL對CVD的預防效果確并不理想，不僅對阻止AS毫無進展，反而增加了CVD的風險，使受試者死亡率增加[37]。這是因為在慢性炎癥環境中，HDL的蛋白質組和脂質核心成分構成發生了變化，使得HDL向功能障礙狀態轉變，反而成為促動脈粥樣硬化、促氧化和促炎癥反應的因素。脂質組學研究證明，在正常情況下，HDL組成以磷脂（主要是PC和SM）為主，其次是CE、TAG、FC[38]；但在慢性炎癥刺激下，HDL的脂質組成發生了變化，不僅脂質的質量下降，而且LPC（溶血磷脂酰膽堿）和FC的濃度增高，TAG替代了50%的CE[39]。HDL中較低的磷脂比例會損害膽固醇的外派[40]，并且HDL組成的差異與CVD的嚴重程度有關。

但是，就目前所進行的脂蛋白脂質組學的研究，數量十分有限，且所使用的樣本量較少，結果的可靠性有待驗證。因此要想獲得脂蛋白中脂質組成對CVD的發生和發展影響的可靠數據，開展大規模、高質量的流行病學研究是非常重要的。

1.3 脂質組學在腦血管疾病中的應用

脂質是大腦組成占比最高的一類成分，缺血性腦卒中往往會引起腦脂質組成及含量的細微變化，脂質有可能成為區分正常與病理狀態下的潛在生物標志物。如二?；视?、三磷酸肌醇等多個脂質分子是公認的第二信使，參與了機體復雜的信號通路傳導。氧化磷脂、氧化游離脂肪酸的蓄積往往伴隨著急性腦損傷及繼發的炎癥反應，LDL和HDL水平也與缺血性腦卒中的發生密切相關。而鞘酯作為生命中重要的脂質組成，在腦血管疾病中仍然被認為是重要的標志物質，對疾病的診斷和預后發揮著重要的作用。You[41]檢測了大動脈粥樣硬化腦血管疾?。↙arge artery atherosclerosis，LAA）、腦小血管疾?。–erebral small vessel disease，CSVD）、法布里?。‵abry disease，FD）患者和正常人之間的血漿鞘脂，檢出276種鞘脂，包括39種Cer，3種磷酸神經酰胺，72種鞘糖脂和162種SM。LAA和年齡相關的CSVD中神經酰胺均升高，這與類似的危險因素和動脈硬化的病理生理過程有關；在與年齡有關的CSVD和法布里病中，SM均升高，提示SM升高可能與CSVD相關；糖鞘脂在法布里病中增加。了解脂質類型和數量的變化，對于腦血管疾病的早期篩查，以及制定相應的一級和二級預防方案都有重要的指導意義。

PUFA對腦神經具有保護作用，有研究表明多不飽和的PC水平與認知功能之間存在聯系，PC水平下降會導致認知能力的下降[42]，PC可以提供大量的膽堿并維持神經元膜的結構完整性。PE是細胞膜流動性的關鍵調節劑，對細胞運輸非常重要，腦內PE水平下降可能與神經元死亡有關[43]。長期補充PUFA，比如橄欖油，可以降低中風大鼠腦組織的氧化應激和細胞損傷，以及炎癥反應[44]。而長期使用富含飽和脂肪酸的飲食模式，會改變大腦中脂質的組成[45]。關于腦中脂質組學研究還不是很多，由于涉及到倫理問題，多是以動物實驗為主。而血脂質組和腦脂質組之間的相互作用也有待于進一步研究，但不可否認脂質組學的研究方法將為我們揭開更多的腦血管疾病的病因、病機。

1.4 脂質組學在治療藥物研發及新靶點發現中的應用

雖然脂質組學尚未應用于臨床試驗，但已經開始在治療靶點和藥物研發中發揮重要的作用。脂質組學能夠比較不同他汀類藥物的降脂效果，盡管這些研究中檢測到的大多數分子脂質的作用還沒有被確定，但仍然可以為治療藥物的研發和尋找靶點提供線索[46-47]。前瞻性脂質組學分析應用到兩個他汀類藥物（瑞舒伐他汀和阿托伐他?。┰谥委熤械谋容^。阿托伐他汀和瑞舒伐他汀降低血漿SM濃度。瑞舒伐他汀增加PCs的血漿濃度，而阿托伐他汀降低PCs的血漿濃度。與阿托伐他汀相比，用瑞舒伐他汀治療可觀察到SM/SM+PC比率降低更多。SM水平的升高，常常導致過早的心血管疾病的發生。因此，改善SM/PC比值可能控制AS的發生[48-49]。

脂肪從頭合成（De novo lipogenesis，DNL）是指將葡萄糖和其他底物向脂質的轉化，其通常與異位脂質蓄積、代謝應激和胰島素抵抗有關，尤其是在肝臟中。器官特異性DNL可以產生具有有益的代謝生物活性的獨特脂質，這引起了人們對其治療代謝疾病的興趣。如棕櫚油酸酯（Palmitoleate，PAO）當它從肥胖的脂肪組織重新產生時，就可以起到調節肝臟中的脂質代謝并提高骨骼肌中的葡萄糖利用率的作用。利用PAO治療后，可以喚起巨噬細胞和小鼠組織中內質網（Endoplasmic reticulum，ER）中整個脂質組學重構，這與ER對高脂血癥應激的抵抗有關。同時，長期補充PAO還可以降低高血脂癥小鼠體內的全身IL-1β和IL-18濃度[50]。因此口服DNL補充劑可以作為預防復雜性代謝疾病和炎癥疾病，限制AS發展的治療藥物。飲食中加入n-3多不飽和脂肪酸，包括EPA用作脂質介體形成的底物，脂質介體通過Erv1/Chemr23信號路徑轉導有效的抗炎和促溶作用[19]。

靶向巨噬細胞代謝可改善動脈粥樣硬化的結局，ATP檸檬酸裂解酶（Acly）可以作為穩定動脈粥樣硬化斑塊的一個有前途的治療靶點。Baardman[51]證明髓系Acly缺乏誘導了一種穩定的斑塊表型，其特征是增加膠原沉積和纖維帽厚度，以及較小的壞死核心。脂質組學和轉錄特性表明，體外巨噬細胞內的脂肪酸和膽固醇生物合成被解除，減少肝臟X受體激活。這使得巨噬細胞更容易發生凋亡，同時保持吞噬凋亡細胞的能力。因此，通過脂質組學研究可以發現治療心血管疾病，控制動脈粥樣硬化新的靶點，為新藥的研發提供依據。

2 脂質組學在中醫藥治療心血管疾病研究中的應用方向

2.1 脂質組學與中醫理論的相關性

脂質組學以機體所有脂質在生理、病理狀態下的變化情況為觀察對象，與基因組學、蛋白組學、代謝組學一樣，均將機體視為一個系統的生物體，闡釋生命體脂質整體變化水平，是系統生物學的重要組成部分。整體觀是中醫的理論基礎，認為人體是一個有機整體，構成人體的各個組成部分在結構上不可分割，在功能上相互協調、相互為用，在病理上相互影響。人體只有維持動態平衡才能保持健康狀態，當這種平衡被打破后就會產生疾病。正如《素問·生氣通天論》中所說：“陰平陽秘，精神乃治，陰陽離決，精氣乃絕?！比梭w的陰陽平衡，相互協調就是一個系統學概念。將脂質組學引入到人體，體內所有脂質維持動態平衡就不會發生疾病，但當脂質代謝失調，脂質的構成比例、脂質結構發生變化時，就會引起一系列疾病。因此，從理論上，脂質組學研究的內容與中醫整體觀理論相應。

2.2 脂質組學可用于中醫對心腦血管疾病證侯的研究

中醫證侯是指在疾病過程中機體整體的動態、病理反應，包含了疾病的病因、病位、病性，以及機體正氣對邪氣的相互抗爭，是疾病表現于外的具體體現。中醫證候具有多變性、模糊性、復雜性等特點，因此對以現代醫學概念理解中醫證候帶來了極大的困難，以客觀量化標準說明中醫證候特點提出了挑戰。脂質組學作為代謝組學的分支，可以分析出某些特異性的脂質生物標記物與部分“證”之間的關系。脂質組學在中醫證侯本質研究中有幾點優勢，如脂質組學與中醫整體觀具有一致性，可以揭示證本質的生物標志物，在復方中藥研究中具有一定的優勢[52-53]。如Zhu[54]通過建立大鼠肝陽上亢證的高血壓動物模型，從肝臟中檢測出甘油脂類、甘油磷脂類、鞘脂類等脂質代謝物是其可能的生物標志物，對脂質在高血壓疾病證候中的影響進行探索研究。

因此，可以借鑒脂質組學對中醫證侯研究，開展心腦血管證侯疾病模式下的脂質組學研究。如中醫對冠心病的證候分為標實證和本虛證共8型[55]，通過對不同證型的脂質組學變化，闡明心血管疾病中證候的脂質代謝輪廓差異，尋找不同證型的物質基礎，可以為中醫心血管疾病的證候客觀化、定量化、證本質研究提供依據[56]。但目前脂質組學對中醫證候的研究還處于探索階段，缺乏大規模的實驗研究和臨床驗證。

2.3 脂質組學可對防治心腦血管疾病中藥藥效作用機制開展研究

脂質組學最初在中醫藥中的探索研究是從中藥及其復方藥效作用開始的，通過建立疾病模型，尋找潛在的生物標志物。如通過建立腎陽虛外感小鼠動物模型，用麻黃細辛附子湯加以干預治療，鑒定出17個潛在生物標志物[57]。由于中藥成分復雜，在治療疾病過程中具有多組分、多靶點、多途徑的特征，因脂質組學技術能夠識別多種差異的脂質代謝物，可以反應中藥多途徑修復脂質代謝達到治療疾病的目的，這在以脂質代謝異常為基本病理因素的心腦血管疾病中，優能凸顯其優勢。Zhang、Zhu[58-60]等研究者利用UPLC-Q-TOF-MS技術研究中藥干預缺血性腦卒中的腦脂質組學、痰瘀互結型冠心病的血漿脂質組學和尿液脂質組學，分別鑒定出了不同的差異脂質代謝物，這些差異物質有待于臨床的進一步驗證。未來系統生物學技術將更多的加以整合，多組學技術交叉研究，有利于深入挖掘中醫藥的作用機制，以及中藥在調節脂質代謝，治療心腦血管疾病的生物途徑和活性靶點。

3 結語

脂質組學在血管健康研究和局部缺血性心臟病、腦血管疾病中的應用已通過對包括脂質類別、氧化脂質、脂肪飽和度等在內的多種脂質進行了全面而系統的定量分析，證明了其在人群概況分析，發病機制研究，生物標志物的鑒定以及治療反應監測中的效用。中醫藥由于其多靶點、多途徑的治療方式，在動脈粥樣硬化引起的心腦血管疾病的治療中具有顯著的療效，脂質組學的研究方法將為揭開中醫疾病證侯變化和中藥作用機制、作用靶點發揮重要的作用。