代谢组学在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的研究进展_王治财.pdf

安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2023 Jul，27（7）代谢组学在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的研究进展王治财1，2，仓彦2作者单位：1安徽理工大学医学院，安徽 淮南232000；2同济大学附属上海市第十人民医院心内科，上海200072通信作者：仓彦，男，副主任医师，研究方向为心血管病学，Email：cang_摘要：冠状动脉粥样硬化性心脏病（简称冠心病）是最常见的临床心血管疾病，也是世界范围内诱导人死亡的最主要疾病。冠心病病人体液中代谢物浓度的变化反映了冠心病的发病和发展过程，也是心脏功能障碍的生物学特征，这促使人们利用代谢组学探索新的生物标志物来更好地阐明冠心病的机制。代谢组学在冠心病中的应用有助于冠心病的早期诊断，个体化治疗和预测其预后。该研究简要阐述了国内外冠心病代谢组学的研究现状，利用代谢组学为冠心病机制的进一步研究提供依据。关键词：冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）；代谢组学；生物标志物；肌酸激酶；脂蛋白类；气相色谱-质谱法Research progress on metabonomics of coronary heart diseaseWANG Zhicai1,2,CANG Yan2Author Affiliations:1School of Medicine,Anhui University of Science and Technology,Huainan,Anhui 232000,China;2Department of Cardiology,Shanghai Tenth Peoples Hospital,Tongji University School of Medicine,Shanghai 200072,ChinaAbstract：Coronary heart disease(CHD)is the most common clinical cardiovascular disease,and it is also the main serious disease inducing human death all over the world.The changes of metabolite concentrations in body fluids of patients with coronary heart disease reflect the pathogenesis and development of coronary heart disease,and are also the biological characteristics of cardiac dysfunction.Metabonomics research can find new biomarkers to better clarify the mechanism of coronary heart disease,which is helpful to the early diagnosis,individualized treatment and prognosis of coronary heart disease.Therefore,the study of metabonomics in coronary heart disease is of great significance,and it is also a new field in system biology.This paper briefly describes the research status of metabonomics of coronary heart disease at home and abroad,in order to provide basis for further study of the mechanism of coronary heart disease by using metabonomics.Key words：Coronary heart disease;Metabolomics;Biomarkers;Creatine kinase;Lipoproteins;Gas chromatography-mass spectrometry冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）是全球诱导人死亡的主要疾病 1。复杂的分子机制是心血管疾病发病的主要特征，代谢紊乱参与心血管疾病的进展，促使人们运用代谢组学去研究冠心病的发病机制及疾病进展过程，通过代谢组学在临床病人中识别生物标志物及致病通路，再通过基础医学研究证明差异代谢物或通路的机制，最终运用于临床诊断和治疗。代谢组学是对生物系统中代谢物的定性和定量组成的研究2，应用代谢组学去识别疾病中的生物标志物变得越来越流行。近年来代谢组学在识别冠心病生物标志物方面取得了很大的进展，但是仍然不充分。对于急性冠脉综合征病人，通过对代谢物的检测发现了肌红蛋白，肌钙蛋白I和肌钙蛋白T等标志物，可以通过这些生化指标对急性心肌梗死病人进行诊断，但是心肌肌钙蛋白作为诊断心肌损伤的特异度生化标志物，灵敏度高，特异度低，且只能在症状出现后至少6 h才能达到峰值，造成了心肌标志物的不理想，对于慢性冠脉疾病病人尚未有显著的诊断性生物标志物应用于临床。因此我们期待利用代谢组学发现心血管疾病新的标志物，优化生物标志物对冠心病的诊断标准。疾病的发病机制和诊断疾病的生物标志物可以通过人体体液代谢谱来实现，如果通过代谢组学准确地表征冠心病特征，进而可以有针对性地进行治疗，避免使用不必要的治疗手段和资源。1冠心病1.1冠心病的定义及流行病学特征冠心病是由动脉粥样硬化引起的冠脉管腔狭窄或闭塞的一种综述引用本文：王治财，仓彦.代谢组学在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的研究进展 J.安徽医药，2023，27（7）：1293-1297.DOI：10.3969/j.issn.1009-6469.2023.07.005.综述1293安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2023 Jul，27（7）缺血性心脏病，主要包括慢性冠脉疾病和急性冠脉综合征，其中慢性冠脉疾病主要有稳定型心绞痛（stable angina，SA）、无症状性冠心病和缺血性心肌病三种类型，急性冠脉综合征（acute coronary syndrome，ACS）主要有不稳定型心绞痛（unstable angina，UA）、非ST段抬高型心肌梗死（non-ST-elevation MI，NSTEMI）和 ST 段抬高型心肌梗死（ST-segment elevation myocardial infarction，STEMI）三种类型3。冠心病是世界范围内严重损害人类健康的疾病，根据2018年NHIS调查数据显示估计冠心病在白人中患病率为5.7%，在黑人中患病率为5.4%，在美国印第安人/阿拉斯加土著中患病率为 8.6%，在18岁以上的亚洲人中患病率为4.4%4。基于冠心病的高患病率，目前冠心病诊断金标准是冠脉造影，主要治疗手段为经皮腔内冠状动脉成形术、经皮腔内冠状动脉介入术和冠脉搭桥手术，但尚未有能够逆转动脉硬化性疾病的药物。从而促使人们去探索冠心病的机制，以期寻找较为显著的通路和标志物，对冠心病起到更好的治疗作用。1.2生物标志物1.2.1ACS生物标志物ACS心肌标志物方面已经取得了很大进展，但高死亡率和发病率仍然是世界范围内的首要问题。发现理想的生化标志物有助于 对 急 性 心 肌 梗 死（acute myocardial infarction，AMI）病人早期诊断、个体化治疗、风险评估及预测疾病的预后，从而降低病人的死亡率。目前主要应用于临床的心脏标志物有肌酸激酶（creatine kinase，CK）、肌红蛋白、TnC、TnI和TnT。大多数化验指标对 AMI的诊断尚不充分。CK-MB在心肌损伤后49 h开始升高，对诊断AMI具有参考价值5，它的缺点是在早期不能够达到峰值，且存在于恶性肿瘤、肺栓塞、肌肉栓塞等疾病中造成诊断AMI时产生假阳性的结果。肌红蛋白在AMI病人中 610 h 升高是 AMI 的敏感标志物，但无特异性6。目前参与AMI诊断的最重要的心肌肌钙蛋白（cTn）标志物是TnT、TnI和TnC7。但这些标志物的灵敏度高，特异度低，并且在AMI 6 h后才能出现峰值，因此目前存在的生物标志物仍不够理想。1.2.2慢性冠脉疾病生物标志物生物标志物在慢性冠脉疾病病人的诊断方面已经取得很大的进展，可用于识别可能需要预防性治疗的阻塞性心血管疾病病人，然而目前的临床实践指南并不推荐在稳定型冠心病病人的临床实践中常规使用生物标志物进行诊断。除了心肌标志物的诊断作用，它还可以预测慢性冠心病病人发生主要不良心血管事件的风险。Rusnak 等8对稳定型心绞痛病人心肌标志物进行综述表明，生物标志物（纤维蛋白原、hs-CRP、脂蛋白相关 PA2、脂蛋白 a、hs-肌钙蛋白、NT-proBNP 和胱抑素 C）可以检测出超过既定风险评分的病人，但是满足这些必要标准的理想生物标志物是不存在的。Mccarthy等9表明，对于临床医生来说，目前稳定型冠心病病人的预后不可预测，利用生物标志物诊断冠心病和预测稳定型冠心病的终点事件是具有挑战性的，研究人员研究了大量的生物标志物对冠心病病人的预后和诊断价值，但在稳定型冠心病病人中使生物标志物从基础研究过渡到临床实践，还需要进一步的临床试验。2代谢组学2.1概念及实验分析方法代谢组学是对体液中代谢物（小分子1.5 kDa）的定性和定量评估。代谢物是遗传转录和翻译过程的下游，被认为与疾病表型密切相关。代谢组学包括靶向代谢组学研究和非靶向代谢组学研究。靶向代谢组学研究是用代谢组学方法识别具有调节生物学功能的特定生物通路相关的代谢物10，其特征是测量预先确认的代谢物。与靶向代谢组学相比，非靶向代谢组学显得更为流行，它是建立在包含具有良好特征的代谢产物谱作为标准的“代谢产物库”基础上，进行全面性测量比较进而研究多种代谢物11，通过筛查差异代谢物将细胞通路与生物机制联系起来，促进了我们对疾病机制的理解，为其临床转化铺平道路。核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）波谱在代谢组学领域有着广泛的应用，不仅适用于液体样品，也适用于固体、气相组织样品12。NMR的优点是样品的可重复利用性、较少受仪器变异性的影响、定量的优势，主要缺点是灵敏度和分辨率比MS低、NMR波谱分析的复杂性13。质谱与色谱串联技术平台通常被用于代谢组学的检测中，主要包括 液 相 色 谱/质 谱 法（liquid chromatography/mass spectrometry，LC/MS）、气相色谱/质谱法（gas chromatography/mass spectrometry，GC/MS）及毛细管电泳/质谱法（capillary electrophoresis/mass spectrometry，CE/MS）。其中LC/MS特别是超高效液相色质谱（ultra-high-performance liquid chromatography/mass spectrometry，UPLC/MS）是最广泛使用的方法，主要原因是LC可用大量可访问的仪器、开源数据、处理软件分离和检测代谢物；LC-MS的缺点是：离子抑制。气相色谱的优势是：分离效率高，保留时间重复性好14；缺陷是：易热性分析物的损失、复杂的样品制备、更高的变异性。CE可以应用于非常低的样品量，但是由于CE-ESI接口的灵敏度较差，目前在商业上已经开发了新的可用接口可用作GC和LC-1294安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2023 Jul，27（7）MS的补充 15，因此为这种方法开辟了广