脂质组学在自身免疫性疾病中的应用进展

武丹彤，张月，常亚娟，艾民

(1.黑龙江中医药大学附属第一医院检验科，哈尔滨 150040； 2.黑龙江中医药大学教育部北药基础与应用研究重点实验室，哈尔滨 150040)

自身免疫性疾病(autoimmune diseases，AID)是指由一系列遗传、环境、激素和代谢等因素相互作用而导致的自身免疫系统自稳功能异常，机体对自身抗原耐受性丧失，同时促进慢性炎症，从而导致多器官组织损伤的高度异质性疾病[1]。目前，其临床诊断主要基于患者的症状描述、临床医师体征观察和检验指标。检验项目主要包括抗核抗体、免疫球蛋白及补体、血常规和红细胞沉降率等[2-3]。脂质组学是以基因组学、蛋白质组学和代谢组学为代表的组学研究中的最新成员，是近年快速发展的新领域。脂质组学技术可鉴定和量化生物体内的脂质分子水平，而脂质代谢产物变化反映机体生理病理状况，故可应用于探究疾病发病机制和寻找其潜在靶点、发现疾病早期诊断和预后的潜在生物标志物等方面[4]。随着对AID研究的深入，已有大量研究表明脂质代谢紊乱与AID的发生发展有关[5-8]。未来，脂质组学有望成为筛选AID新靶点的有效途径，从而辅助AID临床诊断和治疗[9]。此外，由于脂质结构的复杂性和多样性，现阶段脂质组学在脂质提取分离、样品分析和数据处理等环节仍需要不断改进[10]。现就脂质组学在AID中的应用进展予以综述，以期拓展脂质组学在AID相关研究中的思路。

1 脂质组学概述

脂质是细胞膜和脂质颗粒的重要组成部分，参与物质运输、信号转导、分子识别和能量储存等，脂质分类系统基于酮酰基和异戊二烯基团的存在将脂质分为八类：脂肪酸类、甘油酯类、甘油磷脂类、鞘脂类、固醇脂类、糖脂类、孕烯醇酮脂类和多聚乙烯类[11]。

脂质组学是对生物体内脂质进行系统分析的一门新兴学科，通过比较不同病理生理状态下体内所有脂质小分子代谢物的变化，识别代谢调控中关键的脂质生物标志物，揭示脂质在机体生理病理变化中的作用机制[12]。自2003年脂质组学学科出现以来，不断发展的分析技术极大地推动了该领域的发展。脂质组学可与转录组学、蛋白质组学和代谢组学等技术相结合，多组学联合分析的生物标志物可应用于疾病发病机制、诊断和分期、药物治疗等研究领域。脂质组学的主要分析技术为液相色谱-质谱和气相色谱-质谱，其研究流程主要包括样本采集后进行脂质提取分离、脂质提取物在质谱仪中进行分析，以及将获得的数据进行生物信息学和统计学分析[13-14]。

脂质在许多生物过程中均起至关重要的作用，脂质代谢异常参与机体代谢、免疫调节和炎症等过程，与多种疾病的发生和病情进展密接相关[15]。目前，脂质组学技术已应用于肝肾疾病及肿瘤等的病理机制和生物标志物的研究[16-19]。

2 AID与脂质代谢

AID发病机制复杂，往往是多种机制共同作用的结果，目前其病因尚未完全清楚。脂质代谢异常可影响细胞间和细胞内信号转导以及免疫应答调节过程，有证据表明脂质代谢可能与AID的发生发展密切相关[20-21]。AID主要分为器官特异性AID和系统性AID。其中，器官特异性AID主要指抗原在特定器官中表达，激活自身抗体导致特定器官组织损伤，主要包括1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)、重症肌无力、自身免疫性肝炎等。系统性AID指针对分散在整个机体中的自身抗原产生自身免疫反应，最终导致广泛的组织损伤，主要包括类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)、系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)、强直性脊柱炎等[22]。

饮食、病毒感染、环境因素等导致脂质代谢异常，刺激机体自身免疫级联反应，引起AID。其中，T1DM患者会出现血脂异常和高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)功能障碍，血浆中三酰甘油、磷脂酰胆碱、鞘磷脂和神经酰胺水平下降[23]。与T1DM类似，SLE与动脉粥样硬化、冠心病等之间存在紧密联系，SLE患者的血清总胆固醇(total cholesterol，TC)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)和三酰甘油水平升高，HDL水平下降[24]。另一种与脂质代谢异常相关的AID为RA，RA患者HDL和TC水平显著降低、LDL水平升高，TC/HDL和LDL/HDL比值均增加，表明疾病活动性与脂蛋白水平之间存在相关性[25]。此外，研究表明低脂饮食或服用降脂类药物可有效缓解自身免疫症状[26]。

在T1DM、SLE和RA患者中发现的脂蛋白模式异常改变表明脂质代谢失调参与AID的发生进展，且通常会增加患者心血管疾病的发生风险并加重病情。因此，探究脂质代谢途径在AID中的发病机制可为其治疗提供新思路。

3 脂质组学与AID

鉴于脂质代谢与AID的密切关系，脂质组学技术通过对大量脂质进行非靶向定性分析和靶向定量检测，在AID潜在机制、早期诊断和药物疗效等方面具有巨大的应用前景。

3.1脂质组学与T1DM T1DM是一种由先天性和适应性免疫系统相互作用导致胰岛β细胞破坏、胰岛素分泌不足，从而导致血糖水平升高的慢性AID，患者需要终生依赖胰岛素，且容易出现多种严重的并发症[27]。

脂肪组织通过脂肪分解释放出的游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)是一种重要的能量来源，血浆FFA水平和分布改变会导致胰岛素抵抗和凝血功能增强，参与心血管疾病的发展。近期一项研究应用气相色谱-质谱联用技术对44例T1DM患者和44名健康对照者血浆中的FFA种类和水平进行检测，发现T1DM组的血浆总FFA、总饱和FFA、总不饱和FFA、总n-6 FFA和总n-3 FFA的水平较对照组下降，且与糖化血红蛋白水平呈负相关[28]。同时，T1DM组饱和/不饱和FFA及n-3 FFA/n-6 FFA比例较高，血浆FFA中肉豆蔻酸、棕榈油酸酯、棕榈酸酯等水平降低。不同FFA具有不同的功能，如长链脂肪酸会影响细胞膜的通透性和流动性，多不饱和脂肪酸下调促炎细胞因子发挥抗炎作用等，T1DM患者血浆FFA谱变化的确切机制目前尚不清楚。Overgaard等[29]通过液相色谱-电喷雾电离-串联质谱技术对123例青少年T1DM患者在诊断后的第1、3、6和12个月的血浆进行脂质组学研究。结果表明，在诊断1个月时胆固醇、二酰甘油和三酰甘油水平与 1～6个月的C肽水平变化有关。脂质组学是研究T1DM病情发展的新兴技术，在疾病发展的不同阶段脂质组学评估的指标有望更好地了解脂质代谢失调对β细胞破坏的影响。

鞘脂是一类由鞘氨醇主链组成的脂质，它是细胞膜的关键成分，并可调节细胞凋亡、增殖等细胞生物过程。此外，鞘脂代谢物(如糖鞘脂和神经酰胺)可促进胰岛素抵抗、调节胰岛β细胞功能，在T1DM中具有重要作用[30]。Holm等[31]分离T1DM患者的胰岛进行检测，发现与鞘脂代谢相关的13个基因表达量下降，这些参与鞘脂代谢的基因与T1DM的遗传易感性和发病相关。糖尿病肾病是糖尿病患者的主要并发症之一，而脂质代谢途径异常与糖尿病肾病的发展密切相关。有学者对432例T1DM患者进行血浆鞘脂分析，通过高效液相色谱-串联质谱技术对己糖基神经酰胺和乳糖基神经酰胺进行检测以评估血浆鞘糖脂是否可以预测糖尿病肾病的发病情况，结果发现T1DM患者肾小球滤过率下降趋势与己糖神经酰胺水平升高显著相关[32]。以上研究表明，脂质组学在T1DM鉴别诊断和病情监测方面具有一定潜力。

3.2脂质组学与RA RA是一种好发于中老年女性的慢性炎性AID，病变主要侵及小关节，关节损伤日益严重，最后导致不同程度的关节功能障碍和畸形，同时在临床常伴有全身性影响，如血脂和血压升高，并增加心血管疾病发生风险[33-34]。

有研究使用液相色谱-质谱技术对124例RA患者和56名健康对照者进行脂质组学分析，以评估FFA水平及其与临床检测指标的相关性。结果表明，两组血清总FFA水平相似，但RA患者血清中的棕榈酸(16∶0)、棕榈油酸(16 ∶1w7)、油酸(18∶1w9)和花生四烯酸(20∶4w6)水平下降，且发病持续时间与硬脂酸、棕榈酸、棕榈油酸、花生四烯酸等呈正相关[35]。花生四烯酸和亚油酸的氧化产物可增加LDL氧化，并抑制HDL功能。有学者通过液相色谱-串联质谱技术检测RA患者血浆和滑膜液中花生四烯酸和亚油酸的氧化产物[5-羟基二十碳四烯酸(hydroxyeicosatetraenoic acid，HETE)、12-HETE、15-HETE、9-羟基十八碳二烯酸(hydroxyo-ctadecadienoic acid，HODE)和13-HODE]水平，结果表明活动期RA患者5-HETE、15-HETE、9-HODE和13-HODE水平显著升高。且活动期RA患者脂蛋白中的氧化脂肪酸积累增加，从而导致HDL功能受损和动脉粥样硬化发生风险增加[36]。莱姆关节炎(Lyme arthritis，LA)是一种继发于伯氏疏螺旋体感染的慢性炎症性关节炎，它与RA临床症状类似,但后续疾病治疗方法不同。uczaj等[37]使用液相色谱-质谱联用技术对9例RA患者、9例LA 患者和9名健康志愿者的血浆进行脂质组学分析。在三组血浆中鉴定出114种磷脂，其中三组的磷脂谱比较差异有统计学意义，且LA患者血浆中的溶血磷脂酰胆碱(14∶0)和溶血磷脂酰乙醇胺(14∶0)水平高于RA患者；溶血磷脂酰胆碱和溶血磷脂酰乙醇胺与磷脂代谢密切相关并参与炎症反应[38]。这些结果为阐明RA和LA发生发展的相关机制及今后探索相关疾病的新型诊断标志物奠定了基础。

3.3脂质组学与其他AID 银屑病是一种常见的慢性炎性皮肤病，病程较长、易复发，主要累及皮肤和关节[39]。一项研究应用超高效液相色谱-串联四极杆质谱技术对45例银屑病患者和45名健康志愿者的血浆样本进行非靶向脂质代谢物特征分析，并应用酶联免疫吸附试验对差异表达的脂质进行检测。结果表明，银屑病患者血浆中溶血磷脂酸、溶血磷脂酰胆碱和磷脂酸水平升高，磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱水平下降[40]。SLE是临床常见的全身AID，多见于育龄期女性，以关节、皮肤、肾脏和血管等多器官损伤为特征；此外，SLE患者患动脉粥样硬化和心血管疾病的风险增加[41]。研究表明，SLE患者磷脂水平变化明显，其中脂肪酸和鞘脂水平降低，这可能与氧化代谢增强有关；与健康对照者相比，SLE患者血清中缩醛磷脂酰乙醇胺种类显著减少，氧化应激标志物4-羟基壬烯醛水平升高[42]。此外，有学者使用超高效液相色谱对230例干燥综合征患者和240名健康对照的血清样本进行脂质组学分析，发现干燥综合征代谢紊乱可能与脂质氧化、脂肪酸氧化和能量代谢有关，患者血清中的磷脂酰胆碱(18∶0/22∶5)和甘油三酸酯(16∶0/18∶0/18∶1)水平升高，酰基肉碱(12∶0)水平下降[43]。这进一步阐明脂质调节对各种AID患病风险的影响至关重要。

4 小结与展望

脂类在许多细胞内和细胞间信号通路中起关键作用并可以维持细胞和组织稳态，调节细胞增殖、凋亡、血管生成和炎症等多种生物学过程。脂质代谢可以直接或间接地反映脂质与细胞、组织和机体的相互作用以及生理病理状况[44]。AID与血脂异常有关，脂质种类和水平变化参与T1DM、RA和SLE等AID发病机制[45]。AID的临床症状隐匿或与其他疾病的症状相似，目前临床相关检测项目在特异性和敏感性上尚存在诸多不足；AID属于慢性疾病，缺乏有效的诊断,造成患者不能及时进行有效治疗[46]。而脂质组学通过比较不同生理或病理状态下脂质代谢的变化反映机体功能状态，在AID的应用中具有广阔前景。

尽管近年来取得了巨大进步，但目前脂质组学研究尚处于起步阶段。脂质组学的临床应用还存在诸多问题亟待解决：①鉴于脂质化学成分和结构复杂性及相关检测分析手段的局限性，脂质组学领域的研究落后于其他组学。脂质组学技术在样本制备、检测流程和数据处理等环节需要做到标准化、自动化和批量化。检验前样本处理是影响检验结果的重要因素之一，目前脂质组学分析对样本处理要求较高，研究表明如果样品在室温下放置时间过长许多酶促和化学反应将继续进行，造成结果分析时存在误差[22,47]。②AID发病机制复杂，要实现对AID中脂质组学进行精确和全面的评估并将其与其他组学进行联合分析，以达到多组学数据整合并相互补充验证，需今后不断发展和改进相关数据挖掘平台和生物信息资源[48]。③目前针对AID的脂质组学的研究相对较少，其检测筛选的潜在生物标志物需在临床应用中反复验证。今后需要进一步的大型人群队列研究充分验证脂质代谢变化并确定靶向生物标志物，从而应用于AID早期诊断、监测疾病发展和评估治疗效果。