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本文刊于：中华心血管病杂志, 2022,50(6) : 615-618 作者：蔡景景1 刘寅2 高静1 单位：1天津医科大学胸科临床学院，2天津市胸科医院心内科 摘要 大量研究表明脂质在高血压、冠心病、心肌病、心力衰竭等心血管疾病中发挥着重要作用。近年来，脂质组学已成为心血管疾病的研究热点，有助于预测心血管事件的发生、早期诊断及预后的评估，可能为心血管疾病提供更好的生物标志物和新的治疗靶点。本文对心血管系统脂质组学近年的研究进展进行了综述。心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）包括高血压、冠心病、心肌病、心力衰竭等，是世界范围内主要的死亡原因，约占全世界所有死亡人数的30%［1］。其发生发展涉及多种因素，建立有效的CVD生物标志物对于CVD的治疗和有效筛查CVD的潜在风险至关重要。脂质分子是心肌细胞膜的重要结构成分，与动脉粥样硬化、心肌梗死、高血压、心肌病、心力衰竭等疾病的发生发展密切相关。20世纪50年代的一项研究发现饱和脂肪与CVD的死亡率密切相关［2］。自此，脂质组学与心血管系统疾病的关系成为研究的热点。研究表明脂质组学有助于CVD风险预测、早期诊断及预后的评估［3］。探索新的独特的脂质种类和CVD之间的相关性将为临床诊治提供新的方向。1.脂质：脂质普遍存在于人体内，作为能量储存和细胞信号通路的介质，发挥着重要作用［4］。脂类根据功能可分脂肪酸类、甘油脂类、甘油磷脂、鞘脂、甾醇脂（固醇脂类）、戊醇脂（孕烯醇酮脂类）、糖脂类及多酮（多聚乙烯类）8大类。脂质代谢紊乱可以诱发、调节或加速一系列的急慢性疾病，如肾脏疾病、CVD、糖尿病、肝病和神经系统疾病，甚至癌症等。 心脏由多种类型的细胞和组织组成。20世纪50年代Gray和Macfarlane［5］首次通过色谱分离方法从牛心脏中分离并确定了磷脂。心磷脂是线粒体膜内的主要磷脂，在心脏中含量丰富，负责线粒体结构和线粒体膜内蛋白的功能，是呼吸链中电子的有效转移和超级复合物的形成所必需的［6］。脂肪酸是心脏的主要燃料来源，在三羧酸循环中，主要通过β氧化和随后的氧化-还原反应利用脂肪酸产生腺苷三磷酸［7］。构成心脏组织的脂质主要包括游离脂肪酸、甘油三酯、二甘油酯、心磷脂、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱等［8］。脂质分子在心脏能量产生、质膜和细胞器组成以及CVD的进展和发病机制（如动脉粥样硬化斑块的形成）中起着重要作用。2.脂质组学：脂质组学通过对生物体、组织或细胞中的脂质以及与其相互作用的分子进行全面系统的分析、鉴定，了解脂质的结构和功能，进而揭示脂质代谢与细胞、器官乃至机体的生理、病理过程之间的关系。脂质组学起源于代谢组学，在2003年出现并迅速发展，致力于生物有机质代谢产物的定性和定量筛选。鉴于脂质在病理生理学中的关键作用，脂质组学对提高未来疾病风险的预测、发现疾病的相关机制、确定对特定疗法有反应的患者群体等至关重要。1.液相色谱质谱联用法（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）：LC-MS因其成本相对较低、灵敏度较高而成为脂质组学研究的热门方法之一。目前最流行的方法是使用二氯甲烷-甲醇或丁醇-甲醇的混合物进行液-液萃取［9, 10］。LC-MS能够以高灵敏度测量数千种脂质，并且需要的样本量非常小。然而，由于分离时间的相似性，LC-MS不能检测到可能在CVD的发展中起重要作用的脂类异构体。此外，由于离子抑制，LC-MS会减少到达检测器的离子数量，降低了检测能力和测量精度。2.鸟枪脂质组学：鸟枪脂质组学是脂质组学研究初期流行的一种技术，它将脂质直接注入电喷雾电离质谱仪（ESI/MS）进行脂质检测，操作相对简单，可以在较短的时间对数百种脂质进行定量［11］。但它的灵敏度较低，在注入ESI/MS之前需要分离脂质组分。3.核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）：近年来，NMR越来越多地被用于脂质体的评估，其功能依赖于原子核固有的核自旋，从而产生与它们相关的磁场。NMR可以有效、准确地定量脂蛋白亚类中的总胆固醇、总磷脂和总鞘磷脂的含量，也用于研究脂质的结构和细胞功能，及其与蛋白质、多肽和小分子的相互作用，为分析溶液和固体中的脂质结构提供了一种有用的工具［12, 13］。但是，由于脂蛋白是由各种脂类组成的复杂化合物，利用NMR很难识别脂蛋白亚类中的单个脂类，且测量时间相对较长，样品吞吐量较低。与LC-MS相比，它灵敏度较低，需要更多的样品。脂质失衡对CVD的发生和发展至关重要。尽管高、低密度脂蛋白在临床诊断中被广泛用作CVD风险标志物，但脂质研究表明，它们只是脂质衍生风险因素中的一小部分。除了著名的致病脂质氧化型低密度脂蛋白外，Bruneck研究应用脂质组学从与CVD风险相关的胆固醇酯、溶血磷脂酰胆碱、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂和甘油三酯中鉴定出28种不同的脂质［14］。脂质组学的使用可以帮助临床重新定义患者的CVD风险，补充目前使用的脂质血浆筛查指标，为开发新的诊断生物标志物和有效的治疗策略提供基础［15］。 1.脂肪酸类与CVD：脂肪酸在维持心脏功能中起着至关重要的作用。脂肪酸代谢紊乱会导致动脉粥样硬化、高血压、心肌梗死和心力衰竭等一系列CVD。近年来，脂肪酸对CVD的重要性也被广泛认可。 （1）不饱和脂肪酸：多不饱和脂肪酸是改善和维持人类健康的重要介质。ω-3多不饱和脂肪酸因其具有抗炎、抗凝、抗高血压、调节脂代谢等作用而受到CVD领域广泛关注。Sun等［16］的研究表明在亚洲人群中血浆长链ω-3多不饱和脂肪酸水平与急性心肌梗死风险密切相关。Halade等［17］采用MALDI成像技术在心肌梗死后左心室组织中识别出花生四烯酸、二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸等脂肪酸底物及其生物活性脂质介质（如羟基二十二碳六烯酸、羟基二十碳五烯酸）。Le等［18］采用LC-MS对心脏组织外植体的分析结果提示，扩张型心肌病患者的亚油酸水平较低，花生四烯酸和二十二碳六烯酸磷脂种类增加。一项关于α-亚麻酸的前瞻性荟萃分析结果表明，高α-亚麻酸摄入量与致命性心脏病风险降低相关（RR=0.79，95%CI：0.60~1.04），但是可能会增加前列腺癌的风险［19］。最近的一项关于ω-3脂肪酸对CVD预防作用的荟萃分析结果显示，补充ω-3脂肪酸可轻微降低冠心病死亡和CVD事件的风险［20］。不饱和脂肪酸与心肌梗死、心力衰竭、心肌病等CVD的关系已被大量研究证实，通过脂质组学进一步发掘并细化与心脏病相关的脂肪酸及其代谢物类型将成为今后的研究重点。 （2）短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）：SCFA包括丙酸、丙二酸、丁酸、2-羟基异丁酸、β-羟基丁酸、巴豆酸、琥珀酸和戊二酸及其同源酰化反应等，越来越多的证据表明SCFA在心脏代谢性疾病的调控中起着至关重要的作用。 丙酸是由饮食消化、支链氨基酸新陈代谢和肠道细菌新陈代谢产生的，具有抗炎、抗动脉粥样硬化、减缓CVD进展的作用，其在心血管系统中的作用可能是通过蛋白质丙酰化来实现的［21, 22］。丙二酸及蛋白质丙二酰化在心血管中通过调节氧化应激及激活线粒体ATP敏感性钾通道发挥心脏保护作用，冠状动脉内给予丙二酸盐可抑制琥珀酸脱氢酶，减少心肌梗死面积［23］。丁酸盐可以通过抑制尿酸和增强谷胱甘肽抗氧化防御来保护高脂饮食引起的心脏功能障碍和尿酸相关的心脏组织损伤［24］，通过减少氧化应激和增加线粒体DNA浓度，减少胶原含量，保护左心室收缩和舒张功能［25］。β-羟丁酸可通过激活其受体GPR109a抑制氧化应激和炎症，起到心血管保护剂的作用。而琥珀酸对心血管的作用目前仍存在争议。大部分短链脂肪酸对心血管有保护作用，而琥珀酸的作用双向的。通过饮食控制、益生菌等来调节SCFA的组成，对CVD患者来说可能是一种有益的非药理学预防策略。酰化酶调节有可能成为CVD治疗的新靶点。 2.甘油磷脂与心血管病：甘油磷脂是机体内含量最多的磷脂，是参与细胞信号转导的细胞膜的主要成分。根据其极性头基的性质，分为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、心磷脂、磷脂酸等。 Sutter等［26］采用LC-MS方法比较冠心病、急性心肌梗死及健康对照组的血脂谱，结果发现冠心病及急性心肌梗死患者的磷脂酰胆碱显著减少，以磷脂酰胆碱（33∶1）、（33∶2）、（33∶3）及（35∶3）最为明显。Barchuk等［27］对25例冠心病患者和14例非冠心病患者的心外膜脂肪组织进行非靶向脂质分析，发现95种脂类存在差异性表达，其中心外膜脂肪组织中磷脂酰乙醇胺的表达量为皮下组织的20倍。Graessler等［28］研究发现与正常男性相比，高血压男性的磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺独立减少。Yang等［29］将42例接受心脏再同步化治疗（cardiac resynchronization therapy，CRT）的心力衰竭患者分为CRT反应组和CRT无反应组，观察两组患者的脂质组学特点，结果发现磷脂酰胆碱可作为CRT反应性的潜在预测因子。心磷脂是线粒体膜的标志性脂质，最近研究发现心磷脂可能在扩张型心肌病的发病机制中起着重要作用［30］。Anthonymuthu等［31］利用高分辨液相色谱/质谱（HPLC/MS）方法，在39例自主循环恢复后6 h内的心脏骤停患者、5例心肌梗死患者和10例健康对照者中确定了人脑、心脏和血浆中心磷脂的形态。该研究发现在自主循环恢复后早期，脑特异性心磷脂（70∶5）在血浆中蓄积，其升高程度与神经损伤成正比，是一种有潜力的新的生物标志物。深入研究甘油磷脂类，可能会进一步揭示CVD的发病机制，对心血管病的预防、早期诊断及预后至关重要。 3.鞘脂类与CVD：鞘脂作为心肌缺血及炎症反应中的重要介质，在动脉粥样硬化、心肌梗死、高血压等疾病中起着关键作用，主要包括神经酰胺，鞘磷脂和糖鞘脂。鞘脂中最重要的是神经酰胺，它是鞘氨醇和鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）的前体。Deutschman等［32］评估了308例接受冠状动脉造影的患者鞘脂水平与冠状动脉狭窄程度的关系，结果发现与传统的危险因素相比，血清S1P能更好地预测梗阻性冠状动脉疾病的发生（OR=7.61），S1P也是病变程度的预测指标。Pan等［33］的研究表明，神经酰胺是动脉粥样硬化发生的重要因素，血浆鞘脂浓度的变化可能与斑块稳定性有关。Spijkers等［34］研究发现高血压患者的神经酰胺水平明显升高，并且神经酰胺浓度与疾病的严重程度相关。Laaksonen等［35］对稳定性冠心病及急性冠状动脉综合征患者开展了一项前瞻性队列研究，结果显示神经酰胺与CVD死亡显著相关，独立于其他脂质标志物和C反应蛋白。在稳定性冠心病和急性冠状动脉综合征患者中，神经酰胺比值是CVD死亡的重要预测因子。梅奥诊所已将神经酰胺比值用于临床实践，其为第一个用于CVD的脂质组学生物标志物，展示出了利用脂质组学识别新的脂类生物标志物的潜力［36］。抑制神经酰胺的合成为CVD的防治提供了新的研究方向。 4.其他心脏脂质：Sysi-Aho等［37］对扩张型心肌病患者的血清进行了脂质组学分析，结果显示扩张型心肌病患者的单链甘油三酯减少，为扩张型心肌病的发病机制及治疗方向提供了新的思路。一项对墨西哥裔美国家庭的大型研究表明，在最初血压正常的个体中，二酰甘油与高血压发病风险显著相关［38］。尽管甾醇脂、戊醇脂、糖脂及多酮类与CVD的研究较少，还有很多脂质的功能尚未发掘，但是脂质组学技术的应用有助于更好地了解心脏脂质及脂质中脂肪酰链的变化，不仅有利于揭示CVD的发病机制，而且有助于开发更好的治疗方法来预防和治疗心肌梗死。 综上所述，脂质组学是一个较新的研究领域，为临床诊断及治疗提供了新的研究方向。脂质组学是获得对疾病机制新见解的有力工具，但是成本较高，目前缺乏标准化的国际和国家医疗保健法规，样品来源、脂质体仪器设计、脂类分离、分析方法和数据处理等方面存在较大差异，缺乏临床应用所需的脂质组学标准，此外环境、生活方式、饮食、肠道菌群以及遗传背景对个体脂质影响重大。因此，未来需要大量的队列研究将脂质组学的数据标准化，以产生可比可重复的结果，才能更好地指导临床疾病的预防、诊疗及预后。 作者须知 https://edmgr./cardiologydiscovery/accounts/ifauth.htm
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