代谢组学技术在糖尿病患者诊疗中的应用与临床前景 | 述评

检验视界A-A+寻找反映T2DM早期变化的代谢途径和生物标志物，不仅有助于了解T2DM的病因，也可为T2DM的早期诊断、风险预测和预防策略提供理论依据。糖尿病作为一种典型的代谢性疾病，往往涉及复杂的代谢变化过程。而代谢组学技术作为一种能够识别和测量生物体整体代谢变化的技术，被认为是给个体代谢物分级的有效工具[5]，将非常有助于代谢性疾病的研究。本文将例举代谢组学在2型糖尿病诊疗方面的应用。01 代谢组学在糖尿病发病机制方面的相关研究：糖尿病的发病机制与遗传易感性、环境因素、胰岛素抵抗、低度炎症、不良饮食及生活方式都存在一定的关系，探索代谢物的变化有助于更好地了解糖尿病的生物学基础。相关研究表明，T2DM发病的始动因素为胰岛素抵抗，且胰岛素抵抗与炎症因子及信号蛋白异常关系较为密切，脂代谢异常所导致的脂肪异常分布、过度堆积则是胰岛素抵抗的主要因素。  为了从分子层面证实这一结论，Yang Zhou等人所在的课题组 [16] 通过动物模型，利用质谱法进行了深入研究。课题组以野生小鼠与糖尿病小鼠为研究对象，采用质谱法体外监测小鼠骨骼肌中与线粒体脂肪酸氧化相关的代谢物质。试验证实糖尿病小鼠骨骼肌中与线粒体脂肪酸氧化相关的两种蛋白代谢产物和一种长链乙酰基肉碱显著下调，最终得出脂肪酸β-氧化在2型糖尿病小鼠模型骨骼肌中的通路衰减的结论，从而印证了Gerald I. Shulman的结论，也向糖尿病发病机制的揭示迈进了一步。糖耐量异常 (Impared Glucose Tolerance，IGT) 是糖尿病前期的一种代谢状态，是介于血糖正常和DM之间的一种代谢状态，对该阶段人群进行代谢组学分析，筛查特征性代谢物，有助于揭示疾病的发生、发展的变化规律，从而有效预防或延缓T2DM的发生。  本研究中心肖继等 [17] 通过超高效液相色谱与质谱联用(UPLC- MS)代谢组学技术分析糖耐量试验正常 ( Normal Glucose Tolerance，NGT ) 组，IGT组和T2DM组血清代谢物，用SIMCA-P软件构建主成分分析 (principal component analysis，PCA) 和正交偏最小二乘聚类分析 (orthogonal partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA) 模型，筛选出28个特征代谢物。通过SPSS统计软件分析，最终得出7个具有统计学差异特征性代谢物质（见图1和表1）。研究指出LysoPC在IGT和T2DM患者中均有减低，而LysoPC能够促进3T3-L1脂肪细胞对葡萄糖的摄入，在胰岛素抵抗的发病机制中发挥重要作用，是一种新的反映胰岛素状态的标志物，为研究糖尿病的发病机制提供了新的思路。02 代谢组学在糖尿病治疗中的相关研究：代谢组学可以反映小分子代谢物在疾病发生发展及治疗过程中变化的整体水平,因此可用于探索疾病病程变化和监测药物疗效。由于代谢组学技术中的核磁共振氢谱 （nuclear magnetic resonance hydrogen spectroscopy,1H-NMR） 能够对样本进行动态监测，因此该技术在T2DM及其并发症和中医药治疗的代谢组学研究方面展现出良好的应用前景。  Guo [18] 等人采用基于1H-NMR的代谢组学和网络药理学研究黄芪-山药对T2DM大鼠的降糖作用，代谢谱分析发现T2DM的调控主要与黄芪-山药中的18种活性物质有关，其作用靶点有135个，其中4个靶蛋白可能是黄芪-山药治疗T2DM最相关的靶点。现代“微生物-肠-脑”学说认为，人体肠道微生物通过微生物-肠-脑轴不仅可以影响大脑功能，改变宿主行为，而且可促进宿主代谢和健康，如减轻体重、减少脂肪，改善血糖控制及胰岛素敏感性，这也就是意味着肠道菌群有可能成为治疗T2DM等相关疾病的很有前景的靶点。 [19] 而代谢组学技术可以用于分析肠道代谢状况，从而间接监测药物对肠道菌群的影响，以达到评估药物疗效的目的。  我国学者Mingyi Chen [20] 等采用16S rDNA测序和1H- NMR谱分析灵芝多糖对T2DM大鼠模型中肠道微生物菌群组成和功能以及宿主代谢的变化。通过研究发现灵芝多糖不仅能通过增加T2DM大鼠肠道有益菌群，减少有害菌群，将肠道菌群组成调节到正常水平，还能改善氨基酸代谢，改善碳水化合物代谢，减少炎症物质代谢，减少细菌毒素，从而实现显著降低空腹血糖和胰岛素水平的治疗效果。与T2DM相关的特定代谢物可以通过基于血浆、粪便、尿液或其他生物流体的质谱或磁共振代谢组学进行鉴定，从而能够对微生物组、代谢组进行联合分析，以确定潜在的机制联系。03 代谢组学在糖尿病生物标志物方面的相关研究：因为代谢组学技术可以同时分析生物体液、细胞和组织的多种代谢物，是目前寻找生物标志物的常用工具。寻找反映T2DM早期变化的代谢途径和生物标志物，不仅有助于了解T2DM的病因，也可为T2DM的早期诊断、风险预测和预防策略提供理论依据。  Rui Wang-Sattler [22] 等人的课题组在在奥格斯堡地区(KORA)人群合作健康研究队列中，定量检测了4297份空腹血清样本中的140种代谢物。通过研究分析揭示了糖尿病前期患者（包括空腹血糖受损和糖耐量受损）显著的代谢变化，确定了三种代谢产物：甘氨酸、溶血磷脂酰胆碱(LPC)(18:2)和乙酰肉碱。糖耐量受损患者与糖耐量正常受试者相比，具有较低水平的甘氨酸和LPC。这说明甘氨酸和LPC水平降低可以作为糖耐量受损甚至是2型糖尿病的预测因子。这个结论在欧洲癌症和营养前瞻性调查(EPIC)-波茨坦队列中得到了独立证实。通过代谢蛋白网络分析，课题组确定了7个与2型糖尿病相关的基因。而后证实这7基因通过与4种酶的多重交互作用与上述3种特异性代谢产物相关，而这4种酶的表达水平也与糖尿病相关的代谢物浓度的变化相关。  针对另外一种糖尿病前期患者即空腹血糖受损患者，我国学者Jianglan Long [23] 等所在团队也进行了类似研究，通过对149名参与者 (包括51名T2DM患者、50名空腹血糖受损患者和48名糖耐量正常的受试者) 的血清样本进行代谢组学分析，并通过数据库比对、统计软件分析，得到38种差异代谢物与T2DM患者显著相关，23种差异代谢物与空腹血糖受损患者显著相关，主要是氨基酸、肉碱和磷脂。上述类型的研究利用代谢组学技术不止挖掘出糖尿病的生物标志物，也为预防2型糖尿病提供了新的策略。【参考文献】[5] 李海静, 吴胜明, 程建华, et al. 代谢组学技术在糖尿病研究中的应用[J]. 中华内分泌代谢杂志. 2012, 28(1): 7-10.[6] 许国旺, 路鑫, 杨胜利. 代谢组学研究进展[J]. 中国医学科学院学报. 2007, 29(6): 701-711.[7] 陈树青, 陆静毅, 马晓静, et al. 代谢组学在糖尿病慢性并发症及血糖波动研究中的应用[J]. 上海交通大学学报（医学版）. 2017, 37(11): 1569-1573.[8] Johnson C H, Ivanisevic J, Siuzdak G. 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