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重磅綜述丨Cells糖尿病與代謝組學(xué)
糖尿病及其并發(fā)癥（如心血管疾病和腎臟疾�。┑娜找媪餍腥匀皇侨虻木薮筘摀�(dān)。鑒定用于糖尿病及其并發(fā)癥的篩查、診斷和預(yù)后的生物標志物，以及更好地了解參與糖尿病發(fā)展和進展的分子途徑，有助于個體化預(yù)防和治療。
香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院馬青云團隊于2021年10月在Cells期刊上發(fā)表題為“Metabolomics in Diabetes and Diabetic Complications: Insights from Epidemiological Studies”的研究論文，概述T2D的代謝組學(xué)研究進展。原文鏈接：https://doi.org/10.3390/cells10112832。
研究背景
隨著分析技術(shù)的進步，代謝組學(xué)可以通過高通量檢測的方式同時識別和量化多種生物標志物。提供有關(guān)潛在代謝途徑的信息，進一步闡述糖尿病及其進展的分子機制。代謝組學(xué)研究目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2型糖尿�。═2D）及其并發(fā)癥的一系列新的生物標志物，如支鏈氨基酸、苯丙氨酸代謝物、參與能量代謝和脂質(zhì)代謝的小分子代謝物。代謝組學(xué)也被應(yīng)用于探索藥物調(diào)節(jié)的可能途徑和新的治療靶點，提高對T2D及其并發(fā)癥的預(yù)防和管理。
代謝組學(xué)分析技術(shù)
非靶和靶向代謝組學(xué)（Untargeted and Targeted Metabolomics）：非靶旨在檢測生物樣本中盡可能多的代謝物，是無偏向性的全局檢測，主要優(yōu)勢在于發(fā)現(xiàn)新的生物標志物和病理生理途徑，然而對于檢測到的代謝物信號的定性有較大挑戰(zhàn)。相比之下，靶向旨在檢測預(yù)先指定的一組代謝物，這些代謝物通常位于同一代謝途徑內(nèi)或具有相似的結(jié)構(gòu)，雖然提供的代謝物種類有限，但是通常具有更高的靈敏度和準確度，可以進行深入研究。
核磁共振（NMR）：檢測1H、13C、15N和31P在給定的外加磁場中，記錄由于原子弛豫而釋放的電磁輻射，這樣就形成了一個核磁共振信號。由于核磁信號受相鄰原子的影響，因此可用于結(jié)構(gòu)解析和構(gòu)型確定。NMR的檢測特點是非破壞性，樣品制備簡單，不需要色譜分離或化學(xué)衍生，然而靈敏度較低（mM~μM水平），比質(zhì)譜的靈敏度低1~2個數(shù)量級。
質(zhì)譜（MS）：以其高分辨率和高靈敏度的優(yōu)勢成為代謝組學(xué)研究最廣泛的平臺。先通過色譜（GC或LC）分離代謝物，再通過質(zhì)譜進行檢測。GC-MS適合檢測揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的代謝物，如酮、醛、醇、酯和呋喃，也可以將脂肪酸、氨基酸等通過衍生化改變化學(xué)特性進行檢測。與LC-MS相比，重復(fù)性相對較差，但是儀器成本較低。LC-MS的應(yīng)用范圍較廣，對于極性不同、種類繁多的代謝物，均能開發(fā)合適的檢測方法，且靈敏度更高。
表1代謝組學(xué)不同研究平臺的優(yōu)缺點
在過去的20多年中，代謝組學(xué)已廣泛應(yīng)用于大型流行病學(xué)研究，一些代謝物/代謝通路已被鑒定和驗證與胰島素相關(guān)，可用于預(yù)測糖尿病的發(fā)生。將一些關(guān)鍵的前瞻性研究的結(jié)果在后文進行小結(jié)。
支鏈氨基酸（BCAA）：與胰島素抵抗有關(guān)，具體機制尚不清楚。
芳香族氨基酸（AAA）：酪氨酸和苯丙氨酸，存在一定種族差異，可能是南亞人糖尿病的理想生物標志物。
其它氨基酸：甘氨酸、丙氨酸等在糖尿病發(fā)展過程中的作用尚待闡明。
有機酸：酮體是禁食后重要的替代能源，由游離脂肪酸轉(zhuǎn)化而來。
脂蛋白：T2D患者通常表現(xiàn)出血脂異常，HDL、LDL、VLDL都有與T2D相關(guān)的報導(dǎo)，由于NMR成為一種檢測脂蛋白亞類的新方法，發(fā)現(xiàn)HDL亞類和糖尿病發(fā)病相關(guān)。
游離脂肪酸（FFA）：在胰島素抵抗狀態(tài)下，脂肪分解上調(diào)導(dǎo)致FFA過量產(chǎn)生。飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、MUFA%、PUFA%、亞油酸等均有研究表示與糖尿病相關(guān)。脂肪酸可能成為預(yù)防糖尿病的新干預(yù)目標。
表1代謝組學(xué)應(yīng)用于T2D的研究成果概覽（部分）
而糖尿病常見并發(fā)癥如心血管疾�。–VD）和腎臟疾病（DKD）也有相應(yīng)的代謝組學(xué)研究，在此不再贅述。
小結(jié)
代謝組學(xué)研究展示了糖尿病及其并發(fā)癥的分子特征（代謝表型），可以闡明在疾病狀態(tài)下受到干擾的潛在病理途徑。代謝組學(xué)，特別是使用非靶向方法，可以提供全局代謝譜，發(fā)現(xiàn)新的參與糖尿病發(fā)展和進展的分子。如上所述，代謝組學(xué)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一批用于篩查、診斷和預(yù)測糖尿病及其并發(fā)癥的生物標志物；一些代謝物也可能是監(jiān)測治療效果的生物標志物；相關(guān)的途徑可能是未來的治療目標。
