譚 群，熊 昕

（重慶市中醫(yī)院腦病科，重慶 400011）

在我國，腦卒中為致殘和致死的主要疾病。我國每年新發(fā)腦卒中患者約200萬例，且仍以每年8.7%的速度迅速增長［1］，中國人群卒中終生風險為全球最高［2］。腦卒中的診斷和治療依賴影像學檢查，但存在轉(zhuǎn)運患者、輻射等弊端。因此，尋找有助于腦卒中診斷和觀察病情演變的生物標志物具有臨床意義，但目前尚無理想的卒中生物標志物。常用的分子生物標志物可源于血液、體液、腦脊液等，包括蛋白質(zhì)、代謝物、脂質(zhì)和核糖核酸等類型。目前常用的生物標志物如高敏感的心肌肌鈣蛋白T可指導(dǎo)心肌梗死的診斷［3］、D-二聚體可用于肺栓塞的診斷［4］。代謝組學是繼基因組學和蛋白質(zhì)組學后發(fā)展起來的一門學科，可有效地研究整個生物體的代謝狀態(tài)，并可對低分子量代謝產(chǎn)物進行定性和定量分析［5］。代謝組學已廣泛運用于心血管?。?］、糖尿?。?］、腎臟?。?］及腫瘤［9］等疾病的研究中。腦卒中可分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中2個主要亞型。缺血性腦卒中更常見，其特征是血栓和動脈阻塞導(dǎo)致血流中斷。近年來，腦卒中相關(guān)代謝組學研究發(fā)現(xiàn)，多種（如氨基酸、糖、脂類、葉酸等）代謝物的質(zhì)量濃度發(fā)生了明顯變化。中醫(yī)藥治療腦卒中歷史悠久，代謝組學采用自上而下的研究策略來研究機體在受到外界刺激和擾動后整體的代謝變化，這與傳統(tǒng)中醫(yī)藥的整體思維模式相吻合，中醫(yī)治療腦卒中會引起代謝組學變化。為此，將對不同類型腦卒中的代謝組學進展及基于代謝組學的中醫(yī)藥治療腦卒中的研究現(xiàn)狀進行分析。

1 缺血性腦卒中

腦缺血導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，導(dǎo)致氧和能量迅速耗竭，引起氧化應(yīng)激、炎癥、血腦屏障損害及興奮性氨基酸釋放［10］。這一過程涉及糖代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝等途徑。

糖代謝：丙酮酸、乳酸、檸檬酸鹽等為糖代謝相關(guān)產(chǎn)物。張?zhí)焓娴龋?1］研究發(fā)現(xiàn)，模型大鼠局部病灶腦缺血后單磷酸腺苷含量降低，尿嘧啶及乳酸水平明顯升高。JUNG等［12］發(fā)現(xiàn)，腦梗死患者尿液中檸檬酸鹽水平降低，血液中丙酮酸和乳酸水平升高。LIU等［13］發(fā)現(xiàn)，腦缺血模型小鼠丙酮酸和乳酸水平升高。這與腦缺血發(fā)生后腦組織氧含量下降及體內(nèi)糖的無氧糖酵解增強相關(guān)。果糖-6-磷酸糖是糖酵解的產(chǎn)物之一，JIANG等［14］研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組比較，缺血性腦血管病患者血清中的果糖-6-磷酸糖水平明顯降低。

脂質(zhì)代謝：腦缺血后低氧導(dǎo)致的能量代謝障礙，可使細胞膜離子泵的活性減弱，神經(jīng)元去極化，花生四烯酸的釋放增加。涂佳玉等［15］采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，腦梗死模型大鼠腦組織中花生四烯酸水平較對照組明顯升高?；ㄉ南┧嵩谧杂苫T導(dǎo)下發(fā)生過氧化反應(yīng)，其產(chǎn)物是異前列腺素F2。在急性腦梗死發(fā)病8 h內(nèi)，血漿中異前列腺素F2水平明顯升高［16］。JOVé等［17］對短暫性腦缺血發(fā)作患者的卒中復(fù)發(fā)風險進行了研究，發(fā)現(xiàn)發(fā)病24 h內(nèi)溶血卵磷脂水平降低與卒中復(fù)發(fā)明顯相關(guān)，尤其是對于復(fù)發(fā)時間短于3個月的患者。張?zhí)焓娴龋?1］研究發(fā)現(xiàn)，模型大鼠腦缺血再灌注后3 h，細胞膜磷脂大量水解，且腦組織中三磷酸腺苷（ATP）含量減少，膽堿合成卵磷脂的速度降低，導(dǎo)致腦組織甘油磷脂酰膽堿和磷酰膽堿水平降低，膽堿水平明顯升高。李深等［18］采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法檢測發(fā)現(xiàn)，急性腦梗死患者血漿丁酸和棕櫚酸水平較疾病對照患者和健康對照者升高。丁酸和棕櫚酸是脂肪酸家族成員，其中棕櫚酸對腦梗死的診斷具有較高的特異性（88.6%）。腦梗死發(fā)生后兩者含量增加提示脂肪酸代謝紊亂。

氨基酸代謝：谷氨酸是酸性氨基酸，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)作用最廣泛且含量最高的興奮性氨基酸。CASTILLO等［19］研究發(fā)現(xiàn)，腦梗死患者血漿中的谷氨酸水平在急性期明顯升高，并與病情嚴重程度和病灶體積大小呈正相關(guān)。WANG等［20］的動物實驗發(fā)現(xiàn)，模型大鼠的缺血側(cè)腦組織內(nèi)谷氨酸水平異常升高導(dǎo)致的神經(jīng)毒性與神經(jīng)元損傷有關(guān)。N-乙酰天門冬氨酸（NAA）是由神經(jīng)元線粒體合成、可用于反映神經(jīng)元密度和活性的生物標志物，分布于神經(jīng)元的胞體內(nèi)。LIN等［21］采用1H-MRS研究發(fā)現(xiàn)，腦梗死發(fā)生后，神經(jīng)元代謝受到抑制，NAA水平明顯降低。?；撬崾怯珊虬被幔ò腚装彼?、甲硫氨酸等）經(jīng)一系列酶促反應(yīng)后氧化脫羧而成的多功能β-氨基酸，與半胱氨酸的代謝密切相關(guān)。GHANDFOROUSH-SATTARI等［22］研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦卒中患者血漿?；撬岬馁|(zhì)量濃度與健康人群比較明顯升高，并且持續(xù)至發(fā)病第5天。李深等［18］研究發(fā)現(xiàn)，急性腦梗死患者的2-哌啶甲酸和焦谷氨酸水平升高，兩者對于腦梗死的診斷均具有較高的敏感度（分別為93.9%及90.9%）。2-哌啶甲酸是賴氨酸代謝的產(chǎn)物，參與纖維蛋白溶解；焦谷氨酸是谷胱甘肽生物合成中的重要分子，腦梗死患者中焦谷氨酸含量的減少提示機體內(nèi)氧化應(yīng)激造成的還原性物質(zhì)減少。由楊等［23］收集經(jīng)頭顱核磁共振成像確診的新發(fā)腦梗死患者，以正?；颊邽閷φ?，采用串聯(lián)質(zhì)譜法檢測血漿代謝物，發(fā)現(xiàn)腦梗死患者的亮氨酸、瓜氨酸/精氨酸、甲硫氨酸/苯丙氨酸水平較低，而精氨酸水平較高。KIMBERLY等［24］發(fā)現(xiàn)，人或普通動物發(fā)生缺血性腦卒中后，亮氨酸水平都有所降低。甲硫氨酸在甲硫氨酸循環(huán)中提供S-腺苷甲硫氨酸，轉(zhuǎn)甲基后轉(zhuǎn)變?yōu)镾-腺苷同型半胱氨酸，進一步水解生成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸可促進動脈粥樣硬化的發(fā)生及血栓形成，促進腦梗死。

葉酸循環(huán)代謝類：葉酸、四氫葉酸、半胱氨酸、S-腺苷同型半胱氨酸及氧化谷胱甘肽均參與葉酸代謝，在維持脫氧核糖核酸（DNA）和蛋白質(zhì)穩(wěn)定、合成其他分子及抗氧化等方面發(fā)揮著重要作用。血清總同型半胱氨酸是卒中危險因素之一［25］，其質(zhì)量濃度的升高可反映缺血性腦卒中急性期病情加重。還原型谷胱甘肽的產(chǎn)物氧化谷胱甘肽是體內(nèi)氧化應(yīng)激的生物標志物，其質(zhì)量濃度的升高表明活性氧的產(chǎn)生失衡［14］。

2 出血性腦卒中

出血性腦卒中相關(guān)的代謝標志物較少，可能與腦出血易診斷有關(guān)。ZHANG等［26］通過比較腦出血患者、腦梗死患者和健康人相關(guān)指標發(fā)現(xiàn)，3-羥基丁酰肉堿、戊二酸肉堿、十四酰肉堿等的含量明顯不同?；谠摬町惤⑷斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，能有效區(qū)分腦出血和腦梗死。膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP）是星形膠質(zhì)細胞活化的標志物，GFAP水平在健康個體血液中較低，但急性腦出血可能會突然破壞血腦屏障和快速破壞星形膠質(zhì)細胞，從而導(dǎo)致血清中GFAP的早期出現(xiàn)。在缺血性中風中，腦細胞和血腦屏障的結(jié)構(gòu)完整性可在癥狀發(fā)作后較長時間保存。壞死的細胞死亡和細胞裂解通常不會發(fā)生在血管閉塞后的前6～12 h內(nèi)。LUGER等［27］研究發(fā)現(xiàn)，腦出血患者GFAP的質(zhì)量濃度為0.16μg/L，明顯高于腦梗死患者的0.01μg/L，有助于臨床區(qū)分腦出血與腦梗死。

蛛網(wǎng)膜下腔出血對中樞神經(jīng)系統(tǒng)會產(chǎn)生致命打擊。顱內(nèi)動脈瘤是蛛網(wǎng)膜下腔出血的常見病因。INGALL等［28］的研究提示，蛛網(wǎng)膜下腔出血發(fā)病后24 h，48 h，7 d和28 d的病死率分別為37%，60%，75%和41.7%。蛛網(wǎng)膜下腔出血相關(guān)的代謝標志物研究多以腦脊液為標本。SJ?BERG等［29］采集蛛網(wǎng)膜下腔出血患者血液，發(fā)現(xiàn)第7天高水平的肌醇與1年后的良好格拉斯哥預(yù)后評分呈明顯正相關(guān)。STAPLETON等［30］收集患者發(fā)病5 d內(nèi)的血液，其?；撬崴缴哳A(yù)示著發(fā)病90 d內(nèi)更好的神經(jīng)功能預(yù)后（改良Rankin量表評分為0～2分）。HO等［31］通過腦室外引流采集蛛網(wǎng)膜下腔出血患者的腦脊液，并與未破裂動脈瘤患者的腦脊液比較，在出血后的1 h內(nèi)檢測到大量氨基酸水平的變化。?；撬豳|(zhì)量濃度在出血后短暫最高，6 h后開始下降（與第1～9天比較，P=0.02）。腦脊液氨基酸質(zhì)量濃度隨時間變化，有助于理解蛛網(wǎng)膜下腔出血的病理生理過程，為常規(guī)實驗室無創(chuàng)評估提供潛在的預(yù)測指標。

3 基于代謝組學對中醫(yī)藥治療腦卒中的研究

張聰?shù)龋?2］對急性腦缺血模型大鼠腦組織勻漿液進行的代謝組學檢測研究發(fā)現(xiàn)，與假手術(shù)組比較，模型組大鼠的NAA、延胡索酸、谷胱甘肽、脫氫抗壞血酸、天門冬氨酸及S-腺苷同型半胱氨酸水平下降，精氨酸、瓜氨酸、酵母氨酸、乙內(nèi)酰脲-5-丙酸水平升高，而塞絡(luò)通組上述10個異常變化的生物標志物水平明顯回調(diào)。

夏鑫華等［33］采用線栓法制備動脈局灶性腦缺血大鼠模型，結(jié)果顯示，與假手術(shù)組比較，模型組大鼠的谷氨酰胺、谷氨酸、次黃嘌呤、前列腺素2、谷氨酸、焦谷氨酸、膽固醇水平明顯升高，而脯氨酸、纈氨酸和吲哚氨酸水平明顯降低；與模型組比較，補陽還五湯給藥組大鼠上述指標水平明顯回調(diào)。

郭志麗等［34］采用代謝組學方法檢測大腦中動脈阻塞模型大鼠血清中氨基酸水平，模型組大鼠血清中，絲氨酸、天門冬酰胺、甘氨酸水平均明顯降低，谷氨酸、蘇氨酸、天門冬氨酸水平則明顯升高，丹紅注射液治療組上述指標水平明顯回調(diào)。表明丹紅注射液能在一定程度上改善模型大鼠大腦中動脈阻塞狀態(tài)。

陳曦等［35］復(fù)制了大腦中動脈阻塞大鼠模型，結(jié)果中劑量（3.0 g/kg）腦脈通與陽性對照（尼莫地平）效果類似，能抑制模型大鼠血漿中谷氨酰胺、?；撬?、酪氨酸、乳酸水平的升高，升高脂類、膽固醇、3-羥基丁酸、NAA、乙酰乙酸谷氨酸、膽堿等的水平；同時，能有效緩解模型大鼠腦組織能量代謝紊亂，為損傷的腦組織提供能量，減輕腦缺血再灌注導(dǎo)致的病理損傷。

YANG等［36］復(fù)制腦出血大鼠模型，治療3 d后采用超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法進行血液非靶向代謝組學檢測。與假手術(shù)組比較，模型組大鼠血清中128種代謝物發(fā)生了明顯改變，經(jīng)桃核承氣湯干預(yù)后，27個代謝物水平明顯變化，主要涉及D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝，丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酸代謝，精氨酸和脯氨酸代謝，及精氨酸的生物合成等過程。桃核承氣湯可明顯改善谷氨酸介導(dǎo)的興奮性毒性、抗氧化劑失活、線粒體穩(wěn)態(tài)/功能障礙以及與腦出血的進展密切相關(guān)的其他代謝過程。

劉琪等［37］對高血壓腦出血術(shù)后痰瘀腑實證患者在術(shù)后第3天開始予通腑瀉熱活血合劑治療，并收集患者術(shù)前及術(shù)后第1，3，7，12天的血漿樣本。采用核磁共振氫譜（1H-NMR）CPMG脈沖序列檢測發(fā)現(xiàn)，服用該合劑后，亮氨酸水平降低，乳酸水平升高，可改善腦出血后患者體內(nèi)脂肪水平及血糖代謝狀態(tài)，穩(wěn)定細胞膜等，促進細胞修復(fù)。

4 展望

代謝組學參考基因組學和蛋白質(zhì)組學的研究思路，對生物體內(nèi)所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化相對關(guān)系的研究方式，是系統(tǒng)生物學的組成部分。代謝物作為生化反應(yīng)的終端產(chǎn)物，可放大基因和蛋白質(zhì)表達的微量變化，并賦予了生物體的生化特征。因此，代謝組學連接了生物體的基因型和表型，是一種更直接的生理病理狀態(tài)檢測方式。中藥及其復(fù)方的藥理特點是藥效物質(zhì)多成分、多途徑、多靶點地進行整體調(diào)節(jié)。故中藥效應(yīng)評價強調(diào)人或?qū)嶒瀯游飳τ谒幬锔深A(yù)體系的整體反應(yīng)，這與代謝組學的研究思路契合。

代謝組學從糖代謝、氨基酸代謝、脂代謝、葉酸循環(huán)代謝等途徑研究腦卒中后的代謝變化，發(fā)現(xiàn)新的生物標志物和代謝物通路，有助于進一步闡明中醫(yī)藥的作用機制和確切靶點，豐富中醫(yī)藥內(nèi)涵。目前的研究以缺血性腦卒中為主，出血性腦卒中的相關(guān)研究較缺乏。且研究的主要方式為篩選差異性代謝物，未對其特異性和敏感性進行深入研究，未涉及代謝物相關(guān)通路。因此，需進一步的研究來驗證上述代謝通路，開展中醫(yī)藥防治腦出血相關(guān)的代謝組學研究。