歐陽輝，付海艷，杜映榮

原發(fā)性高血壓（essential hypertension，EH）是遺傳、環(huán)境及多種危險因素相互作用所致的全身性疾病，其可引起心臟、腦、腎臟、眼等多器官損傷，是心腦血管疾病的主要危險因素，占高血壓總患病人數(shù)的95%以上，絕大多數(shù)病因不明［1］。根據(jù)中國高血壓調(diào)查數(shù)據(jù)，2012—2015年我國18歲及以上居民高血壓患病粗率為27.9%（加權(quán)患病率為23.2%），其患病率總體呈升高趨勢，目前我國高血壓患病人數(shù)高達2.45億［2］。盡管我國高血壓患者的知曉率和治療率較前有所提高，但由于機體的耐藥性、患者依從性不佳及個體差異等多種原因，其總體控制率僅為16.8%［3］。因此，急需一種新的方法更早、更準(zhǔn)確地診斷或預(yù)測EH。

自1986年美國科學(xué)家Thomas Roderick首次提出基因組學(xué)后，隨著系統(tǒng)生物學(xué)發(fā)展，1994—1997年科學(xué)家們又提出了蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)，此后逐漸產(chǎn)生了包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)在內(nèi)的組學(xué)技術(shù)［4］，從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)和代謝物等多個層面由表入里地探索生命的活動規(guī)律及疾病進程，目前組學(xué)技術(shù)已廣泛用于動植物學(xué)和醫(yī)學(xué)。因此，利用組學(xué)技術(shù)可研究影響血壓的遺傳因素和環(huán)境因素，進一步探索EH未知的發(fā)病機制和病因；此外，組學(xué)技術(shù)還可以提供更好的診斷方法，甚至預(yù)測EH的發(fā)生發(fā)展、病情嚴(yán)重程度及相關(guān)并發(fā)癥，指導(dǎo)個性化治療方法的制定。本文就基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)在EH中的應(yīng)用展開綜述，旨在為高血壓的早診早治及精準(zhǔn)治療提供新的思路。

1 基因組學(xué)在EH中的應(yīng)用

基因組學(xué)指對一個生物體的全部基因進行研究及量化的方法，目前主要測序技術(shù)包括全基因組測序（whole genome sequencing，WGS）、全外顯子測序（whole exome sequencing，WES）及染色體微陣列分析（chromosome microarray analysis，CMA），前兩者分別涵蓋測序基因組的所有區(qū)域及外顯子區(qū)域，主要用于獲取基因的序列信息及數(shù)量，以識別其變化情況；后者主要用于測量基因拷貝數(shù)的變異［5］?；蚪M學(xué)研究方法先后經(jīng)歷了候選基因關(guān)聯(lián)分析及全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association study，GWAS）。目前，基因組學(xué)在EH中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 早期風(fēng)險預(yù)測 PADMANABHAN等［6］通過分析大鼠和人類血壓調(diào)節(jié)中的遺傳因素，發(fā)現(xiàn)基因中的非編碼DNA是影響血壓的主要遺傳因素；此外，有研究者通過收集2 638例青少年的唾液樣本，利用候選基因方法檢測發(fā)現(xiàn)，LSS、HSD3B1、PRKG1、CYP11A1、CYP11B2和NEDD4L基因變異與高血壓的發(fā)病相關(guān)［7］；DODOO等［8］研究發(fā)現(xiàn)了43個與EH相關(guān)的遺傳變異基因。此外，受體活性修飾蛋白1（receptoractivity-modifying protein，RAMP1）基因突變也可以增加高血壓的發(fā)病風(fēng)險［9］。因此，基因組學(xué)技術(shù)可將與EH發(fā)病相關(guān)的遺傳因素鎖定在某些基因的非編碼區(qū)，而早期監(jiān)測上述基因的變化可以預(yù)測EH的發(fā)生。

1.2 個體化治療 EVANGELOU等［10］對100多萬擁有遺傳和表型數(shù)據(jù)的人進行GWAS，發(fā)現(xiàn)了535個與血壓相關(guān)的基因，且部分血壓相關(guān)基因與降壓藥作用靶點具有相關(guān)性，通過基因檢測結(jié)果可預(yù)測降壓藥的治療效果。在EH藥物治療方面，有研究利用基因組學(xué)識別降壓藥對機體起關(guān)鍵作用的治療靶點，如利用基因組學(xué)識別EH患者對氫氯噻嗪治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物，并發(fā)現(xiàn)SPTLC3基因是氫氯噻嗪發(fā)揮降壓作用的潛在決定因素［11］。類似的，有研究者選取服用賴諾普利進行降壓治療的EH患者，利用基因組學(xué)技術(shù)對賴諾普利治療有效的患者進行腎素-血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）通路候選基因檢測及GWAS，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AGT、REN、ACE2基因的單核苷酸變異（single nucleotide variants，SNVs）與賴諾普利的降壓效果有關(guān)［12］。上述研究表明，對EH高危人群及EH初治患者進行基因組學(xué)檢測，以實現(xiàn)早期風(fēng)險預(yù)測及預(yù)見機體對藥物的反應(yīng)，進而提高藥物的治療效果。

2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在EH中的應(yīng)用

轉(zhuǎn)錄組學(xué)指研究特定細胞或組織在特定階段或特定生理狀況下轉(zhuǎn)錄出來的所有RNA，并對其差異RNA進行量化［13］。與分析DNA結(jié)構(gòu)的基因組學(xué)相比，轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的RNA表達變化能更好地反映高血壓的生物學(xué)變化，可以從生理層面對EH進行診斷和預(yù)測。目前，轉(zhuǎn)錄組學(xué)采用的主要測序技術(shù)是微陣列和RNA測序［4］，其中RNA測序在測序通量和速度方面更有優(yōu)勢，已成為轉(zhuǎn)錄組學(xué)的主要測序技術(shù)［14］。轉(zhuǎn)錄組學(xué)在EH中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 早期診斷 通過分析基因表達綜合（gene expression omnibus，GEO）數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，骨髓細胞瘤病毒癌基因同源物（myelocytomatosis viral oncogene homolog，MYC）、HIST1H2BO可能與EH的發(fā)病有關(guān)［15］。ZELLER等［16］研究指出，RNA表達變化能更好地反映高血壓的生物學(xué)變化，同時該研究還發(fā)現(xiàn)，有8個RNA（CRIP1、MYADM、TIPARP、TSC22D3、CEBPA、F12、LMNA和TPPP3）共同決定了高達13%〔95%CI（8.7，16.2）%〕的血壓變異，故可作為早期診斷EH的生物標(biāo)志物；此外，miRNA-29家族（miRNA-29a、miRNA-29b、miRNA-29c）、miRNA-510、hsa-miRNA-637、hsa-circ-0037909、hsa-circ-0126991、miRNA-10a-5p均可作為診斷EH的潛在生物標(biāo)志物［17-20］。此外，長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）NONRATT011842也被發(fā)現(xiàn)具有調(diào)節(jié)高血壓患者血管平滑肌細胞的功能，可作為診斷和預(yù)測高血壓的生物標(biāo)志物［21］。

2.2 發(fā)現(xiàn)新的治療靶點 國內(nèi)有學(xué)者通過線性微陣列模型鑒定出EH大鼠和正常血壓大鼠的差異表達基因及差異表達miRNAs，發(fā)現(xiàn)Dbp、Crot和Mrpl4基因可能是EH的潛在治療靶點，而miRNAs（rno-miRNA-126a-5p、rno-miRNA-31a）或小分子藥物（肉毒桿菌毒素、Gly-His-Lys和鬼臼毒素）可阻斷上述基因的表達，從而發(fā)揮抗高血壓作用［22］。除上述基因外，轉(zhuǎn)錄組學(xué)還發(fā)現(xiàn)調(diào)控miR-1283/ATF4軸［23］、靶向miR-455-3p和miR-140-3p［24］亦有可能成為高血壓的潛在治療靶點。部分miRNA受到lncRNA的調(diào)控，而上游lncRNA GAS5也參與了血壓的調(diào)節(jié)［25］。有研究報道，CRIP1基因可通過調(diào)控免疫系統(tǒng)而調(diào)節(jié)血壓，而通過靶向CRIP1有望成為治療高血壓的治療策略［16］。

2.3 揭示藥物調(diào)控血壓的作用機制 利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以從基因?qū)用骊U明多種降壓藥和降壓方法的作用機制，如常用的中藥芪參益氣滴丸是通過上調(diào)SIK1基因表達、增加Na+排泄、抑制ADRA1D基因表達而松弛血管平滑肌，進而有效降低鹽敏感型高血壓大鼠的血壓，減輕腎臟損傷［26］。針灸作為中醫(yī)降壓手段之一，其降壓作用也可通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)進行解釋。LI等［27］構(gòu)建了EH大鼠模型，對其進行針灸治療并采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析其基因表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，針灸治療可能通過逆轉(zhuǎn)差異表達基因而參與高血壓相關(guān)通路（包括氧化應(yīng)激、血管內(nèi)皮功能、炎癥反應(yīng)），進而降低血壓。除中藥外，臨床常用的口服降壓藥也可以利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)深入研究其血壓調(diào)控機制。一項針對氫氯噻嗪治療高血壓的多中心研究發(fā)現(xiàn)，VASP基因可能參與氫氯噻嗪的降壓機制，故可將其作為預(yù)測氫氯噻嗪利尿效果的潛在生物標(biāo)志物［28］。

2.4 監(jiān)測靶器官損傷 靶器官損傷是高血壓患者的常見并發(fā)癥，其中心肌梗死是急危并發(fā)癥之一。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，miR-7、miR-548可作為預(yù)測EH并發(fā)急性心肌梗死風(fēng)險的潛在生物標(biāo)志物［15］，當(dāng)miR-7、miR-548異常時，臨床醫(yī)生需要警惕心肌梗死的發(fā)生。當(dāng)EH患者miRNA let-7水平升高時，動脈粥樣硬化發(fā)病率也相應(yīng)升高［29］。盡管轉(zhuǎn)錄組學(xué)與基因組學(xué)相比，存在RNA不穩(wěn)定、實時定量反轉(zhuǎn)錄PCR技術(shù)復(fù)雜且價格昂貴等劣勢，但上述研究成果證明轉(zhuǎn)錄組學(xué)在EH的早期診斷、治療及預(yù)測靶器官損傷方面具有較好的應(yīng)用前景。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)在EH中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)是對一個細胞、組織、器官或機體內(nèi)基因表達的全部蛋白質(zhì)及其活動規(guī)律進行研究［4］。蛋白質(zhì)組位于基因組和轉(zhuǎn)錄組的下游，對其進行分析可以識別出DNA和RNA翻譯過程中因翻譯后修飾、機體生物系統(tǒng)活性及功能改變而導(dǎo)致的差異蛋白質(zhì)，從而發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)與疾病之間的聯(lián)系。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)主要采用雙向凝膠電泳（twodimensional gel electrophoresis，2-DE）和熒光差異雙向凝膠電泳（two-dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE）提取和分離蛋白質(zhì)，使用質(zhì)譜（mass spectrum，MS）及其衍生的液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）、表面增強激光解析電離飛行時間質(zhì)譜（surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry，SELDI-TOF-MS）及雙向凝膠電泳-質(zhì)譜（two-dimensional gel electrophoresis-mass spectrometry，2DEMS）等技術(shù)鑒定蛋白質(zhì)和識別生物標(biāo)志物［30］。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)在EH中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 識別相關(guān)蛋白質(zhì) 利用質(zhì)譜分析法對InGenious Hypercare隊列中的118例EH患者和85例健康對照者的血液樣本進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)27個與高血壓發(fā)生相關(guān)的蛋白質(zhì)決定因子［31］。除了分析血液樣本，尿液也可以作為蛋白質(zhì)組學(xué)的檢測樣本。有研究者利用LC-MS/MS檢測鹽敏感型高血壓患者和耐鹽型高血壓患者在鹽負(fù)荷試驗期間的尿液樣本，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尿液中氨肽酶P2、尿激酶型纖溶酶原激活物、表皮生長因子是鹽敏感型高血壓發(fā)生的關(guān)鍵因子［32］。

3.2 預(yù)測并發(fā)癥 國內(nèi)有研究者利用串聯(lián)質(zhì)譜標(biāo)簽（tandem mass tag，TMT）標(biāo)記的定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究EH與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）之間的潛在生物學(xué)聯(lián)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有7個可以作為兩者共同生物標(biāo)志物和治療靶點的差異表達蛋白質(zhì)，對該差異表達蛋白質(zhì)進行監(jiān)測可預(yù)測HFpEF的發(fā)生［33］。腎臟作為高血壓的常見損傷靶器官，其損傷程度緩慢且難以發(fā)現(xiàn)，目前尚無無創(chuàng)手段可以檢測早期腎損傷的結(jié)構(gòu)和功能改變。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)出現(xiàn)后，HATZIIOANOU等［34］研究發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)氯離子通道4（chloride intracellular channel 4，CLIC4）蛋白在高血壓大鼠的腎小管中過度表達，推測其可作為EH相關(guān)腎損傷的早期潛在生物標(biāo)志物。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上填補了高血壓早期腎損傷檢測手段的空白。

3.3 個體化治療 與DNA、RNA相似，蛋白質(zhì)組學(xué)可以為機體找出預(yù)測降壓反應(yīng)的潛在靶點，為EH的個體化治療提供可借鑒的方法。如MARTIN-LORENZO等［35］運用LC-MS/MS對29例頑固型高血壓患者的尿液樣本進行蛋白質(zhì)鑒定和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，并在蛋白質(zhì)水平上預(yù)測機體對螺內(nèi)酯的反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觸珠蛋白（haptoglobin，HP）和觸珠蛋白相關(guān)蛋白（haptoglobin-related protein，HPR）是預(yù)測患者對螺內(nèi)酯治療反應(yīng)的潛在生物標(biāo)志物。另有研究對伴有蛋白尿的EH患者和單純EH患者進行差異蛋白質(zhì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Kalirin（R2=0.59，P＜0.001）和CHD7（R2=0.52，P＜0.001）兩種蛋白質(zhì)的表達均與血管內(nèi)皮功能呈正相關(guān)，故可將其作為監(jiān)測腎素-血管緊張素系統(tǒng)（renin-angiotensin system，RAS）抑制程度的臨床指標(biāo)，并幫助臨床醫(yī)生制定個體化治療方案［36］。除此之外，組織蛋白酶G（cathepsin G，CTSG）、轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor beta-1，TGF-β1）、透明質(zhì)酸酶1（hyaluronidase-1，HYAL1）、激肽原1（kininogen-1，KNG1）4種蛋白質(zhì)也被作為EH發(fā)生的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，調(diào)控其表達可能成為EH的潛在治療靶點［37］。

4 代謝組學(xué)在EH中的應(yīng)用

代謝組學(xué)主要是通過分析生物體受環(huán)境刺激或機體內(nèi)環(huán)境改變（如病理改變或基因變異）等因素引起的體內(nèi)代謝物變化來研究其生理功能的一門科學(xué)［38］，也是運用現(xiàn)代實驗室方法對生物體內(nèi)組織、細胞、體液中小分子代謝物（如糖、脂類、氨基酸、核酸等有機化合物）［4］進行定量及定性檢測的科學(xué)技術(shù)。代謝組學(xué)研究包括靶向和非靶向（整體）兩種方法，其中靶向代謝組學(xué)通常只對某種或某一類代謝物進行檢測，適用于代謝物已經(jīng)確定的情況；而非靶向代謝組學(xué)是探索性的，目的是盡可能檢測出樣品中更多的差異性小分子代謝物［4］。目前，代謝組學(xué)常用的實驗室方法包括核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（liquid chromatography- mass spectrometry，LC-MS）等［39］，其中LC-MS因靈敏度高和檢測范圍廣而成為非靶向代謝組學(xué)的首選方法［40］。代謝組可反映機體的代謝狀態(tài)，但容易受到環(huán)境因素的影響，故特別適用于評估機體當(dāng)前狀態(tài)和外界環(huán)境因素的影響。目前，代謝組學(xué)在EH中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

4.1 識別差異代謝物 EH患者存在糖、氨基酸、脂肪酸及微生物代謝異常情況［41］，故推測這些小分子物質(zhì)可能通過某些代謝途徑而影響血壓。BARANWAL等［42］分別構(gòu)建高鹽飲食和血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的高血壓小鼠模型，并對其及正常血壓小鼠血清、尿液進行整體代謝組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高血壓小鼠血清中有14種代謝物明顯改變、尿液中有6種代謝物明顯改變。TIAN等［43］使用超高效液相色譜串聯(lián)四極桿靜電場軌道阱質(zhì)譜（ultra-high performance liquid chromatography coupled to Q Exactive hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometry，UPLC-Q-exactive-MS）分析自發(fā)性高血壓大鼠和正常對照大鼠血清樣本，共鑒定出23種差異代謝物。而陳帥等［44］研究發(fā)現(xiàn)了包括L-組氨酸、L-精氨酸在內(nèi)的13種差異代謝物。代謝組學(xué)技術(shù)可以識別分子量較小的分子，相對于既往的組學(xué)技術(shù)具有靈敏度高的特點。

4.2 尋找潛在的生物學(xué)靶點 AMETA等［45］利用NMR對64例EH患者和59例健康對照者的血清樣本進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EH患者精氨酸、丙氨酸、丙酮酸、甲硫氨酸、腺嘌呤、尿嘧啶水平明顯改變，提示上述差異代謝物可作為區(qū)分EH和健康對照者的特征代謝物，并可作為EH的潛在生物標(biāo)志物。與上述研究結(jié)論類似，有研究利用超高效液相色譜-四極桿飛行時間質(zhì)譜（ultra performance liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry，UPLC-QTOF/MS）技術(shù)對75例EH患者和75例健康對照者的尿液代謝物進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10種可作為診斷或篩查EH的差異代謝物，其主要涉及的代謝途徑有氨基酸代謝、脂肪酸代謝、氧化應(yīng)激及類固醇激素生物合成途徑，故推測上述4種代謝途徑異?？赡苁菍?dǎo)致EH發(fā)病的重要因素［46］。除此之外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)十六烷二酸酯與人類血壓及死亡率升高有關(guān)，并揭示其作用機制的相關(guān)分子途徑：十六烷二酸酯與脂肪ω氧化途徑中ADH1A、ADH1B、CYP4編碼酶的水平相關(guān)，高水平的十六烷二酸酯可干擾乙醇對血壓的影響［47］。為了更好地了解高血壓患者的病理生理學(xué)改變，LIN等［48］在烏普薩拉老年人群中開展了一項前瞻性隊列研究，該研究使用氣譜和液譜結(jié)合質(zhì)譜的方法分析循環(huán)血漿代謝物及其與血壓的相關(guān)性，隨訪5年，結(jié)果顯示，神經(jīng)酰胺（β=1.06）、三酰甘油（β=1.00）、總甘油酯（β=0.95）、油酸（β=0.92）與舒張壓呈正相關(guān)，而膽固醇脂與舒張壓呈負(fù)相關(guān)（β=-1.06）。上述研究提示，代謝組學(xué)可作為揭示高血壓病理生理途徑的一個有效手段。

5 綜合組學(xué)在EH中的應(yīng)用

EH是一種受遺傳、環(huán)境等多個因素影響的復(fù)雜疾病，僅憑一種組學(xué)技術(shù)研究其發(fā)病機制遠遠不夠，而不同組學(xué)技術(shù)之間存在密切聯(lián)系，涉及從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)和代謝物等多個層面的信息，故將各組學(xué)技術(shù)進行綜合應(yīng)用是系統(tǒng)研究EH的基礎(chǔ)。MARRACHELLI等［49］采用基因組學(xué)聯(lián)合代謝組學(xué)研究心臟代謝危險因素。COLAK等［50］采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合蛋白質(zhì)組學(xué)分析擴張型心肌病的整體變化，并發(fā)現(xiàn)了與心功能相關(guān)的基因、蛋白質(zhì)和通路。綜合組學(xué)可以克服單個組學(xué)方法的局限，在揭示EH的病理生理、發(fā)病機制及尋找特異性生物標(biāo)志物等方面潛力巨大。

6 小結(jié)

綜上所述，組學(xué)技術(shù)可以從分子層面闡明EH的發(fā)生發(fā)展機制，為EH的早診早治、風(fēng)險評估、精準(zhǔn)治療及靶器官損傷預(yù)測提供新的思路，但也存在許多挑戰(zhàn)。首先，組學(xué)技術(shù)在EH患者中發(fā)現(xiàn)的大量生物標(biāo)志物在臨床中應(yīng)用較少；其次，沒有單一組學(xué)技術(shù)可以解釋EH的整個病理生理過程，需將組學(xué)技術(shù)進行綜合，但綜合組學(xué)數(shù)據(jù)集成較為復(fù)雜；第三，檢測技術(shù)價格昂貴，臨床大規(guī)模應(yīng)用受限。相信隨著組學(xué)技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)療水平的提高，未來上述問題有望得到解決。

作者貢獻：歐陽輝、付海艷、杜映榮進行文章的構(gòu)思與設(shè)計、文章的可行性分析、論文修訂；歐陽輝進行文獻/資料收集與整理，撰寫論文；付海艷、杜映榮負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校；杜映榮對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。