重磅綜述丨Cells糖尿病與代謝組學
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�。鑒定用于糖尿病及其并發(fā)癥的篩查、診斷和預后的生物標志物，以及更好地了解參與糖尿病發(fā)展和進展的分子途徑，有助于個體化預防和治療。
香港中文大學醫(yī)學院馬青云團隊于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的代謝組學研究進展。原文鏈接：https://doi.org/10.3390/cells10112832。
研究背景
隨著分析技術的進步，代謝組學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代謝的小分子代謝物。代謝組學也被應用于探索藥物調節(jié)的可能途徑和新的治療靶點，提高對T2D及其并發(fā)癥的預防和管理。
代謝組學分析技術
非靶和靶向代謝組學（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或具有相似的結構，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，因此可用于結構解析和構型確定。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衍生，然而靈敏度較低（mM~μM水平），比質譜的靈敏度低1~2個數(shù)量級。
質譜（MS）：以其高分辨率和高靈敏度的優(yōu)勢成為代謝組學研究最廣泛的平臺。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特性進行檢測。與LC-MS相比，重復性相對較差，但是儀器成本較低。LC-MS的應用范圍較廣，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代謝組學不同研究平臺的優(yōu)缺點
在過去的20多年中，代謝組學已廣泛應用于大型流行病學研究，一些代謝物/代謝通路已被鑒定和驗證與胰島素相關，可用于預測糖尿病的發(fā)生。將一些關鍵的前瞻性研究的結果在后文進行小結。
支鏈氨基酸（BCAA）：與胰島素抵抗有關，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相關的報導，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。
游離脂肪酸（FFA）：在胰島素抵抗狀態(tài)下，脂肪分解上調導致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。脂肪酸可能成為預防糖尿病的新干預目標。
表1代謝組學應用于T2D的研究成果概覽（部分）
而糖尿病常見并發(fā)癥如心血管疾病（CVD）和腎臟疾�。―KD）也有相應的代謝組學研究，在此不再贅述。
小結
代謝組學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，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，代謝組學研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一批用于篩查、診斷和預測糖尿病及其并發(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；相關的途徑可能是未來的治療目標。
