三、蛋白组学和代谢组学

（一）蛋白质组学临床应用方向

1994年澳大利亚学者Swinbanks首先提出蛋白质组和蛋白质组学的概念。蛋白质组学（proteomics）是以蛋白质组为研究对象，包括鉴定蛋白质的表达、结构功能、修饰方式和相互作用，从蛋白质整体水平上认识生命活动规律。虽然目前已经完成了人类基因测序，但即便探究一个细胞完整的基因序列也不能揭示其所有的生理、病理活动。蛋白质的修饰加工、转运定位、相互作用等并不能从mRNA水平预测；某些参与信号转导、转录因子调节和细胞周期控制的蛋白质迅速转换或在药物、化学或物理刺激下产生的新蛋白质均无法从基因组水平上的研究获知，因而蛋白质组学的产生是生命科学发展的必然。

通过基于高分辨率质谱的蛋白质组学测量16个解剖区域和3种主要的心脏细胞类型来确定健康的人类心脏蛋白质组，建立细胞水平的心脏蛋白组图谱，为了解心脏疾病发生、发展的机制提供帮助。冠状动脉疾病具有较高的发病率和死亡率，是心血管系统中严重危害人类健康的一类疾病。而在早期动脉粥样硬化发生过程中，蛋白质网络及其变化可以为疾病检测和改善治疗靶标确定新的生物标记。通过对100例尸体解剖的年轻人的冠状动脉和主动脉标本进行质谱分析，描述了与早期动脉粥样硬化密切相关的人动脉蛋白质组和蛋白质组学特征，发现动脉粥样硬化的潜在治疗靶点。而基于冠心病患者体内循环蛋白构建的心血管结局风险的评分可以为冠心病患者的心血管风险进行精准分层，为冠心病的精准治疗提供依据。

心力衰竭是多种心脏疾病发展的终末阶段，应用蛋白质组学有助于了解心力衰竭发生、发展的分子机制，为心力衰竭的治疗提供新的潜在治疗靶点。心力衰竭不同阶段的循环蛋白的系统表征不同，基于对蛋白质组学的应用，鉴定与心力衰竭发病率相关的蛋白质，可以为心力衰竭的病理生理过程提供新的见解并确定治疗靶标。研究通过使用蛋白质学方法评估主动脉缩窄（TAC）引起的心力衰竭的整体蛋白质组学变化以及相关的信号通路变化发现，线粒体功能紊乱可能是压力负荷性心力衰竭许多途径改变的上游信号，为精准干预提供依据。蛋白质组学不仅有助于了解心力衰竭的发病机制，而且通过蛋白组技术发现新的生物标记物，为心力衰竭的诊断和危险分层提供新的选择。Stenemo研究通过对建立的基于社区无心力衰竭老年患者的前瞻性队列进行蛋白质组学分析发现了新的可以用来预测心力衰竭发生的生物标记物，通过早期对生物标记物的筛查发现心力衰竭高危的人群，进行早期干预，减少心力衰竭的发生。

（二）代谢组学临床应用方向

代谢组学是利用生物样本包括血浆、尿液、唾液、组织等对不同生物系统中小分子代谢物进行系统检测和研究，涵盖从遗传序列到细胞生物谱，可捕获某种疾病表型相关的信息，进一步研究其与所发生的生理或病理改变关系的科学。在过去的几十年中，人们日益认识到心肌能量代谢的重要贡献及相关的合并症可以改变全身和心肌的新陈代谢。先进的代谢组学技术能让我们全面测量生物体液中的数千种代谢物或活检，提供了新陈代谢的“快照”，提示可作为潜在的诊断和/或预后工具，可用于识别系统或心肌代谢障碍。

心肌缺血期间氧和营养供应减少，一些关键心肌能量代谢变化导致心肌代谢也随之改变：葡萄糖氧化率明显降低，而糖酵解率显著增加，其增加程度取决于缺血的严重程度和持续时间。代谢组学分析也反映了心肌缺血无氧糖酵解代谢增强，三羧酸循环周期一些代谢物（如草酰乙酸盐）明显减少。短链（S-C）二羧酰基肉碱的增加，在冠心病患者中可预测心血管事件风险。此外，代谢组学证明在老年冠心病患者中链（M-C）和长链（L-C）酰基肉碱增加，并独立于标准预测因子可预测后续心血管事件的发生风险。

许多代谢组学研究已经证实，多个潜在的生物标记物可预测冠心病和随后的心血管事件风险包括心肌梗死和死亡。循环中的三甲胺-N-氧化物（TMAO）是动脉粥样硬化的重要预测因子，也是心肌梗死和脑卒中的危险因素。研究发现，冠心病患病率增加与血液中不饱和脂肪酸的溶血卵磷脂水平增高，饱和脂肪酸的溶血卵磷脂降低有关。此外，含有神经酰胺、鞘磷脂、二酰甘油或棕榈酸的循环卵磷脂与心肌梗死的发病率增加有关。这些代谢物的变化预示着动脉粥样硬化的危险，而利用生物标志物的检测可对其进行早期干预。

在心力衰竭过程中也同样存在代谢的改变，其中脂肪酸代谢物的改变主要集中在酰基肉碱上，酰基肉碱是脂肪酰基-辅酶A的衍生物，可反映脂肪酸氧化速率的变化。代谢组学分析表明，与慢性心力衰竭患者相比，终末期患者循环C16和C18：1酰基肉碱升高，预示着心力衰竭患者死亡率和住院风险增加。支链氨基酸可能在心力衰竭发病机制中起一定作用，已证实慢性心力衰竭患者循环中，亮氨酸和异亮氨酸水平高于健康对照组，其结果与肥胖或血脂异常无关。对心肌提取物研究显示，在患有心力衰竭的小鼠和人身上支链α-酮酸（BCKA），包括α-酮异戊酸（缬草碱衍生）、α-酮异己酸（亮氨酸衍生）和α-酮-β-甲基戊酸（异亮氨酸衍生）上水平升高，而增强全身BCKA代谢可减轻压力负荷所致的心力衰竭。

（三）前景及展望

1.代谢和蛋白标志物用于心血管疾病的风险预测和预后评估

生物标志物已被证明可用于心血管医学，并且有良好的发展前景，严谨地使用生物标志物有助于发现新的致病途径，识别新的治疗靶点，并将研究与临床应用有机结合。

生物标志物检测可以在较短的时间内获得准确重复的测量结果，提供临床评估无法获得的信息，这些优势可以帮助临床医师筛查哪些患者发生心血管疾病的风险更高。例如，生物标志物（C反应蛋白、肿瘤坏死因子受体2、同型半胱氨酸和血管内皮生长因子）水平升高，可增加社区患者发生缺血性卒中的风险；BNP可预测新发心力衰竭的风险。

生物标志物可参与疾病的病理过程，反映疾病进展，例如横断面研究发现心肌纤维化的影像学和纤维化的生物标志物随慢性肾病（CKD）进展增加，可评估各阶段心肌的异常变化。此外，生物标志物还可以参与药物治疗效果及不良反应的评测，帮助制订干预措施；使用生物标志物血红蛋白、cTn-hs和GDF-15的ABC出血评分比传统的HAS-BLED和ORBIT评分系统对使用抗凝药的房颤患者大出血显示出了较好的预测效果。在他汀药物用于一级预防的JUPITER研究中，在使用高敏C反应蛋白反映的炎症程度的基础上，给予他汀治疗，不仅可以治疗具有心血管事件高风险的一级预防人群，而且可以鉴别哪些患者在他汀治疗中获益。

2.POCT在心血管疾病生物标记物检测中的应用前景

即时检验（point-of-care testing，POCT）是指在患者旁边进行的临床检测及床边检测，可以在采样现场进行即时分析，省去标本在实验室检验时的复杂处理程序，从而快速得到检验结果。

我国现有心血管疾病患者2.3亿人，发病率达20%，多种组学发现的生物小分子使用POCT进行快速检测，在健康人群筛查具有无限的潜力，可以快速识别未来可能患心血管疾病的高危人群。实现POCT的方法多样，目前已经投入使用的技术包括：血糖家用检测仪、国际标准化比值（INR）检测、床旁血小板功能快速检测等；此外，也有一些有潜力的POCT技术，包括光子晶体、纳米颗粒技术等。对于检测条件有限的偏远地区和医疗设备不齐全的社区医院，POCT检测可有效降低疾病误诊率，提高准确性。

（杜杰　刘燕　李杨　王媛）