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【代谢专栏】今年,脂质组学在医学领域即将C位出道

2018-09-30
中科新生命
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近期小编发现关于“脂质组学”的咨询问题越来越多,其实早在2016年国家自然科学基金委公布的“十三五”发展规划中,“糖脂代谢的稳态与功能调控机制”被列为生命科学优先发展领域。除此之外,在首批重大项目中,“脂代谢可塑性调控的分子与细胞机制”也被划为生物医学领域的5个重大项目之一。


而今年2018年国家自然科学基金委也发布“糖脂代谢的时空网络调控”重大研究计划,再次强调了糖脂代谢对于人体健康的重要意义。脂质的研究受到越来越多的关注和重视,究其原因,主要还是因为脂质组学发展促进了脂质功能研究,越来越多的人认识到除了蛋白质,脂质分子在生命体中也发挥重要作用。

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脂质在生物体内分布广泛,含量丰富,据估计生物体内的脂质数量有上万种。血浆当中含量最丰富的是脂质细胞膜上的脂质占到细胞膜重量的50%。除此之外,无论是内质网、高尔基体、线粒体还是溶酶体都含有丰富的脂质。

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脂代谢的研究在医学上具有重要的生物意义。脂质结构的多样性赋予了脂质多种重要的生物功能,包括能量转换、物质运输、信息识别与传递、细胞发育和分化以及细胞凋亡等生物过程。因此脂质代谢和功能变化对细胞的生理功能和生命体的病理性紊乱有重要影响,异常的脂代谢往往与代谢性疾病、心血管疾病、肿瘤、神经系统疾病密切相关。


脂质组学是对生物体内脂质分子进行系统研究的一门科学,对于揭示脂质的代谢调控和生物功能在各种生命活动中的重要作用机制具有重要意义。2010年《Cell》上发表了一篇综述,称脂质组学是一项前沿技术,并且预测今后将是继基因组学、蛋白质组学和糖组学之后的一大新兴崛起的研究领域,应用前景一片光明。从Pubmed的数据也可以看出从2010年到2018年这几年脂质组学的文章数量呈火箭式增长,是非常活跃的一个研究领域。历年来Nature上也有多篇综述不断的对脂质组学技术和应用进行介绍。


我们也曾解读过不少脂质组学在医学研究上的高分文章,可点击查看:

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研究进展


代谢性疾病


脂代谢的异常与肥胖、糖尿病等代谢性疾病密切相关。根据《Nature Reviews Endocrinology》上的一篇综述,可以知道胰岛素的抗性并不仅仅是由游离脂肪酸含量的升高引起的,同时还涉及到多条脂代谢通路中的脂类化合物,比如说PC,SM和缩醛磷脂,这些脂质含量的变化会引起线粒体功能障碍、ROS的生成和炎症的产生,进一步会加剧胰岛素的抗性。因此,基于脂质组学对脂质进行系统的研究不但可以帮助我们建立诊断能力更为良好的诊断模型,还可以对发病机制进行更为深入的探索和研究。

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心血管疾病


根据国家心血管病中心发布的《中国心血管病报告2017》推算,我国心血管病患病人数已达2.9亿。绝大多数的心血管疾病都可以通过早期的干预进行治疗。因此疾病的早期诊断可谓意义重大。


近年心血管领域的顶级刊物《Circulation》于2015年和2016年先后刊登了两篇基于大样本的人群列队的研究结果,两篇文章都表明脂质分子能够提高传统风险因子评估模型的心血管事件的预测能力。此类新型诊断模型的建立可以更好的对心血管病风险进行分层,推进精准医疗的发展。然而目前还没有基于中国人群的相关报道,希望在不久的将来能够看到基于打队列的中国人群的此类研究。

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肿瘤


肿瘤细胞往往伴随着异常的能量代谢,其中最典型的一个特点是早期异常的脂代谢。目前已经有不少基于脂质组学筛选肿瘤的早期诊断标志物或者预测肿瘤化疗效应的效果的文章。除此之外,基于脂代谢的肿瘤发病机制的研究同样也是有大量的高分文章。现在的研究表明,抑癌基因的丢失会引起脂质生成程序快速运转和脂质积累,而脂代谢的异常又会引起促癌基因的高表达。肿瘤细胞还会通过改变细胞膜的组成来促进自身的转移或是高表达COX酶促进PGE2的大量生成,从而逃脱免疫系统的监视。所以无论是肿瘤的标志物研究还是机制的研究都绕不开对脂质的研究。

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神经系统


神经元作为神经系统非常重要的组成部分,含有丰富的脂质。异常的脂代谢会引起线神经元细胞的线粒体功能障碍、兴奋性中毒、细胞骨架受损以及物质运输和神经递质的释放受到影响,因此与神经系统疾病的发生发展密切相关。基于脂质组学的脂代谢研究同样可以用于标志物的筛选或者机制的研究。

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药物


药物的研究也与脂质关系密切。无论是降脂药、抗糖尿病药物、降胆固醇药物还是柴黄益肾方这类的中药名方都是调节人体的脂代谢来发挥功效的。所以脂质组学对于研究这类药物的作用机制具有重要的意义。此外目前许多已经完成临床实验或是正在进行临床实验的各种抗肿瘤药物都是脂代谢通路酶的抑制剂。因此抗肿瘤药物靶点的筛选和其作用机制也都离不开系统的深入的脂代谢研究。

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总结


脂代谢的异常与疾病发生发展密切相关,在医学上具有重要的研究价值。脂质组学是对脂质进行系统研究的一种前沿新技术,是近几年发展迅猛的一个研究方向,在医学各个研究领域有不少高分文章。如今脂质组学广泛用于标志物的筛选、病理机制研究、药物作用靶点筛选、药物作用效果评价和作用机制的研究。相信在国家政策的支持下,未来会有更多的科研工作者投身于脂代谢的研究,也希望本篇文章能给广大医学研究的研究者一点启发。



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