脂质组学-一个利基但快速增长的领域

尽管研究人员在脂质生物化学方面已经研究了几十年，但脂质组学是最近才出现的一门新兴学科，具有诊断和预防疾病的潜在应用。

“脂质组学是全面分析生物系统中所有脂质的尝试，”剑桥大学核心代谢组学和脂质组学实验室负责人Albert Koulman说。

衍生自更广泛的代谢组学领域，它涉及人体生理和疾病中脂代谢的系统级分析。

“你可以用它来发现生物标志物——寻找表明疾病或健康状态的特定变化，”Koulman说。“或者你可以用它来观察生物系统如何应对挑战，试图了解潜在的代谢机制。”

最近的技术进步正在加速这一领域的进展。脂质分析已经使对饮食和健康的更准确的研究成为可能，并为临床生物标记物的开发带来了希望，这些生物标记物可以帮助在症状出现前多年诊断疾病。

没有“放之四海而皆准”的方法

脂质是一组非常多样化的分子，这使得全面的分析成为一个挑战。鉴别和定量的最标准方法是液相色谱(LC)，其次是质谱法。

Koulman说:“尽管这对于观察特定的脂类很有效，但由于脂质池内的极性范围，这对于进行样品的完整脂质剖面并不理想。”另一种方法是直接灌注质谱(DIMS)，这样就完全不需要色谱分离了。

“一个巨大的优势是它非常快，我们可以在很短的时间内筛选大量的样本，”Koulman说。另一个选择是质谱成像这种方法还有一个额外的好处，即允许研究人员建立一个详细的图像，了解数百种特定的脂类在组织样本中的位置。

“如果你试图理解导致新陈代谢差异的生物学背后的原因，这是非常有力的信息，”库尔曼说。

但最大的挑战之一是该领域缺乏标准化，这使得在不同实验室之间集成数据集变得困难。即使在一个实验室里，仅仅使用技术也不足以确定变化是真实的。

“如果你在一个平台上测量一千种脂质，很可能这种方法不会以最优的方式测量其中的许多脂质，”Koulman说。“所以我们总是用不同的技术进行验证。”大规模的举措，比如脂质图谱脂质组学通道，以帮助标准化该领域，提供集中的资源，如数据库、工具和协议。

建立我们的知识基础

由于质谱灵敏度的进步，研究人员现在能够在样品中检测到不断增加的脂类。

伦敦国王学院博士后研究员Min Kim说:“十年前，我们可能最多只能在血液中看到几百个脂质分子，但现在，我们可以看到数千个。”

但我们对其中许多分子的了解滞后，因为相关的功能研究往往还没有完成。

“我们看到了人们以前从未见过的脂质——每年都有新分子被发现，”Kim说。

建立脂质代谢的系统级知识也是巨大的挑战。目前的生物信息学方法通常基于简单的想法——比如底物、酶和产物之间的关系。但这些原理并不容易应用于脂类。

“脂质在很多方面都是非常奇怪的分子，”库尔曼解释道。“磷脂可以是一种信号化合物，是细胞膜的一部分，也可以用来在身体各处运输特定的脂肪酸。”

因此，非常需要开发新的生物信息学方法，专门设计来拼凑脂质途径和网络。

加强饮食营养研究

脂质组学的一个很有前途的应用是改善研究生活方式因素和疾病风险之间联系的流行病学研究。例如，我们目前的很多饮食建议都是基于询问人们吃了什么——比如食物频率调查问卷或日记。但众所周知，这些说法可能具有误导性。

“即使以最谨慎的方式进行，这些方法也总是非常主观，”库尔曼说。“但通过测量血液循环中的脂类水平，就有可能以更客观的方式评估一个人的饮食，然后看看饮食和疾病风险之间是否有联系。”例如，最近的一项研究表明循环中摄入的乳制品脂肪的脂类生物标志物水平越高，一个人患2型糖尿病的风险就越低．

“基于我们的研究结果，我认为我们可能需要更加谨慎地对待那些非常直白的建议，即远离饱和脂肪——因为某些类型的脂肪实际上可能对我们的健康有益，”Koulman说。

将脂质组学技术应用于分析干燥的血点，使得对婴儿营养和健康结果进行大规模研究变得更容易。

Koulman解释说:“最初我们非常怀疑，因为当血液在纸上时，会发生水解和氧化，这会扰乱脂质谱。”“但我们已经进行了广泛的验证研究，表明实际上，你仍然可以获得相关信息。”

此后，研究小组对来自大型出生队列的样本进行了研究剑桥婴儿成长研究——确定配方奶喂养和母乳喂养婴儿脂质谱的差异可以作为营养生物标记物。

预测疾病

脂质分析也可能在症状出现前许多年就对常见晚发性疾病的发展发出危险信号。例如，作为大脑近60%是脂肪在美国，许多研究人员正在探索脂质组学标记物，用于阿尔茨海默病等神经退行性疾病的早期诊断。

“如果你患有脑部疾病，大脑萎缩，很可能是脂质流失，”斯坦诺和伦敦国王学院系统医学主任克里斯蒂娜·莱吉多-奎格利说。“因此，我们正在寻找基于脂肪的生物标志物，以帮助早期诊断疾病。”该团队最近发现了一种一组代谢物，包括初级脂肪酰胺在血浆中，可以用作诊断面板。他们现在正在进行一项涉及数千名轻度认知障碍患者的大规模试验，以探索它们作为阿尔茨海默病预测生物标志物的价值。

脂质组学前景光明

脂质组学虽然仍处于起步阶段，但在促进我们对健康和疾病的理解方面将发挥至关重要的作用。

“我认为它可以有更多的用途——有很多病理都有一个人们没有真正关注的成分，”Koulman说。“例如，脂质代谢和心理健康之间似乎有很强的联系，但我们对此还一无所知。”

基于脂肪的生物标志物的发现也可能有助于形成更个性化的生活方式建议，以帮助降低疾病的风险。开发出能够更早诊断疾病的敏感新测试，再加上有效的新干预措施——如运动、饮食或药物——可能有助于预防患者症状的发作。

“我预测在10到20年内，脂质组学将成为诊断疾病的临床测试的一部分，”Legido-Quigley说。