斑块脂质组学：解码塑造动脉粥样硬化的分子特征。探索脂质剖析如何革命化心血管风险评估和治疗。
- 斑块脂质组学简介
- 心血管研究中脂质组学的历史演变
- 斑块中的脂质剖析分析技术
- 与动脉粥样硬化病灶相关的关键脂质种类
- 空间脂质组学：映射斑块内脂质分布
- 斑块脆弱性和稳定性的脂质组学生物标志物
- 斑块中脂质代谢与炎症的相互作用
- 临床应用：风险分层和个性化治疗
- 斑块脂质组学中的新兴技术和未来方向
- 转化脂质组学中的挑战、局限性和机遇
- 来源及参考文献
斑块脂质组学简介
斑块脂质组学是一个新兴领域，专注于对动脉粥样硬化斑块中的脂质种类进行全面分析。动脉粥样硬化是心血管疾病的主要原因，其特征是脂质、炎症细胞和纤维成分在动脉壁中的积累，形成可能限制血流或破裂的斑块，从而导致心脏病发作和中风。脂质组学是代谢组学的一个分支，采用质谱和色谱等先进分析技术来剖析和量化生物样本中多样的脂质分子，包括那些来源于动脉粥样硬化病变的样本。
动脉粥样硬化斑块的脂质组成高度复杂且动态，反映了系统脂质代谢和局部细胞过程。脂质组学使研究人员能够识别和量化数百到数千种不同的脂质种类，包括胆固醇酯、磷脂质、神经酰胺和氧化脂质。这些分子见解至关重要，因为特定的脂质类别及其代谢物与斑块的形成、进展和不稳定性有关。例如，氧化低密度脂蛋白（oxLDL）和某些神经酰胺在斑块中的积累与炎症加重及斑块破裂风险增加相关。
将脂质组学应用于斑块分析得益于技术进步和学术、临床和监管组织之间的协作努力。值得注意的是，美国国立卫生研究院（NIH）和欧洲心脏病学会（ESC）等机构支持了一系列研究计划，旨在阐明动脉粥样硬化的分子基础，包括脂质在斑块生物学中的作用。这些努力已导致新型脂质生物标志物的识别，可能改善风险分层、诊断和心血管疾病的治疗靶向。
总之，斑块脂质组学为解析动脉粥样硬化病变的脂质景观提供了强大的平台。通过将脂质组数据与临床和基因信息结合，研究人员和临床医生能够更深入地理解疾病机制，识别个性化干预的新途径。随着这一领域的不断发展，它为转变动脉粥样硬化及其并发症的预防和管理带来了希望。
心血管研究中脂质组学的历史演变
脂质组学这一领域，涉及生物系统内脂质的全面分析，经历了显著的演变，尤其是在其对心血管研究的应用方面。对动脉粥样硬化斑块的脂质组成的研究——称为斑块脂质组学——已成为理解心血管疾病（CVD）发病机制的基石。早期的动脉粥样硬化研究可以追溯到19世纪和20世纪初，主要依赖于组织学染色和显微镜技术来识别动脉壁内的脂质积累。这些基础研究确立了脂质，尤其是胆固醇在斑块形成和血管病理学中的中心作用。
20世纪中叶，色谱和质谱技术的出现标志着一个关键的转变，使得对个别脂质种类的更精准识别和量化成为可能。到了20世纪末，分析化学的进步使研究人员能够超越总体脂质测量（例如总胆固醇或三酰甘油），进行斑块内脂质类和分子种类的详细剖析。这一转变对于揭示脂质在动脉粥样硬化与斑块不稳定性中的复杂参与至关重要。
脂质组学作为一个独立学科的正式确立发生在2000年代初，恰逢基因组学和蛋白质组学的崛起。高通量技术，如液相色谱-质谱（LC-MS）和枪击脂质组学，使得能够同时分析来自小型组织样本的数百到数千种脂质分子。这些创新为人类动脉粥样硬化斑块的首个全面脂质组学研究奠定了基础，揭示了与斑块脆弱性、炎症和临床结果相关的多样脂质特征。
国际组织和研究联盟，如美国国立卫生研究院（NIH）和欧洲心脏病学会（ESC），在支持脂质组学研究方面发挥了重要作用。他们的资助和合作倡议加速了脂质组数据与临床和基因信息的整合，促进了一种系统生物学方法来研究心血管疾病。全球资源“脂质分子图谱（LIPID MAPS® Lipidomics Gateway）”，得到领先学术机构的支持，已标准化了脂质分类和命名法，进一步推动了这一领域的发展。
如今，斑块脂质组学被认可为阐明动脉粥样硬化分子机制的重要工具。它继续为生物标志物发现、风险分层和靶向治疗的发展提供信息，反映出从早期组织学观察到前沿分子剖析的显著旅程。
斑块中的脂质剖析分析技术
斑块脂质组学是一个迅速发展的领域，聚焦于对动脉粥样硬化斑块内脂质种类的全面分析。斑块中脂质组成的复杂性，包括胆固醇、磷脂、神经酰胺和氧化脂质衍生物，要求使用复杂的分析技术进行准确剖析。这些技术对于揭示斑块形成、进展和脆弱性的分子机制至关重要，并有助于识别潜在的心血管疾病生物标志物。
质谱（MS）是斑块脂质组学的基石，通常与液相色谱（LC）或气相色谱（GC）等色谱分离方法结合使用。高分辨质谱，包括飞行时间（TOF）和Orbitrap仪器，能够以高灵敏度和特异性检测和定量数百到数千种脂质种类。串联质谱（MS/MS）进一步允许对脂质分子的结构进行阐明，这对于区分常见于复杂生物样本（如动脉粥样硬化斑块）中的等摩尔种类和异构体至关重要。
样品制备是斑块脂质组学中的关键步骤。脂质通常使用有机溶剂从斑块组织中提取，如Bligh和Dyer方法或Folch方法，以确保有效回收多种脂质类别。提取后，采用色谱技术在质谱分析前分离脂质种类。液相色谱-质谱（LC-MS）尤为受青睐，因为它可以处理广泛的脂质极性范围，并兼容高通量工作流程。
除了基于质谱的方法外，核磁共振（NMR）光谱有时也用于脂质剖析，提供定量信息和结构见解，而不需要大量样品制备。然而，NMR通常灵敏度低于MS，更常用于目标分析或MS结果的验证。
斑块脂质组学中的数据分析涉及用于脂质识别、定量和统计解释的高级生物信息学工具。由美国国立卫生研究院（NIH）维护的数据库如脂质分子图谱（LIPID MAPS）提供了脂质分类和注释的全面资源，促进了将原始MS数据转化为生物学上有意义的信息。
标准化和质量控制在该领域越来越受到重视，美国国立卫生研究院（NIH）和世界卫生组织（WHO）等组织支持努力协调方法学和报告标准。这些倡议对于确保脂质组学数据在研究中可重复性和可比性至关重要，从而最终推动我们对动脉粥样硬化中脂质驱动机制的理解。
与动脉粥样硬化病灶相关的关键脂质种类
斑块脂质组学，即对动脉粥样硬化病灶内脂质种类的全面分析，已显著推动了我们对动脉粥样硬化分子基础的理解。动脉粥样硬化斑块是由各种脂质类别组成的复杂结构，每种脂质在斑块的发展、进展和不稳定性中发挥独特作用。识别和定量这些脂质种类对于阐明斑块形成机制和识别潜在治疗靶点至关重要。
在与动脉粥样硬化病变相关的最显著的脂质种类中，胆固醇及其酯类占据重要地位。游离胆固醇和胆固醇酯在斑块的坏死核心中积累，通常来源于巨噬细胞对修饰低密度脂蛋白（LDL）颗粒的摄取，导致泡沫细胞的形成。这个过程是动脉粥样硬化病变开始和发展中的核心过程。除了胆固醇外，磷脂例如磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺在斑块中丰富，影响膜结构和细胞信号通路。
神经酰胺，特别是鞘磷脂和神经酰胺，已成为斑块生物学的关键调节因子。神经酰胺是具有生物活性的脂质，促进炎症、细胞凋亡和内皮功能障碍，所有这些都导致斑块脆弱性。在斑块中发现的神经酰胺水平升高与心血管事件风险增加相关。类似地，由磷脂酰胆碱通过磷脂酶A2的酶促作用生成的溶血磷脂酰胆碱是动脉粥样硬化病灶中发现的一种强效促炎介质。
氧化脂质，包括氧化磷脂和氧化类固醇，在斑块发病机制中也至关重要。这些分子是通过低密度脂蛋白及其他脂蛋白在动脉壁内的氧化修饰生成的。氧化脂质可以引发炎症反应，招募免疫细胞，促进进一步的脂质积累，从而加剧斑块的进展。这些氧化物的存在是高级和不稳定斑块的标志。
基于质谱的脂质组学的最新进展使得对这些以及其他脂质种类在人的和动物的斑块内进行详细剖析成为可能。这促进了新型脂质生物标志物的识别，并提供了关于斑块演变过程中脂质组成动态变化的见解。美国心脏协会（American Heart Association）和美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）等组织支持了该领域的研究，认识到脂质组学在心血管疾病研究和预防中的重要性。
空间脂质组学：映射斑块内脂质分布
空间脂质组学是一种先进的分析方法，能够在动脉粥样硬化斑块复杂的微环境中可视化和量化脂质种类。与传统的脂质组学提供的脂质含量的总体测量不同，空间脂质组学利用成像质谱和相关技术，能够测绘脂质在细胞和亚细胞分辨率下的精确分布。这种空间分辨的信息对于理解斑块成分的异质性以及特定脂质种类在斑块发展、进展和脆弱性中的局部作用至关重要。
动脉粥样硬化斑块的特点是各种脂质类别的多样性，包括胆固醇酯、磷脂、神经酰胺和氧化脂质衍生物。这些脂质在斑块核心、纤维帽和肩部区域的空间分布可能影响关键的病理过程，如炎症、坏死和钙化。例如，氧化磷脂在坏死核心中的积累与炎症细胞浸润增加及斑块不稳定性相关，而特定的神经酰胺在纤维帽中的存在可能有助于斑块的稳定化。
基质辅助激光解吸/离子化成像质谱（MALDI成像质谱）是空间脂质组学中最广泛使用的技术之一。该方法允许直接分析组织切片，无需先前提取或标记，从而生成脂质种类的详细地图。最近在空间分辨率和灵敏度方面的进展，使得能够在单个斑块切片中检测到数百种脂质分子，为动脉粥样硬化病变的分子结构提供了前所未有的见解。其他技术，例如解吸电喷雾离子化（DESI）和二次离子质谱（SIMS），进一步扩展了空间脂质组学的能力，提供不同的电离机制和空间分辨率。
将空间脂质组学与组织病理学和免疫组织化学分析相结合，使研究人员能够将脂质分布与细胞表型和病理特征相关联。这种多模态方法对于识别与脆弱斑块相关的脂质特征十分重要，这些斑块容易破裂并导致急性心血管事件。由如美国国立卫生研究院（NIH）和欧洲心脏病学会（ESC）等组织支持的正在进行的研究，专注于将空间脂质组学发现转化为临床生物标志物和动脉粥样硬化的治疗靶点。
总之，空间脂质组学为映射动脉粥样硬化斑块内复杂的脂质景观提供了强大的平台。通过阐明脂质种类与病理过程之间的空间关系，这种方法有望推进我们对斑块生物学的理解，改善心血管风险评估。
斑块脆弱性和稳定性的脂质组学生物标志物
斑块脂质组学是一个新兴领域，应用先进的质谱和分析化学技术对动脉粥样硬化斑块内的脂质种类进行全面剖析。这种方法显著推进了我们对斑块脆弱性和稳定性的分子基础的理解，为生物标志物发现和心血管疾病中的风险分层提供了新途径。
动脉粥样硬化斑块是由脂质、炎症细胞、细胞外基质和坏死残骸组成的复杂结构。这些斑块内的脂质组成高度异质且动态，反映了系统脂质代谢和局部细胞过程。脆弱斑块——即那些倾向于破裂并导致急性心血管事件的斑块——通常具有较大的富含脂质的坏死核心、薄纤维帽和增强的炎症细胞浸润。相反，稳定的斑块则倾向于具有较小的脂质核心和更厚、更富含胶原的纤维帽。
脂质组分析已识别出与斑块脆弱性相关的特定脂质类别和分子种类。例如，氧化磷脂、溶血磷脂酰胆碱和某些神经酰胺的水平升高与斑块内炎症激活和基质降解相关。相反，磷脂醇和某些醚脂质的浓度升高可能具有保护作用，与斑块稳定性相关。这些发现得到了使用高分辨率质谱和成像质谱的研究的支持，这些研究允许对斑块微环境内脂质种类进行空间映射。
脂质组学生物标志物的识别为改善临床风险评估带来了希望。循环中的脂质种类可以反映斑块的脂质组，作为检测脆弱斑块的微创生物标志物，优于临床事件发生前的评估。此外，将脂质组学数据与其他组学方法（如蛋白质组学和转录组学）结合，可能产生具有更高预测能力的多模式生物标志物面板。
多个国际研究联盟和组织正在积极推动斑块脂质组学领域的发展。例如，欧洲心脏病学会支持对动脉粥样硬化分子机制的研究，包括脂质组剖析。美国国立卫生研究院（NIH）资助对心血管生物标志物的大规模研究，包括脂质组学衍生的生物标志物。这些努力得到了如脂质分子图谱（LIPID MAPS® Lipidomics Gateway）等机构的标准化倡议的补充，提供了脂质分类和分析的资源和指南。
总之，斑块脂质组学正在通过揭示与斑块脆弱性和稳定性相关的脂质特征来改变我们对动脉粥样硬化疾病的理解。预计该领域的持续研究将带来新的生物标志物和治疗靶点，最终改善心血管事件的预防和管理。
斑块中脂质代谢与炎症的相互作用
斑块脂质组学，即对动脉粥样硬化斑块内脂质种类的全面研究，揭示了脂质代谢和炎症在心血管疾病发病机制中的错综复杂的关系。动脉粥样硬化斑块是由脂质、炎症细胞、细胞外基质和坏死残骸组成的动态结构。脂质在动脉壁中的积累和修饰是动脉粥样硬化发生和进展的核心，而脂质组学为这些过程提供了高分辨率的视角。
血管壁中的脂质代谢与炎症信号传导紧密相连。低密度脂蛋白（LDL）颗粒渗透内皮并经历氧化修饰，形成氧化 LDL（oxLDL）。这种修饰的脂质具有高度促炎性，诱发单核细胞的招募及其向巨噬细胞的分化。这些巨噬细胞吞噬 oxLDL，转变为泡沫细胞，这是早期动脉粥样硬化的一个标志。脂质组分析显示，不仅胆固醇酯，还包括神经酰胺、鞘磷脂和溶血磷脂酰胆碱等多样的生物活性脂质在斑块中积累并调节炎症通路。
脂质代谢与炎症之间的相互作用是双向的。炎症细胞因子，如白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α，可以改变血管细胞的脂质处理，促进进一步的脂质积累和斑块不稳定性。反过来，在斑块内生成的某些脂质种类，包括氧化磷脂和类花生酸，作为促炎介质，增强白细胞招募和细胞因子生成。这造成了脂质驱动的炎症与炎症驱动的脂质积累之间的自我维持循环。
先进的脂质组剖析，通过质谱和其他分析平台，使研究人员能够识别与脆弱斑块相关的特定脂质特征——即那些最有可能破裂并导致急性心血管事件的斑块。例如，某些神经酰胺和氧化磷脂的水平增加已与斑块不稳定和不良临床结果相关。这些发现突显了脂质组学在解开疾病机制，识别新型生物标志物和治疗靶点方面的潜力。
诸如美国心脏协会（American Heart Association）和欧洲心脏病学会（ESC）等主要组织认识到脂质代谢和炎症在动脉粥样硬化中的核心作用，并支持对斑块生物学分子基础的持续研究。随着脂质组学技术的进步，它们有望进一步阐明脂质与炎症之间复杂的相互作用，为心血管疾病的精准医学方法铺平道路。
临床应用：风险分层和个性化治疗
斑块脂质组学，即对动脉粥样硬化斑块内脂质种类的全面分析，正逐渐成为心血管医学中的一项变革性工具，尤其在风险分层和个性化治疗方面。传统的动脉粥样硬化心血管疾病（ASCVD）风险评估依赖于血浆胆固醇水平和成像手段来估计斑块负担。然而，这些方法往往未能捕捉到斑块破裂和引发急性事件的复杂生化异质性。脂质组学提供斑块组成的高分辨率分子概况，使临床医生能够超越传统风险因素，实现个体化患者管理。
最近，质谱和分析化学的进展使得能够识别和定量人类动脉粥样硬化病变内的数百种不同脂质种类。研究表明，某些脂质类别——如氧化磷脂、神经酰胺和鞘磷脂——在脆弱斑块中富集，与心肌梗死和中风的风险增加相关。通过将斑块脂质组特征与临床和成像数据整合，研究者可以更准确地根据患者面临的不良心血管事件风险进行分层。这一方法正在大型队列研究和生物库中探索，如由美国国立卫生研究院（NIH）和欧洲心脏病学会（ESC）协调的研究，积极支持对动脉粥样硬化分子基础的研究。
斑块脂质组学的临床应用还扩展到个性化治疗策略的开发。例如，斑块中富含促炎脂质种类的患者可能受益于针对性抗炎治疗或超越标准他汀的脂质调节剂。脂质组剖析也可以为新型治疗药物的选择和监测提供信息，如PCSK9抑制剂或针对特定脂质代谢途径的药物。此外，由美国心脏协会（American Heart Association）等组织支持的持续研究正在探讨如何在治疗应对中斑块脂质组成的动态变化作为治疗效果和残余风险的生物标志物。
总之，斑块脂质组学在细化心血管风险分层和实现真正个性化治疗方面具有重要潜力。随着分析技术和生物信息学工具的不断发展，脂质组学数据的整合预计将提升ASCVD管理的精确性和有效性。
斑块脂质组学中的新兴技术和未来方向
斑块脂质组学，即对动脉粥样硬化斑块内脂质种类的全面研究，随着分析技术和计算生物学的发展迅速演变。新兴技术正在使脂质的识别、定量和空间映射的分辨率前所未有，这对于理解动脉粥样硬化的发病机制和开发针对性治疗至关重要。
最重要的技术进步之一是高分辨率质谱（MS）与成像模式的结合。矩阵辅助激光解吸/离子化质谱成像（MALDI-MSI）和解吸电喷雾离子化（DESI）等技术允许直接从组织切片进行空间解析的脂质组剖析。这些方法提供了脂质在斑块中的分布详细地图，揭示了无法通过总体分析检测到的异质性和微环境差异。美国国立卫生研究院（NIH）等研究机构支持这些成像技术在心血管研究中的发展和应用。
另一个新兴方向是单细胞脂质组学，将先进的细胞分选技术与超灵敏质谱结合，分析斑块内单个细胞层面的脂质种类。这种方法为特定细胞类型（如巨噬细胞和平滑肌细胞）在脂质积累和斑块不稳定性中的作用提供了新的见解。欧洲心脏病学会（ESC）已强调单细胞组学在揭示动脉粥样硬化疾病复杂性方面的潜力。
人工智能（AI）和机器学习也正在转变斑块脂质组学。这些计算工具用于分析由MS和成像平台生成的大型多维数据集，使得识别新的脂质生物标志物和预测脆弱斑块的特征成为可能。美国心脏协会（American Heart Association）认识到在心血管研究中整合AI驱动的分析的重要性，以加速生物标志物的发现和改善风险分层。
展望未来，多组学方法的融合——将脂质组学与基因组学、转录组学和蛋白质组学结合——承诺为斑块生物学提供更全面的理解。美国国立卫生研究院（NIH）等支持的合作计划，正在促进标准化协议和数据共享平台的发展，以便促进跨学科研究。这些努力预计将推动脂质组学发现向临床实践的转化，为动脉粥样硬化心血管疾病的个性化干预铺平道路。
转化脂质组学中的挑战、局限性和机遇
斑块脂质组学，即对动脉粥样硬化斑块内脂质种类的全面研究，作为理解心血管疾病机制和识别新生物标志物的有前景的领域，正面临着将脂质组学发现从实验室转化到临床应用的若干挑战和局限性，同时也带来了重大临床影响的机遇。
转化斑块脂质组学的主要挑战之一是动脉粥样硬化斑块的固有复杂性和异质性。斑块内包含多种脂质种类，包括胆固醇酯、磷脂、神经酰胺和氧化脂质，每种脂质都有其独特的生物作用。这些脂质在斑块内的空间分布可能会显著变化，使总体脂质组学数据的解读变得复杂。正在开发先进的成像质谱技术来解决这种空间异质性，但在实验室之间的标准化和验证仍然是正在进行的挑战。
另一个局限性是缺乏标准化的样品采集、处理和脂质提取协议。前分析程序的差异可能引入显著的偏倚，影响在研究中结果的可重复性和可比性。由例如脂质分子图谱（LIPID MAPS® Lipidomics Gateway）和美国国立卫生研究院（NIH）等机构所主导的国际努力，正在建立脂质组学分析的最佳实践和参考材料，但广泛采用仍在进展中。
分析挑战仍然存在，特别是在低丰度或结构类似的脂质种类的识别和定量方面。高分辨率质谱和改进的生物信息学工具正在提高灵敏度和特异性，但新脂质种类的注释以及脂质组学数据与其他组学层（如蛋白质组学和基因组学）的整合仍需进一步的方法学进展。
尽管面临这些挑战，斑块脂质组学提供了显著的机遇。与斑块脆弱性相关的脂质特征的识别能够使我们对心血管事件进行更早期和更精准的风险分层。此外，脂质组剖析可能揭示新的治疗靶点，例如与脂质代谢相关的酶或驱动斑块进展和不稳定性的信号通路。诸如欧洲心脏病学会和美国心脏协会（American Heart Association）等支持的合作计划，正在推动转化研究，以弥合发现与临床应用之间的差距。
总之，尽管斑块脂质组学面临技术和转化壁垒，但持续的方法学改进和协作标准化努力正为其整合到精准心血管医学铺平道路。
来源及参考文献
