年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration,AMD）是一种视网膜退行性疾病，好发于50岁以上的人群，是全球不可逆性视力丧失的主要原因之一[1,2]。AMD在全球的发病率约为6.6%，在我国发病率为7.53%～13.27%，预计至2050年全球患病人数将会突破4.98亿[3,4]。AMD按照自然发展，可以分为早期和晚期，早期的特点是后极部出现玻璃膜疣和色素改变；随着疾病进展，部分患者发展成地图样萎缩（geographic atrophy,GA）或脉络膜新生血管（choroidal neovascularization,CNV），称为晚期[2]。根据疾病特点，AMD又可分为干性（非渗出型）和湿性（渗出型），干性年龄相关性黄斑变性（dry age-related macular degeneration,dAMD）以视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium,RPE）功能障碍、感光细胞丧失和视网膜变性为特征，患者视力缓慢减退；湿性年龄相关性黄斑变性（wet age-related macular degeneration,wAMD）后极部出现CNV伴视网膜内或视网膜下渗漏、出血和RPE层脱离，患者视力明显下降，往往预后不佳[5,6]。所有AMD早期均表现为dAMD，约10%～15%的患者继续发展为wAMD[7,8,9]。AMD的发病机制复杂，由遗传、衰老、环境、生活方式等多种因素共同驱动[10,11]。由于AMD发病机制尚不明确，因此，需要新的研究方法来深入探究其发病原理。代谢组学是现代组学在生物系统综合分析中的一门新兴学科，其通过识别、量化、追踪和解释生物样本中的代谢物浓度[12]，为揭示疾病发生时的代谢变化及其潜在机制提供强有力的证据[13]。代谢组学的应用为识别新的生物标志物和紊乱的代谢通路提供了重要线索，这增加了研究者对AMD发病机制的理解，而且为开发新的治疗策略提供了可能。本文综述了代谢组学在AMD研究中的应用进展，并对未来的研究方向进行了展望。

1、代谢组学概述

1.1 代谢产物

代谢产物是细胞进行能量生成、储存、信号转导和细胞凋亡等基本生理活动时所必需的代谢底物和产物[14]，是基因组和环境暴露累积效应的下游产物，能够反映出细胞或组织对遗传或环境变化所产生反应的表型的综合信息。代谢产物的水平不仅反映了生物体内部活动如基因表达、蛋白质活性、细胞代谢，还受到外部因素的影响，包括饮食习惯、健康状况、生活方式、肠道微生物以及药物使用等。因此，通过分析代谢产物的水平，可以获取有关疾病发展的分子机制的信息，这有助于理解病理过程并为疾病的诊断和治疗提供新的策略[15]。

1.2 代谢组学

代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学之后发展起来的一门围绕机体代谢的新兴的组学技术，是对生物体内的小分子代谢物（分子质量小于1,500 Da）进行定性定量分析，并进一步发现其代谢物种类、数量变化规律的科学[16]。相比于基因和蛋白，代谢产物可以直接反映细胞的功能状态，能够更为敏感地显示在内、外界因素干预或病理状态下生物代谢的动态变化，因此，代谢组学在反映生物系统代谢物异常方面具有独特优势[17]。由于代谢组学分析的是生物体液、细胞和组织中的代谢产物，是基因表达的最终产物[18]，其鉴定的代谢产物和代谢通路与生物体的表型关系更为密切[19]，故被认为是一种更敏感的测量生物表型的方法[20]。如今，代谢组学技术已被广泛应用于诊断疾病、检测生物标志物，以及检测不同生理、病理状态下的机体变化。

1.3 代谢组学分类

代谢组学根据检测的范围分为非靶向代谢组学和靶向代谢组学[12,21]。非靶向代谢组学旨在全面检测出样品中尽可能多的代谢物，主要用于生物标志物的探索和发现[22]。靶向代谢组学专注于具有相似功能或参与相同代谢途径的特定代谢物，主要用于验证非靶向研究的结果，或作为生物途径的验证工具[23]。非靶向代谢组学是进行代谢组学研究的首选，高通量分析生物体内代谢产物具有明显的优势，而靶向代谢组学是在非靶向代谢组学基础上进行的更深入的研究。

1.4 代谢组学主要分析技术

代谢组学主要使用核磁共振（magnetic resonance imaging,MRI）光谱和质谱（mass spectrum,MS）技术[14,24]，二者均适用于靶向和非靶向的代谢组学分析。MRI的技术优势在于其为非侵入性、非破坏性的特点，并且对样品制备、色谱分离及化学衍生的要求较低[25]。此外，MRI在评估与蛋白质结合的代谢产物，如脂蛋白颗粒方面具有独特优势，并且由于其高度的自动化和良好的复现性，特别适合用于大规模的代谢组学研究[26]。然而，MRI的灵敏度相对较低，通常需要较大的样本量来进行分析。相比之下，MS技术具有高分辨率和高灵敏度的特性，常与气相色谱（gas chromatography,GC）或液相色谱（liquid chromatography,LC）等分离技术联合使用，能够检测广泛的代谢产物，通常是临床化学实验室进行靶向研究时的首选分析方法[27,28]。不过，MS技术是破坏性的，并且在重复性方面不如MRI技术稳定。

2、代谢组学在AMD研究中的应用

AMD是一种高度流行的进行性视网膜疾病，AMD早期阶段大多无症状，通常在疾病进展到视力下降、视物变形乃至视力丧失时才被发现。其与多种遗传和环境风险因素有关，但确切的病因目前尚未完全明确[29]。年龄是最大的危险因素，其他因素包括家族遗传性、吸烟、高血压、高体质量指数（body mass index,BMI）、高脂饮食、强紫外线暴露等[30,31,32]。对于像AMD这样的病因复杂的疾病，确定生物标志物是一项重大挑战。AMD的危险因素与许多其他疾病之间有明显的重叠。因此，代谢组学研究可以提供进一步的信息来源，用于区分AMD和其他并发症。目前，代谢组学在AMD方面的研究主要侧重于对血浆、血清、房水和尿液等样本的分析。

2.1 血浆生物标志物

LAÍNS I等[33]对391名AMD患者和100名年龄超过50岁的黄斑正常受试者的空腹血浆样本进行了非靶向代谢组学分析，发现28种血浆代谢产物差异显著，其中大多数差异代谢物是脂质，其次是氨基酸和核苷酸。DENG Y等[34]研究分析了wAMD患者和健康人群之间血浆代谢产物的不同，发现了17种差异代谢产物，其中大部分为脂质氧化物，其是氧化应激反应的产物，氧化应激在wAMD的发生发展中起重要作用。THEE EF等[35]鉴定了61种与早中期AMD相关的代谢物，其中94%与脂质有关，高密度脂蛋白（highdensity lipoprotein,HDL）和载脂蛋白-A1水平较高，而极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein,VLDL）、甘油三酯和脂肪酸水平较低；晚期AMD中组氨酸、亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸水平较低，而酮体乙酰乙酸和3-羟基丁酸水平较高。

CHAO DE等[36]对wAMD患者的血浆代谢组学进行了研究，发现6种新的代谢产物参与了wAMD的病理生理学，与对照组相比，AMD患者缬氨酸、赖氨酸、肉碱、戊酰肉碱和脯氨酸增加，而肌肽减少。MITCHELL SL等[37]对91例中期年龄相关性黄斑变性（intermediate age-related macular degeneration,IAMD）患者、100例新生血管性年龄相关性黄斑变性（neovascular age-related macular degeneration,NVAMD）患者和195例对照人群的血浆样本进行了分析，发现NVAMD患者血浆中多种酰基肉碱较其他组别的水平更高，部分酰基肉碱的水平从非AMD到IAMD再到NVAMD呈渐进式增加；代谢通路分析显示，大多数发生改变的通路为脂质代谢、氨基酸代谢和维生素代谢相关通路，肉碱穿梭通路在NVAMD患者中发生了较大的改变。该研究显示了AMD不同阶段患者的代谢产物水平的变化，阐明了部分代谢产物变化与AMD严重程度之间的关系。

LAÍNS I等[38]分析了血浆代谢组学特征与AMD在3年时间内进展的相关性，对81名AMD患者进行了研究，首先对比患者基线时和3年后的空腹血浆样本，发现当以彩色眼底照片的进展变化作为评估标准时，戊糖和葡萄糖醛酸相互转化通路中的某些代谢物、孕烯醇酮类固醇的基线和3年后的水平与AMD进展有显著关联；当以暗适应作为功能性结局指标时，则观察到谷氨酰胺、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸通路的基线和3年后的水平与暗适应功能的改变相关。

MENDEZ K等[39]分析了AMD血浆代谢物水平与暗适应之间的关联，发现谷氨酸和亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸代谢相关的氨基酸与杆截距时间和暗适应曲线下面积相关，表明氧化应激和线粒体功能障碍可能在AMD和视力障碍中发挥作用。

2.2 血清生物标志物

KERSTEN E等[40]对72例非晚期AMD患者和72例对照组受试者的血清进行了靶向代谢组学研究，发现非晚期AMD患者血清谷氨酰胺和磷脂酰胆碱二酰水平高于对照组，而谷氨酰胺分解率（谷氨酸、天冬氨酸和丙氨酸与谷氨酰胺的比率）和谷氨酰胺与谷氨酸的比率均降低。谷氨酰胺是维持免疫能力所必需的非必需氨基酸，而免疫过程是AMD病理学的核心。ACARÍE等[41]鉴定了60种与AMD显著相关的代谢物，发现HDL水平升高以及VLDL、氨基酸和柠檬酸盐水平降低。

LAMBERT V等[42]发现，在激光诱导CNV的小鼠血清中检测到了与处于病理活动期（渗出期）NVAMD患者血清相同的代谢组学变化，即乳酸水平升高、脂蛋白谱发生变化（VLDL-LDL/HDL比值升高）。该研究通过二氯乙酸抑制丙酮酸脱氢酶激酶对乳酸水平进行药理控制，发现通过丙酮酸脱氢酶激酶调节乳酸可减少CNV的发展。该发现证明丙酮酸脱氢酶激酶或可作为治疗新生血管性AMD的新靶点。

YUAN Q等[43]使用LC-MS的非靶向代谢组学分析，发现了患有和未患有wAMD的中国非肥胖、非糖尿病受试者的粪便和血清样本的代谢特征差异。在wAMD患者的粪便样本中，共有18种代谢物发生显著改变，其中代谢失调主要涉及甘油磷脂代谢、烟酸和烟酰胺代谢。血清样品共发现29种差异代谢产物，涉及咖啡因代谢、不饱和脂肪酸生物合成和嘌呤代谢。此外，还发现了粪便和血清中神经保护、抗神经炎症和脂肪酸代谢物失调与肠道微生物菌群（intestinal microbiome,IM）失调之间的显著相关性。该研究表明，IM介导的神经保护性代谢物的改变可能与AMD的病理生理学有关，可为wAMD提供基于IM的营养治疗靶点。

LIU K等[44]对AMD患者与对照组患者的血清进行代谢组学分析，发现磷酸戊糖通路和线粒体电子传递链是AMD中最重要的通路。

2.3 房水和玻璃体生物标志物

HAN G等[45]对wAMD患者房水中的葡萄糖代谢进行了靶向代谢组学分析，发现与对照组相比，wAMD患者的柠檬酸盐、异柠檬酸盐显著升高，α-酮戊二酸、琥珀酸盐显著降低，提示糖代谢异常。进一步的非靶向代谢组学研究[46]发现，wAMD患者房水中有18种代谢物发生了改变，如线粒体功能障碍相关的氨基酸代谢（L-脯氨酸）改变、能量底物（肉碱、脱氧肉碱、N6-三甲基-L-赖氨酸）和碳水化合物代谢受损（顺乌头酸和衣康酸），描述了wAMD的全面代谢特征。

YOON CK等[47]发现，IAMD患者的玻璃体内与脂肪酰胺和酰基肉碱有关的多种代谢产物增加，而与能量代谢相关的代谢物（如琥珀酸和烟酰胺）则减少；通路分析显示，与支链脂肪酸氧化和肉碱合成相关的代谢通路出现了富集。这些脂质代谢和能量代谢的改变可能与AMD的发病机制有关。

2.4 尿液生物标志物

LAÍNS I等[48]使用MRI对2个独立队列的AMD患者和对照组人群的尿液横断面MRI代谢组学研究，结果表明，氨基酸和柠檬酸盐的排泄水平均显著下降。而后又对484名AMD患者的空腹尿液样本进行代谢组学分析[49]，发现当以疾病严重程度作为结局时，6种尿液代谢物差异显著，其中包括吲哚乙酰谷胺酰胺、11-酮基胆烷醇酮硫酸盐、硫酸四氢皮质醇、乙二酸酯、鞘氨醇、磷酸乙醇胺。该研究发现了AMD不同阶段的代谢产物差异，这些差异支持了其之前对血浆进行的研究，从而突出了这些代谢产物作为未来AMD生物标志物的潜力。

3、小结

代谢组学作为一门新兴的生物分析学科，专注于分析和解释生物体内代谢产物的组成与变化。这一方法在探究生物系统面对环境和基因变化时的代谢反应具有重要价值，是揭示复杂疾病如AMD等病理机制的关键技术。眼睛具有血-房水屏障和血-视网膜屏障，赋予了眼睛独特的代谢环境。大分子无法通过屏障被检测到，但一些小的代谢物可以被检测到，这使得利用代谢组学研究AMD患者血液中的代谢产物从而揭示其发病机制成为可能。代谢组学能够加深目前对AMD病理机制的理解，从而确定新的治疗靶点，并用于筛查和评估疾病进展的潜在生物标志物，还能更准确地确定疾病的特征和亚型，并促进个性化医学的发展[50]。目前，研究的不足之处在于，针对AMD的代谢组学研究数据大多基于有限的临床试验样本，数据量少且研究范围有限。此外，相关的动物模型研究也相对缺乏。为了充分挖掘代谢组学在AMD的诊断、机制研究和药物开发方面的潜力，未来需要进行更多的多中心、大样本、盲法和随机对照试验研究。

参考文献:

[3]陈艳玫,刘子锋,李贤德,等.2015—2050年中国人口老龄化趋势与老年人口预测[J].中国社会医学杂志,2018,35(5):480-483.

[4]陈静香,仝警安.中医药治疗年龄相关性黄斑变性的研究进展[J].中国中医眼科杂志,2023,33(2):181-184.

[6]邵毅,温佳怡,令倩.年龄相关性黄斑变性诊断与治疗规范:2022年英国皇家眼科医学会指南解读[J].眼科新进展,2023,43(2):85-88.

[9]孟欢,金明.中医治疗干性年龄相关性黄斑变性的理论探讨及机制的研究进展[J].中国中医眼科杂志,2022,32(8):652-656.

[11]周杰,陈倩茵,张静琳.干性年龄相关性黄斑变性药物治疗研究进展[J].国际眼科杂志,2023,23(11):1835-1839.

[23]蒋佳璇,刘俊鹏,欧阳珺雯,等.代谢组学在眼部疾病中的研究进展[J].国际眼科杂志,2024,24(3):420-426.

基金资助:国家自然科学基金项目(82174442);

文章来源:许佑,梁凤鸣,王继芳.代谢组学在年龄相关性黄斑变性中的研究进展[J].中国中医眼科杂志,2024,34(06):576-580.