综述：自身免疫性肝炎中的代谢组学：进展与展望

《Frontiers in Medicine》：Metabolomics in autoimmune hepatitis: progress and perspectives

自身免疫性肝炎（AIH）的病理机制涉及遗传、免疫和环境因素，代谢组学通过分析氨基酸、脂质、碳水化合物及胆汁酸代谢异常和肠道菌群失调，为早期诊断、预后评估及个性化治疗提供新思路。尽管存在标准化不足、数据整合困难等技术挑战，结合多组学、大样本研究和人工智能技术可提升AIH诊疗精准度。

　　近年来，代谢组学在自身免疫性肝炎（AIH）研究中的应用取得了显著进展。AIH是一种慢性肝病，其特征是免疫介导的肝细胞损伤，其发病机制复杂，涉及遗传、免疫和环境等多重因素。代谢组学作为一种系统性的研究方法，能够分析生物体内小分子代谢物的组成和变化，为AIH的早期诊断、预后评估以及治疗效果监测提供了新的视角和工具。当前的研究已经揭示了AIH患者在氨基酸、脂质、碳水化合物和胆汁酸代谢方面的异常，同时发现肠道微生物群的改变和某些特定代谢物标志物能够帮助区分AIH与其他肝病。借助液相色谱-质谱联用技术（LC–MS）以及生物信息学方法，科学家们能够更有效地发现生物标志物，并深入理解疾病的发生机制。尽管在标准化和数据整合方面仍存在挑战，代谢组学在开发个性化治疗策略和提升疾病管理方面展现出广阔前景。未来的研究方向包括整合多组学方法、开展大规模队列研究以及应用人工智能（AI）进行数据处理，从而更全面地揭示AIH的病理机制，并优化临床决策。

AIH的临床表现通常较为隐匿，多数患者并无明显症状，仅表现出非特异性症状如疲劳。该病可以有缓慢进展的慢性过程，但也有少数患者会出现急性发作。一些患者在慢性AIH的基础上可能会经历急性加重，甚至发展为急性肝衰竭。在初次诊断时，约有三分之一的患者已表现出肝硬化迹象。实验室检查是AIH诊断的重要手段，包括血清转氨酶升高、自身抗体阳性以及血清免疫球蛋白G（IgG）和/或γ球蛋白水平增加等关键特征。这些指标不仅有助于疾病的识别，也为病情评估提供了重要依据。

在AIH的发病机制方面，研究发现遗传、表观遗传和环境因素共同作用，导致异常的免疫反应。例如，某些HLA基因型（如HLA-DR3和HLA-DR4）与AIH的易感性密切相关。此外，表观遗传调控，如DNA低甲基化以及microRNA（如miR-21和miR-122）的表达异常，也会影响免疫系统的功能。环境因素，如特定病毒感染（如肝炎病毒、麻疹病毒）和药物（如硝基呋喃类、米诺环素）的暴露，可能通过分子模拟机制诱发自身免疫反应。值得注意的是，肠道微生物群的紊乱在AIH中也起着重要作用，例如某些有益菌种（如Roseburia和Faecalibacterium prausnitzii）的减少，以及潜在致病菌（如Veillonella）的过度增殖，可能进一步影响免疫系统的平衡，并加剧肝脏损伤。这些发现提示我们，肠道微生物群不仅是AIH病理过程中的参与者，还可能是未来治疗策略的重要靶点。

AIH的代谢特征反映了疾病状态下机体的生理和生化变化。研究显示，AIH患者在氨基酸代谢方面存在显著异常，部分必需氨基酸的水平可能升高或降低。这种异常可能与肝脏合成蛋白质能力的下降有关。同时，氨基酸代谢的紊乱还可能通过与免疫反应的动态相互作用，影响关键代谢通路的调节。例如，色氨酸代谢异常可能导致免疫稳态的破坏，通过肠道微生物群降解色氨酸生成吲哚衍生物（如吲哚-3-醛和犬尿氨酸），进而激活芳香烃受体（AhR），促进CD8 T细胞向IFNγ分泌型Tc1细胞分化，形成正反馈循环，加重炎症反应。此外，甲硫氨酸及其代谢产物同型半胱氨酸在AIH患者血清中水平升高，可能通过诱导炎症和氧化应激，促进肝炎的进展和肝细胞凋亡。支链氨基酸（BCAA）的分解速率在AIH中增加，可能与mTOR和NF-κB通路的过度激活有关，从而加剧氧化应激和炎症反应。精氨酸和脯氨酸代谢的抑制也可能影响免疫细胞的分化和功能，进而导致肝细胞损伤。同时，AIH患者血清中的谷氨酰胺水平升高，可能通过进入三羧酸循环（TCA循环）转化为α-酮戊二酸，为T细胞提供能量和合成前体，从而影响T细胞的激活和分化。抑制谷氨酰胺代谢可能有助于减少Th1和Th17细胞的分化，进而减缓AIH的进展。

在脂质代谢方面，AIH患者常表现出异常的脂质谱，包括游离脂肪酸、甘油三酯和胆固醇水平的变化。这些变化可能与炎症反应、胆汁酸稳态失衡以及细胞膜损伤相关。胆汁酸代谢的重新编程是AIH研究中的一个重要方向，研究发现AIH患者血清中结合型胆汁酸水平显著升高，如牛磺胆酸和牛磺脱氧胆酸，而7α-羟基胆固醇（Cyp7a1的催化产物）在失代偿性肝硬化患者中明显降低，这可能与胆汁酸合成的减少有关。胆汁酸合成的减少可能进一步扰乱胆汁酸的肠肝循环，加剧肝脏炎症。此外，甘油磷脂代谢的紊乱表现为血清中多种溶血磷脂（如溶血磷脂酰胆碱和溶血磷脂酰乙醇胺）水平的下降，这可能反映了肝细胞膜和线粒体膜的快速周转，暗示早期肝损伤过程中细胞膜结构和功能的受损。一些研究还发现，AIH患者的血清中某些长链酰基肉碱水平显著降低，这可能与脂肪酸氧化和能量代谢的改变有关，也可能是免疫细胞激活和增殖过程中对能量的高需求所致。

在碳水化合物和糖代谢方面，AIH患者常表现出胰岛素抵抗和血糖代谢紊乱，导致血糖水平波动。这种异常可能与免疫细胞代谢重编程和肝细胞能量稳态失衡有关，共同驱动炎症反应和肝损伤。肠道微生物群与宿主之间的相互作用通过代谢产物调节糖代谢，例如短链脂肪酸（SCFAs）的缺乏可能破坏肠道黏膜屏障，抑制肝细胞AMPK的激活，从而影响血糖的稳定性。同时，Tregs的异常代谢也可能是AIH发病的重要因素。研究发现，AIH患者和动物模型中的Tregs表现出增强的糖酵解活性和减弱的氧化磷酸化，这可能导致其免疫抑制功能受损。此外，激活的CD4+ T细胞也表现出增强的糖酵解，促进炎症因子的释放，加重肝脏损伤。AIH患者的血清中某些代谢物如丙酮酸、乳酸、乙酸和乙酰乙酸水平较高，这些变化可能反映了免疫细胞过度激活所导致的糖酵解增强现象。

肠道微生物群的改变在AIH中也十分显著，其结构和功能的紊乱可能影响代谢物的产生和吸收，从而影响肝脏的代谢状态。AIH患者的肠道菌群多样性显著降低，某些产生短链脂肪酸的厌氧菌（如Roseburia和Faecalibacterium prausnitzii）的丰度减少，而潜在致病菌（如Veillonella）则过度增殖。Veillonella dispar的丰度与血清ALT水平和肝脏炎症程度呈正相关，提示其在AIH中的潜在作用。此外，肠道微生物群的代谢功能重塑表现为色氨酸代谢通路的富集以及脂多糖（LPS）合成的增强。LPS是肠道菌群代谢产物之一，其在AIH患者中的过度表达可能刺激免疫反应，诱发肝脏损伤。这些发现强调了肠道微生物群在AIH发病中的核心作用，并为未来研究提供了新的方向，如关注特定菌株的功能、真菌-病毒群落的相互作用以及精准的微生物干预策略。

除了上述代谢特征外，AIH患者还表现出氧化应激标志物的升高，表明氧化反应产物与抗氧化物质之间的平衡被打破。这种状态可能加剧肝脏损伤和炎症反应。研究发现，AIH患者的脂质和蛋白质氧化损伤产物水平高于健康对照组，例如醛类、谷胱甘肽过氧化物酶活性、蛋白质羰基和异丙醇水平显著升高，而全血谷胱甘肽水平则随着肝纤维化程度的加重而逐渐降低。此外，一些研究还发现了AIH患者中特定有机酸和类固醇激素的显著变化，这些变化可能与疾病的严重程度和活动性相关。例如，AIH患者的血浆中表现出较高的四糖基糖基化特征，特别是唾液酸化与半乳糖的比例（A4GS），这可能影响糖蛋白的功能和清除率，为AIH的诊断和监测提供了新的依据。此外，血清中视黄醇酯水平的降低可能与肝星状细胞（HSCs）的激活有关，这是肝纤维化的早期标志之一，提示视黄醇代谢紊乱可能与肝纤维化的发生密切相关。

代谢组学作为系统生物学的一个分支，旨在研究生物系统在特定生理或病理条件下的代谢物组成及其变化。代谢物是细胞代谢过程中的小分子产物，包括氨基酸、脂质、碳水化合物、核苷酸、维生素、激素和多种中间代谢物。通过分析这些代谢物，科学家可以揭示生物过程的代谢基础、疾病机制和药物作用。常见的代谢组学分析技术包括核磁共振（NMR）、气相色谱-质谱联用（GC–MS）和液相色谱-质谱联用（LC–MS）。这些技术各有其应用范围和优势，通常需要结合使用以提高检测的灵敏度、分辨率和选择性。典型的代谢组学研究样本包括生物流体（如血液、尿液、痰液、脑脊液）以及粪便、细胞和各种组织。几乎所有的疾病都会导致代谢物的变化，因此定量代谢分析成为发现生物标志物的重要方法。

代谢组学在疾病诊断中的应用主要依赖于非靶向和靶向两种模式。非靶向代谢组学具有广泛的检测范围，但需要结合高性能的生物信息学工具进行分析，主要用于发现潜在的代谢标志物，但代谢物的鉴定较为困难。相比之下，靶向代谢组学使用标准物质进行定量检测，具有较高的灵敏度和特异性，能够将差异代谢物与已知参考范围进行比较，从而分析其潜在的生物学机制。为了提高代谢组学研究的准确性和可重复性，未来的研究应致力于建立统一的代谢组学分析标准，以促进不同研究之间的比较和结果验证。同时，跨学科合作将有助于将临床数据与代谢组学数据整合，从而更全面地理解AIH的病理机制。

在AIH研究中，代谢组学的应用仍面临诸多挑战。首先，代谢组学数据受到预分析和分析条件的显著影响，包括仪器参数和样本处理流程，这导致了不同实验室之间的数据差异。其次，当前的技术手段尚未能够全面检测所有代谢物，限制了对疾病机制的深入探索。此外，候选AIH生物标志物的特异性有限，容易受到其他肝病（如PBC和DILI）以及药物等因素的干扰，使得建立高灵敏度和高特异性的生物标志物或诊断模型变得困难。然而，尽管存在这些挑战，代谢组学在AIH研究中的潜力依然巨大。随着高通量分析、数据处理和生物信息学技术的不断进步，代谢组学有望为AIH的研究提供更深入的见解，并推动更有效的干预策略的发展。

在AIH的诊断方面，代谢组学的研究已取得一定进展。例如，一项研究利用超高效液相色谱-四极杆时间飞行质谱（UPLC Q-TOF MS）对AIH患者的代谢特征进行了分析，发现了14种潜在的生物标志物，包括两种胆汁酸、三种长链酰基肉碱、七种甘油磷脂、一种胆红素和一种视黄醇酯。此外，主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等多变量统计方法被用于筛选与临床结果高度相关的代谢通路，如甘油磷脂、胆汁酸和视黄醇代谢，这表明这些代谢通路在肝脏损伤的早期阶段可能发挥关键作用。另一项研究通过质谱分析了AIH患者的血浆中N-糖基化和IgG Fc糖基化的特征，发现这些糖基化模式在AIH患者与健康对照之间存在显著差异，进一步支持了代谢组学在AIH诊断中的应用价值。

AIH与原发性胆汁性胆管炎（PBC）都是由自身免疫系统紊乱引起的慢性胆汁淤积性肝病。由于两种疾病的临床症状并不典型，临床鉴别诊断较为困难。因此，近年来AIH的代谢组学研究重点在于发现能够区分AIH与PBC以及健康志愿者的血清代谢标志物。这些标志物主要集中在胆汁酸（BAs）、游离脂肪酸和磷脂酰胆碱等代谢物类别。例如，一项研究使用1H-NMR技术对AIH患者的血浆代谢物进行了定量分析，发现支链氨基酸、甲硫氨酸、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸以及与肠道菌群相关的代谢物（如胆碱、甜菜碱和二甲胺）在AIH患者与PBC患者之间存在显著差异。此外，一项研究利用UPLC-QTOF-MS技术建立了AIH与PBC的鉴别诊断模型，发现胆汁酸水平可以作为区分这两种疾病的重要标志物。这些模型可能为未来研究AIH和PBC的发病机制提供有价值的工具。

在AIH的预后评估和治疗效果监测方面，代谢组学同样展现出重要的应用价值。例如，一项研究通过多组学方法（包括代谢组学）揭示了AIH患者治疗反应的复杂性，并发现磷脂酰胆碱（PC）等脂质代谢物可能作为预测治疗反应的潜在指标。此外，越来越多的证据表明，监测硫嘌呤类药物（如硫唑嘌呤）的代谢产物，如6-硫鸟嘌呤（6TG）和6-甲基巯嘌呤（6MMP），有助于优化药物剂量。一项研究观察了联合使用别嘌醇和低剂量硫嘌呤的代谢物谱，发现这种组合方法对于未能达到完全生化缓解（CBR）的患者可能是一种有效的替代方案。此外，中药制剂三拗散（SCG）在AIH治疗中的作用也得到了研究证实，其通过调节与8条代谢通路相关的9种代谢物，表现出良好的治疗效果。这些发现表明，代谢组学不仅有助于了解AIH的病理过程，还能为个性化治疗策略的制定提供科学依据。

尽管在AIH研究中代谢组学的应用仍面临诸多挑战，但其潜力和前景依然十分广阔。随着技术的持续发展，尤其是高通量分析、数据处理和生物信息学的创新，代谢组学有望为AIH研究提供更深入的见解。首先，建立标准化的实验方法和数据分析流程是提高代谢组学研究可重复性和可靠性的关键。未来的研究应致力于制定统一的代谢组学分析标准，以促进不同研究之间的比较和结果验证。其次，代谢组学在发现新生物标志物方面具有巨大潜力。这些标志物不仅可以用于早期诊断，还能帮助评估疾病活动性和预后。通过大规模队列研究和纵向观察，研究人员可以识别与AIH相关的特定代谢物，从而推动个性化医学的发展。此外，代谢组学还可以探索AIH与其他疾病（如代谢综合征、糖尿病）之间的关联，这种跨疾病的代谢分析有助于揭示共同的病理机制，并为多种疾病的治疗提供新的思路和策略。最后，随着人工智能和机器学习技术的发展，代谢组学数据的分析将更加高效和准确。这些技术可以帮助研究人员从复杂的代谢数据中提取有价值的信息，预测疾病的发展趋势，并为临床决策提供支持。

综上所述，尽管AIH研究中代谢组学仍面临诸多挑战，但其在疾病诊断、预后评估和治疗效果监测方面的潜力不容忽视。未来，随着技术的不断进步和多学科合作的加强，代谢组学有望为AIH研究提供更全面的视角，并推动更有效的干预策略的发展。将代谢组学与其他组学技术（如基因组学、蛋白质组学）相结合，将有助于深入理解AIH的病理机制，并为临床治疗提供新的方向和工具。通过这些努力，AIH的早期诊断、个性化治疗和疾病管理将有望取得更大突破，为患者带来更精准和有效的医疗方案。