张翠，赵旭，王慧君，岳霞

南方医科大学法医学院，广东 广州510515

毒品滥用是影响人类生存的严重社会问题和医学问题，也是全球性的健康灾难和社会危机。甲基苯丙胺（methamphetamine，METH）又名“甲基安非他明”“去氧麻黄碱”，俗称“冰毒”，是全世界范围内滥用最广泛的精神类药物之一。METH 对全身器官、组织均具有毒性作用，特别是脑、心毒性，严重威胁着人类的生命及健康。近年来，随着高通量组学技术的发展，人们对METH 损伤和成瘾的研究进入了新的阶段，通过此类技术筛选出了多种差异表达的关键分子，涵盖了基因水平、核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）水平、蛋白质水平以及代谢水平。但是目前基于组学技术的METH 毒性损伤和成瘾机制的研究尚浅，尤其是联合各组学的系统生物学研究，导致现有相关研究在法医学鉴定及临床转化应用等方面存在困难。本文主要通过对组学技术在METH 损伤和成瘾机制等方面的研究进行归纳总结，分析多组学技术联合在METH毒性损伤和成瘾机制研究中的策略和优势，以期系统地认识METH 的毒理作用机制，为METH 中毒的法医学鉴定及其临床转化应用提供参考。

1 METH 相关基因组学研究进展

人类基因组计划（human genome project，HGP）的完成是基因组学发展的先决条件，而精准医疗的提出迫切需要临床等相关领域充分利用高通量测序技术以及生物信息学分析对个人基因组图谱进行绘制和功能分析，筛选疾病突变位点，以确定致病基因并进行靶向治疗，提高疾病治疗的安全性和有效性[1]。研究[2]发现，哺乳动物摄取METH 具有高风险和低风险之分且耐受性不同，这也证明了METH 具有基因易感性的特点。如METH 吸食量敏感性基因——异质性核糖核蛋白H1（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein H1，hnRNP H1）[3]，其5′非翻译区（5′-untranslated region，5′-UTR）的突变与METH 中毒小鼠的运动能力增强密切相关[4]，这对人类理解METH 成瘾的遗传基础以及预防、治疗物质滥用提供了新的启示。此外，具有METH 吸食史的肺动脉高压患者全外显子测序结果表明，羧酸酯酶1 基因突变促进了肺动脉高压的发生发展。METH 滥用遗传易感性Meta 分析[5]发现了76 个与METH 滥用结局相关的基因，其中以脂肪酸酰胺水解酶和脑源性神经营养因子最具相关性，但是该结论仍然需要在更广泛的人群中深入研究。基于高通量测序技术的发展，基因修饰水平也逐渐引起了学者们的注意，最新研究[6]表明，METH 单次提前注射可刺激大鼠自身给药，并阻止自身给药行为诱导的大鼠伏隔核中DNA 的甲基化和钾通道相关信使RNA（messenger RNA，mRNA）改变，为METH 等毒品的表观遗传学研究及应用奠定了基础。

结构基因组学绘制的基因图谱有助于从基因角度认识不同人群吸食METH 出现不同表型的原因，而功能基因组学分析则在前者的基础上，利用组学技术，在系统水平将基因序列与基因功能（包括基因网络）以及表型有机地联系起来，最终揭示METH 吸食者毒性损伤和行为异常的分子病理学本质[7]。目前，国内外研究仍以动物模型研究为主，尚未充分利用和挖掘METH 吸食人群的生物学样本建立METH 成瘾人群基因组学数据。尽管利用单一组学技术得到了大量研究成果，但是忽视了结构基因组学与功能基因组学的有机结合。此外，动物模型也不能完全反映人类METH 的多层次病理发展情况，导致大量研究结果不能进行METH 的预防、诊断和治疗等临床转化。而通过对基因组的分析（包括DNA 修饰），可以对METH成瘾易感人群进行筛选，确定METH 成瘾的分子病理学诊断标志物，在吸食METH 前进行预防和诊断。目前，METH 的化学诊断方法主要依靠血液、尿液等体液样本，但由于METH 的半衰期较短，导致其检测时间窗较短[8]。虽然毛发样本在一定程度上弥补了检测时间窗上的不足，但仍然受到其他因素的影响，如染发、吸食方式[9]等。此外，METH 诱导机体产生的分子病理学变化能够记录其吸食史，如DNA 甲基化水平[10]等。因此，通过分子病理学方法弥补化学方法的不足进行评估和诊断显得尤为重要，通过功能基因组学进行分子病理机制研究，可为METH 损伤和成瘾的治疗提供理论依据。

2 METH 相关转录组学研究进展

转录组学（transcriptomics）是在基因组学之后新兴的一门学科，即研究特定细胞在某一功能状态下所能转录出来的所有RNA（包括mRNA 和非编码RNA）的类型与拷贝数，是功能基因组学的重要组成部分，而转录组中以mRNA 的发现和研究较早，随着人们对RNA 认识的深入，相继发现了微小核糖核酸（microRNA，miRNA）、长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）以及环状RNA（circular RNA，circRNA）等非编码RNA，并衍生出竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）相关调控网络，包括circRNA-miRNA-mRNA 分析或lncRNA-miRNAmRNA 分析等，为METH 损伤和成瘾等相关机制的研究提供了新的方向。

2.1 METH 相关mRNA 转录组学研究

随着二代测序技术的出现和广泛应用，mRNA 转录组学一度成为研究的热点，METH 损伤和成瘾相关mRNA 转录组应运而生。目前，科研人员已经在大鼠、小鼠及食蟹猴等高等生物模型的不同组织中获得相应的mRNA表达谱。2018 年，CHOI 等[11]结合磁共振成像技术和分子生物学技术研究了雌性食蟹猴急性和长期METH 摄入后海马体积及其基因表达谱的变化，发现与细胞骨架、吞噬、突触传递、神经元分化调节和神经发生相关的基因表达下调。而大鼠METH中毒主要表现为小脑区域浦肯野神经元数量减少、星形胶质细胞增多和运动过度，结合小脑转录组数据进行分析发现，METH 主要与免疫反应、神经传递、细胞生长和死亡密切相关[12]。KAYS 等[13]发现METH 暴露大鼠纹状体和前额叶皮层炎症处于激活状态，以小胶质细胞和巨噬细胞中炎症相关mRNA 差异表达显著。此外，不同METH 暴露时间以及不同吸食方式下，相关转录组中脑组织mRNA 表达谱也不尽相同[14-15]。但是由于大脑神经细胞及其环路的复杂性，单一研究METH暴露的某个脑区中的mRNA表达谱远远不够，亟须将大脑作为一个有机整体进行联合研究。2019 年，HITZEMANN 等[2]以小鼠为模型，对与METH 成瘾相关的伏隔核、前额叶皮层和腹侧中脑3 个大脑奖赏环路进行了联合研究，结果发现，METH 对腹侧中脑的影响更为显著。由此可见，脑区之间的联合研究已经引起了学者们的注意，综合研究在未来将不断完善。此外，由于METH 的成瘾性这一显著特点，学者们把研究焦点放在了大脑，而对心、肝及其他器官的相关性研究则较少。为了探索METH 导致的全身性作用，也有学者利用血液等体液进行研究，如BREEN 等[16]发现METH 相关性精神病患者血液中参与RNA 降解、昼夜节律以及泛素介导的蛋白水解的相关基因差异表达显著，如果糖-1，6-双磷酸酶1、锌指蛋白821 等，提示上述mRNA 分子具有作为METH 相关性精神病生物标志物的潜能。

2.2 METH相关miRNA转录组学研究

由于miRNA 在细胞分化、生物发育及疾病发生发展过程中发挥巨大作用，故引起研究人员越来越多的关注[17]。与其他组织相比，大脑中miRNA 的种类和丰度更高，在调节大脑的发育和可塑性方面具有突出的优势，也成为METH 损伤和成瘾相关机制和标志物研究的热点[18-20]。ZHU 等[21-24]在慢性METH 中毒小鼠伏隔核中鉴定出45 个与METH 敏感性相关的已知miRNA，包含2 个新型miRNA，而生物信息学分析发现这些miRNA 可能与细胞自噬、代谢和免疫反应等相关，其中miR-29c 和miR-128 与小鼠行为敏化直接相关，miR-496-3p与小鼠记忆相关。长期和急性使用METH 的大鼠伏隔核中miRNA 种类和数量存在明显的差异[20]。在METH 暴露大鼠的伏隔核及其腹侧被盖区中也发现miRNA谱差异表达显著，如BOSCH 等[25]在接受METH 自身给药训练并戒断14 d 的大鼠腹侧被盖区鉴定出78 种差异显著的miRNA，并对miRNAmRNA 进行了联合分析，绘制出METH 成瘾相关的大脑关键区域miRNA 表达谱，为miRNA 在METH 相关损伤和成瘾机制的后续研究奠定了基础。此外，随着生物标志物这一概念的提出，越来越多的学者试图通过简单的miRNA 转录组学筛选METH 相关miRNA 分子。目前已有文献[26-27]报道了在METH 相关性精神障碍患者血浆中循环miR-181a、miR-15b、miR-let-7e和miR-let-7d 下调显著，可作为METH 相关性精神障碍的新兴候选标志物。GU 等[28]在METH 滥用者血清中发现miR-9-3p 显著增加，具有作为监测METH 滥用血清学指标的潜能。虽然miRNA 与METH 损伤和成瘾相关研究层出不穷，遗憾的是均未能进行反复样本验证，且目前仍未发现可用于METH 吸食诊断的miRNA 分子。究其原因，一是由于METH 常规检测方便快捷，二是由于现有研究中损伤和成瘾机制的研究远远弱于标志物的筛选研究。但只有在发现METH相关miRNA 分子的同时完善机制性研究，才能更好地服务于METH 诊断和治疗。

2.3 METH 相关lncRNA 研究

lncRNA 是继mRNA 和miRNA 之后被广泛关注的一类非编码RNA，曾一度被认为是没有生物学功能的“转录噪声”。但随着研究的深入，学者们发现lncRNA 在转录水平、转录后水平及表观遗传水平均能够调控基因表达，与miRNA 之间存在调控关系（互为ceRNA 关系），在生命活动进程中发挥着重要作用[29]。越来越多的证据表明，lncRNA 在药物诱导的损伤或者成瘾中发挥了重要作用[30-31]。ZHU 等[32]在小鼠伏隔核中发现METH 通过诱导基因选择性剪接改变了lncRNA 表达谱，并且揭示了METH 成瘾相关的lncRNA-mRNA 相互作用网络，而这些差异表达的lncRNA 与突触可塑性、线粒体能量代谢和免疫反应关系密切。METH 诱导神经元自噬和凋亡被认为是大脑不可逆损伤的重要环节，相关研究[33-34]表明，lncRNA 生长阻滞特异性转录本5（growth arrestspecific transcript 5，GAS5）促进了METH 诱导的神经元凋亡的发生。此外，LI 等[35]发现，精神分裂症小鼠模型中lncRNA 心肌梗死相关转录本（myocardial infarction associated transcript，MIAT）和肺腺癌转移相关转录本1（metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1 或NEAT2）显著下调，认为其可能是精神分裂症的重要调节因子。可惜的是，目前尚未见就lncRNA差异表达谱大样本量的验证，也缺乏差异lncRNA 功能的详实机制研究，导致lncRNA还不能应用于METH 损伤和成瘾相关的法医学鉴定。究其原因，一方面可能是由于lncRNA 研究策略的限制；另一方面，lncRNA 也存在自身的科学研究局限性，如命名方式不统一、不同种属的保守性不高、动物模型反映信息少、除人和小鼠之外的其他物种lncRNA的鉴定和注释较少、少量lncRNA 具有编码能力等问题。目前lncRNA 与METH 诱导的损伤和成瘾中的有关研究只是冰山一角，仍有许多未知的lncRNA 亟须被注释、鉴定并进行相关功能的研究。未来，充分揭示lncRNA 的本质将能够丰富METH 在损伤和成瘾研究领域的表观遗传学机制。

2.4 METH相关circRNA研究

circRNA是近几年新出现的明星分子[36]。circRNA主要由初级转录物通过可变剪接加工产生，广泛存在于真核生物中，并且具有非常高的稳定性，已成为RNA研究领域特别是生物标志物研究方面的热点[37]。研究[38-39]表明，circRNA 在不同种属中具有较高的保守性，且具有组织特异性。哺乳动物大脑中的circRNA丰度较高，在突触小体中高度富集，大脑不同区域神经元的数量与circRNA 含量具有一定的正相关性。circRNA 具有miRNA 分子海绵、蛋白分子海绵功能，并且能够在转录过程中与初级转录物发生竞争性的切割和剪接，在药物毒理作用中发挥重要功能[40]。LI等[41-42]首次在METH 诱导的小鼠原代皮层神经元中鉴定出2 458 个circRNA，确定了2 个与METH 成瘾高度相关的分子（circHomer1 和circTlk1），其中circHomer1 抑制B 细胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，BCL-2）结合组分3（BCL-2 binding component 3，Bbc3）与METH 诱导的神经元凋亡相关，并建立了circRNA-miRNA-mRNA 共表达网络，展示了三者之间的潜在关联，为进一步研究METH 神经毒性和成瘾的机制奠定了良好的基础。最新研究[43]表明，大鼠小脑circRNA 差异表达谱揭示了其在METH 诱导的运动障碍中的重要作用。此外，体内circRNA 可作为miRNA 海绵调节miRNA 及其靶基因表达参与生命活动，如circHIPK2作为内源性miRNA-124 海绵参与METH 诱导的星形胶质细胞活化[44]。但METH 导致的大脑不可逆损伤和成瘾以及与ciRNA 的关系仍有很多未解之谜，更是缺乏其他器官的数据。分析其原因，主要在于该研究仍处于起步阶段，关于其分子形成、降解机制、生物学功能以及不同物种circRNA 数据库等均需要进一步完善。尽管目前circRNA 在METH 等毒品相关研究中刚刚崭露头角，但已经揭示了其在METH 研究中具有不可替代的作用，引起了学者们的重视。随着策略及方法的不断完善，相信circRNA 将为METH 等毒品损伤和成瘾机制研究开启一扇新的大门。

2.5 RNA 转录组学联合单细胞测序技术在METH 损伤和成瘾中的应用前景

最新的单细胞测序技术和空间转录组学技术能够利用基因表达的时空特异性对不同部位的不同细胞进行监控，进而找出最关键的部位及相关分子，已成为临床疾病表型和机制研究的新热点[45]。2021 年，DANG 等[46]首先利用单细胞RNA 测序，在人类脑三维模型中研究了METH 产前暴露对胎儿大脑发育的影响，发现炎症和细胞因子相关基因差异表达显著，鉴定出新的星型胶质细胞和少突胶质细胞的亚群，绘制了星形胶质细胞特异性基因表达谱，并初步描绘了METH 暴露大脑发育过程中星型胶质细胞和少突胶质细胞基因表达谱，解释了METH 诱导的神经系统发育缺陷的分子机制，揭开了新技术在METH 研究中的序幕，将METH 相关研究纵向深入到更深的层次以揭示其本质。尽管研究尚未涉及METH 相关神经细胞的损伤机制，但是建立的脑三维模型为METH 损伤和成瘾机制的后续研究提供了有力的模型支持。NIU 等[47]通过恒河猴大脑小胶质细胞的单细胞测序，揭示了METH 和人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）对中枢神经系统的双重损害机制。技术的创新开辟了METH 毒性机制研究的新方向，在深入了解METH 毒性机制中举足轻重。

虽然高通量测序技术发现了大量编码和非编码RNA 的差异变化，但是对于绘制METH 毒性损伤和成瘾的完整RNA 图谱还远远不够，而且目前大多数研究在转录组水平浅尝辄止，未进行更深层次的挖掘。此外，基因的表达不仅具有时空特异性，而且具有组织特异性，以circRNA 和miRNA 为著，因此，单一的某种编码或者非编码RNA研究显得不够系统。而ceRNA的提出将编码和非编码RNA 联系在一起，作为一种全新的基因表达调控模式[48-49]，是近年来研究的一大热点，也是RNA 系统研究的趋势。越来越多的证据支持ceRNA 网络与神经系统等相关基因的表达有关[50]。构建ceRNA 网络，不仅能够从基因调控方面全面认识METH 病理生理机制[51]，也能够用于新型生物标志物的研究[52]。因此，以ceRNA网络为突破口，确定ceRNA与METH 等毒品毒理之间的关系，将为毒品相关研究带来新的机遇，有助于研究者对METH 损伤和成瘾机制的进一步理解和认识。

3 METH 相关蛋白质组学研究进展

随着人类及多种模式生物基因组全序列测定工作的完成，蛋白质组学在后基因组时代迅速兴起。蛋白质组学反映生物体内所有蛋白质的种类、表达水平和修饰状态，揭示蛋白质功能与生命活动的规律。最初的蛋白质组学主要用于定性分析，定量分析主要包括双向凝胶电泳和质谱，而高精度生物质谱技术和数据处理技术的快速发展，使质谱成为蛋白质组学定量的主流分析手段。研究主要聚焦在蛋白质种类、表达水平的变化和磷酸化。

METH 相关蛋白质组学最早开始于双向凝胶电泳的应用[53]，在蛋白质质谱的基础上使用动物模型主要研究了METH 对中枢神经系统的影响。IWAZAKI等[54-55]在METH 低剂量大鼠模型及其行为敏化模型中分别发现了39 和42 种差异蛋白质，与线粒体功能异常、氧化损伤、溶酶体降解以及神经元修饰、细胞骨架修饰和突触功能等有关。METH 致敏大鼠杏仁核蛋白质表达谱也显示差异表达蛋白质与突触、细胞骨架、氧化应激、细胞凋亡以及线粒体有关[56]。LI 等[57]用蛋白质组学绘制了急性METH 中毒大鼠模型海马、纹状体和额叶皮层共3 个区域的蛋白质表达谱，分别发现了12、14 和4 种差异表达蛋白质，这些差异蛋白质与氧化应激、变性和凋亡、线粒体和能量代谢等相关，且不同脑区中的METH 神经毒性机制可能相同。METH 暴露大鼠额叶皮层蛋白质组学结果显示，差异表达蛋白质与蛋白质降解、氧化还原调节、能量代谢、细胞生长、细胞骨架修饰和突触功能有关[58]。YANG等[59]在大鼠成瘾模型中比较了伏隔核、纹状体、前额叶皮层、扣带回皮层和海马中的蛋白质谱，鉴定出27 种差异蛋白质，包括与细胞骨架、转运和胞吞或胞吐作用以及信号转导有关的蛋白质。ZHANG 等[60]结合细胞培养稳定同位素标记方法解析了二甲基精氨酸二甲胺水解酶1/非对称性二甲基精氨酸/一氧化氮合酶（dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1/asymmetric dimethylarginine/nitric oxide synthase，DDAH1/ADMA/NOS）途径在急性METH 诱导的神经毒性中的作用。此外，除了以不同脑区组织为样本，ALASMARI等[61]在METH 相关性神经障碍患者血清中发现71 种蛋白上调和7 种蛋白下调，参与神经系统炎症和细胞损伤过程。但是双向凝胶电泳分析技术仍存在一些不足，如不能实现对蛋白质的绝对分离，难以有效检测出具有极端等电点的、分子质量太大或太小以及低丰度的蛋白质和膜蛋白，因而逐渐被基于质谱的蛋白质组学标记和非标记定量技术代替。PENDYALA等[62]率先在恒河猴突触小体中使用同位素标记在蛋白质水平解析了HIV 和METH 在神经系统毒性中的相互作用，明确了神经元特异性Na+/K+-ATP 酶异构体3 在神经认知障碍中的关键作用。同时，在METH 滥用的HIV 感染者中发现了28 种差异显著蛋白质，这些蛋白与补体、凝血途径和氧化应激有关，而与HIV 本身无关[63-64]。BOSCH 等[65]利用液相色谱-质谱联用技术在METH 自身给药30 d 和戒断14 d 的大鼠纹状体的突触小体中发现了84 种差异蛋白质，在神经保护、神经可塑性、细胞骨架、能量调节和突触小泡中具有关键作用。ZHU 等[66]在长期METH 暴露的大鼠海马和嗅球中分别发现11 和7 种与细胞死亡、炎症、氧化等过程相关的蛋白质。METH 行为敏化大鼠大脑前额叶皮层蛋白质组学分析结果显示，有96 种与突触调节、蛋白磷酸酶信号传导、线粒体功能和抑制性γ-氨基丁酸能信号有关的差异蛋白质，其中20%与前额叶皮层相关性精神分裂症的神经生物学相关，为精神病患者常见的认知和行为功能障碍提供了理论支撑[67]。2021 年，SHEN 等[68]基于IonStar 的定量蛋白质组学，揭示了METH 在颅脑损伤中的神经保护分子机制。

在蛋白质组学发展之前，大多数的研究是在转录组基础上结合生物信息学和分子生物学获得METH相关差异表达蛋白质，包括细胞自噬和凋亡、免疫和炎症相关蛋白等[69-71]，具有一定的盲目性和不完整性。而蛋白质组学的发展为同时研究大量目标蛋白质提供了便利，在METH 毒理研究领域的优势越来越明显[67]。目前，基于蛋白质组学方法的METH 损伤和成瘾研究层出不穷，特别是在神经系统发现的大量差异表达蛋白质，弥补了之前研究方法的不足，为METH的治疗以及诊断和预后生物标志物的研究奠定了基础，也为了解METH 毒性的潜在病因提供了重要信息。但目前其他系统的METH 毒性损伤研究仍主要集中在组织病理学和临床表型的统计和描述[72]，迫切需要相关机制的研究和创新。笔者认为，蛋白质组学技术的发展为构建METH 全身毒性损伤相关的蛋白质表达谱带来了机遇，但同时还需要结合不同的分析技术以及分析方法进行更精准的检测。

4 METH 相关代谢组学研究进展

与前两者相比，代谢组学与生命活动联系更为紧密。代谢组学是对生物或细胞在特定生理病理时期全部代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新兴学科，反映代谢产物在内外刺激下动态改变的科学[73]。其优势在于：（1）代谢产物能够将基因和蛋白的微小变化放大并体现；（2）代谢产物的种类远少于基因和蛋白的数目；（3）代谢产物的改变能直接体现个体的生理病理状态。对照组和实验组的代谢产物差异也被称为代谢“指纹”[74]，近几年才被应用于METH 诱导的代谢紊乱以及损伤和成瘾生物标志物等研究。实际工作中，动物模型的建立以及METH 吸食时间、剂量、戒断等都伴随着各自的代谢“指纹”改变[75-76]，因此，破译METH 代谢“指纹”，不仅能够促进METH 诊断新方法的诞生，而且能对METH 诱导的损伤和成瘾的治疗以及预后提供理论依据。

METH 成瘾会影响细胞能量代谢、氨基酸代谢和磷脂代谢等[77]，其中能量代谢异常被认为是METH 毒性损伤和成瘾的生化基础[78-79]。研究[80]表明，METH 滥用人群的血液和脑脊液等其他体液样本中葡萄糖水平明显降低。彭素芳等[81]发现METH 给药大鼠血清能量代谢增强。ZHENG 等[82]用代谢组学的方法证实METH 能量代谢增强主要表现为支链氨基酸明显消耗，三羧酸循环和脂质代谢加速，血清中3-羟基丁酸酯、兴奋性氨基酸谷氨酸和天冬氨酸以及尿液中的甘油升高，而血清中甘油酸-3-磷酸、丙氨酸和甘氨酸则显著下降，与神经活动增强密切相关。此外，METH戒断2 d 后，除血清肌酸酐、柠檬酸盐、2-酮戊二酸盐和尿乳酸盐等少数代谢产物外，其他代谢产物均恢复至基线。而大脑样本能量代谢既有升高，也有下降，这些差异可能来源于药物处理的剂量、频率及持续时间的不同。如METH 成瘾人群脑组织代谢谱显示，半乳糖代谢、果糖和甘露糖代谢以及糖酵解等途经与正常人明显不同，包括左岛叶、左中央前回和前扣带回皮质中的葡萄糖代谢明显降低，与阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病等许多神经退行性疾病密切相关[83-84]。LIN 等[85]也发现了15 种代谢产物与METH 直接相关，并且利用大鼠成瘾模型研究了其中14 种代谢产物在大脑伏隔核、背侧海马和腹侧海马的相对定量和分布，结果表明，伏隔核和背侧海马中代谢产物变化趋势几乎相同，而背侧海马和腹侧海马之间则相反。因此，学者们认为可以将这些差异代谢产物作为METH 使用的潜在标志物用于METH 滥用的诊断。

除此之外，METH 暴露对脂质、氨基酸、矿物质（骨代谢）等代谢产物也有明显的影响。脂质是细胞膜的主要成分，并且在血浆中含量丰富，其代谢组能准确并全面地提供生物样品在不同条件下的全脂信息图谱；氨基酸是构成蛋白质大分子的基础物质，在物质代谢和免疫功能调控等方面亦发挥重要作用；矿物质是构成人体组织的重要成分，主要依靠膳食补充，在维持渗透压、酸碱平衡、神经肌肉兴奋性等方面发挥了不可替代的作用。METH 致敏小鼠模型的全脑脂肪酰基的组成发生改变，以海马、前额叶皮层以及纹状体的改变显著，表现为磷脂、鞘脂和甘油脂质的代谢明显异常[86]。METH 诱导的致敏行为与脑代谢产物的关联分析结果表明，高肌肽、泛酸、4-胍基丁酸和肌醇的含量与小鼠行为敏化程度具有强关联性[76]。研究[87]表明，METH 成瘾者的头发能够较好地揭示其脂质代谢模式，更适合用于评估METH成瘾。CHOI等[88]在头发中检出了脂肪酸酰胺、肉碱和脱氧皮质酮等功能性代谢产物。KIM 等[89-90]在METH 成瘾者头发中发现32 种代谢产物严重失调，与多种脂质（如鞘糖脂、鞘脂、甘油磷脂和醚脂质）以及氨基酸（甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸）的生物合成和代谢相关，并且在大鼠METH 自身给药和戒断模型中揭示了氨基酸生物合成和代谢的动态变化。ZHENG 等[82，91]也在大鼠模型中发现了上述氨基酸代谢异常。此外，METH 滥用还与矿物质代谢异常有关，研究[92]发现，METH 滥用者腰椎平均骨矿物质密度值降低，伴随大量骨矿物质流失。动物实验[93]也表明METH 暴露对骨转换具有明显的剂量依赖作用，与骨质疏松结局相关。

代谢组学作为一种新兴组学技术，帮助我们明确了METH 损伤和成瘾导致的代谢产物改变。通过代谢产物直接反映生理病理状态，是研究人类对药物暴露和治疗个性化反应的理想方法。与转录组学和蛋白质组学相比，代谢组学利用人群样本更为容易，而且样本相对容易获得。因此，系统研究METH 吸食各种模型的代谢模式将具有更大的意义，不仅能够筛选潜在的生物标志物应用于临床评估，而且对其机制的探索能够帮助METH 的治疗[94-96]。但是代谢组学技术也存在一定的不足之处，如现有相关研究未能充分将代谢产物与功能富集分析等生物信息学方法结合，未能在组学基础上逆向追踪其上游分子靶点进而拓展机制研究。再如实际检案中METH 的吸食时间、吸食剂量导致的毒性和症状（包括药物依赖和戒断）等均有一定的差异，更重要的是动物研究中提出的METH 潜在生物标志物需要在临床环境中进行验证，导致目前并未建立系统完善的METH 代谢“指纹”数据库。此外，因为体内物质代谢容易受到各种因素影响而样本量需求较大，并且研究结果需要在队列中进行验证，因此，未来需要科研工作者突破技术瓶颈，多角度、多层次、系统地研究METH 代谢模式的改变，找出其内在规律，丰富METH 毒性损伤理论。

5 多组学在METH 损伤和成瘾研究中的应用及展望

当前，生命科学的发展已经全面进入一个多组学时代，精准医学使人们逐渐意识到“组学（-omics）”研究在生命科学领域中发挥的重要作用，如借助各种组学技术及组学联用技术已经应用于临床疾病相关生物标志物的筛选，为临床诊断提供基础，以及借助多组学数据联合分析并研究疾病的病理机制[97-100]。越来越多的证据表明，METH 损伤和成瘾的发生是多个基因遗传变异、转录及转录后修饰及其之间复杂调控关系的紊乱，以及生活环境等共同作用的结果。与单一组学相比，多组学为我们提供了了解METH 基础信息流的机会，为完善METH 相关损伤和成瘾机制研究提供了新的视角。

METH 作为一种合成毒品，最大的特点是在成瘾的同时造成全身多器官损伤[101]。目前对其损伤和成瘾等生物标志物的筛选及相关机制的研究远远不够，距法医学及临床应用还有很长的距离。长期吸食METH，不仅中枢神经系统在分子、细胞、神经环路功能和脑结构等不同层次发生了复杂的生理病理变化导致成瘾，而且也导致细胞、组织以及器官的损伤，使得吸食者生活质量发生不同程度的下降[102]。由于人群个体差异以及生命活动的复杂性，多数情况下单一组学具有局限性，因为不同蛋白质之间、基因之间、基因转录产物和代谢产物之间存在复杂的关系网络，四者相互独立并相互影响。目前，国内外已有利用多组学研究METH 毒性的文章。如2015 年，ASTARITA等[103]利用功能性脂质组学和转录组学研究发现，METH 自身给药大鼠的大脑（前额叶皮质、海马以及腹侧和背侧纹状体）、小脑、骨骼肌、心、肝、肾、皮肤、脾和胰腺中脂质代谢紊乱，同时发现METH 可通过刺激第二信使神经酰胺的产生来加速细胞衰老并激活参与细胞周期控制和炎症的基因转录。2020 年，HERLAND 等[104]借助蛋白质组学和代谢组学技术研究发现，与星形胶质细胞和周细胞相比，METH 对大脑微血管内皮细胞和神经细胞的作用更显著。

单一组学已经筛选出大量的分子标志物，但其数据识别效率和精度偏低导致大多数分子仍然不能用于METH 的评估和治疗等，也难以满足面向全基因组、跨数据库以及跨学科的需求。而且单一组学只能反映生物级联的一小部分，不能帮助我们系统地理解METH 毒性，要想从整体上研究复杂的生物学过程，必须采取综合方法，而多组学的优势显而易见[105]。通过对多组学数据的整合分析，有利于系统性地研究METH 毒性机制、确认相关靶点、发现生物标志物并进行临床评估，从而指导个体化治疗和用药[106]。就METH相关损伤和成瘾而言，充分利用技术的发展、整理和计算海量的信息以及在数据的基础上进行创新，将丰富我们对METH 损伤和成瘾的认识和理解。相信随着科学技术的发展，综合利用以代谢组学、蛋白质组学及功能基因组学等为核心的系统生物学，结合METH 损伤和成瘾可视化证据（如行为学和MRI 异常改变等）完善METH 相关分子以及病理数据库，联合机器学习（深度学习），开发使用人工智能（artificial intelligence，AI）对METH 等毒品滥用进行多模式分析的平台以及制定METH 毒性损伤和成瘾识别的新策略将成为毒品研究领域的重大突破，但是由于数据量的庞大以及分析方法的不足使得多组学联合分析也面临着相应的挑战[107-108]。