欧阳辉，付海艳，杜映荣

原发性高血压（essential hypertension，EH）是遗传、环境及多种危险因素相互作用所致的全身性疾病，其可引起心脏、脑、肾脏、眼等多器官损伤，是心脑血管疾病的主要危险因素，占高血压总患病人数的95%以上，绝大多数病因不明［1］。根据中国高血压调查数据，2012—2015年我国18岁及以上居民高血压患病粗率为27.9%（加权患病率为23.2%），其患病率总体呈升高趋势，目前我国高血压患病人数高达2.45亿［2］。尽管我国高血压患者的知晓率和治疗率较前有所提高，但由于机体的耐药性、患者依从性不佳及个体差异等多种原因，其总体控制率仅为16.8%［3］。因此，急需一种新的方法更早、更准确地诊断或预测EH。

自1986年美国科学家Thomas Roderick首次提出基因组学后，随着系统生物学发展，1994—1997年科学家们又提出了蛋白质组学和转录组学，此后逐渐产生了包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学在内的组学技术［4］，从DNA到RNA再到蛋白质和代谢物等多个层面由表入里地探索生命的活动规律及疾病进程，目前组学技术已广泛用于动植物学和医学。因此，利用组学技术可研究影响血压的遗传因素和环境因素，进一步探索EH未知的发病机制和病因；此外，组学技术还可以提供更好的诊断方法，甚至预测EH的发生发展、病情严重程度及相关并发症，指导个性化治疗方法的制定。本文就基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学在EH中的应用展开综述，旨在为高血压的早诊早治及精准治疗提供新的思路。

1 基因组学在EH中的应用

基因组学指对一个生物体的全部基因进行研究及量化的方法，目前主要测序技术包括全基因组测序（whole genome sequencing，WGS）、全外显子测序（whole exome sequencing，WES）及染色体微阵列分析（chromosome microarray analysis，CMA），前两者分别涵盖测序基因组的所有区域及外显子区域，主要用于获取基因的序列信息及数量，以识别其变化情况；后者主要用于测量基因拷贝数的变异［5］。基因组学研究方法先后经历了候选基因关联分析及全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）。目前，基因组学在EH中的应用主要体现在以下几个方面。

1.1 早期风险预测 PADMANABHAN等［6］通过分析大鼠和人类血压调节中的遗传因素，发现基因中的非编码DNA是影响血压的主要遗传因素；此外，有研究者通过收集2 638例青少年的唾液样本，利用候选基因方法检测发现，LSS、HSD3B1、PRKG1、CYP11A1、CYP11B2和NEDD4L基因变异与高血压的发病相关［7］；DODOO等［8］研究发现了43个与EH相关的遗传变异基因。此外，受体活性修饰蛋白1（receptoractivity-modifying protein，RAMP1）基因突变也可以增加高血压的发病风险［9］。因此，基因组学技术可将与EH发病相关的遗传因素锁定在某些基因的非编码区，而早期监测上述基因的变化可以预测EH的发生。

1.2 个体化治疗 EVANGELOU等［10］对100多万拥有遗传和表型数据的人进行GWAS，发现了535个与血压相关的基因，且部分血压相关基因与降压药作用靶点具有相关性，通过基因检测结果可预测降压药的治疗效果。在EH药物治疗方面，有研究利用基因组学识别降压药对机体起关键作用的治疗靶点，如利用基因组学识别EH患者对氢氯噻嗪治疗反应的生物标志物，并发现SPTLC3基因是氢氯噻嗪发挥降压作用的潜在决定因素［11］。类似的，有研究者选取服用赖诺普利进行降压治疗的EH患者，利用基因组学技术对赖诺普利治疗有效的患者进行肾素-血管紧张素转换酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）通路候选基因检测及GWAS，结果发现，AGT、REN、ACE2基因的单核苷酸变异（single nucleotide variants，SNVs）与赖诺普利的降压效果有关［12］。上述研究表明，对EH高危人群及EH初治患者进行基因组学检测，以实现早期风险预测及预见机体对药物的反应，进而提高药物的治疗效果。

2 转录组学在EH中的应用

转录组学指研究特定细胞或组织在特定阶段或特定生理状况下转录出来的所有RNA，并对其差异RNA进行量化［13］。与分析DNA结构的基因组学相比，转录组学研究的RNA表达变化能更好地反映高血压的生物学变化，可以从生理层面对EH进行诊断和预测。目前，转录组学采用的主要测序技术是微阵列和RNA测序［4］，其中RNA测序在测序通量和速度方面更有优势，已成为转录组学的主要测序技术［14］。转录组学在EH中的应用主要体现在以下几个方面。

2.1 早期诊断 通过分析基因表达综合（gene expression omnibus，GEO）数据库中的数据发现，骨髓细胞瘤病毒癌基因同源物（myelocytomatosis viral oncogene homolog，MYC）、HIST1H2BO可能与EH的发病有关［15］。ZELLER等［16］研究指出，RNA表达变化能更好地反映高血压的生物学变化，同时该研究还发现，有8个RNA（CRIP1、MYADM、TIPARP、TSC22D3、CEBPA、F12、LMNA和TPPP3）共同决定了高达13%〔95%CI（8.7，16.2）%〕的血压变异，故可作为早期诊断EH的生物标志物；此外，miRNA-29家族（miRNA-29a、miRNA-29b、miRNA-29c）、miRNA-510、hsa-miRNA-637、hsa-circ-0037909、hsa-circ-0126991、miRNA-10a-5p均可作为诊断EH的潜在生物标志物［17-20］。此外，长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）NONRATT011842也被发现具有调节高血压患者血管平滑肌细胞的功能，可作为诊断和预测高血压的生物标志物［21］。

2.2 发现新的治疗靶点 国内有学者通过线性微阵列模型鉴定出EH大鼠和正常血压大鼠的差异表达基因及差异表达miRNAs，发现Dbp、Crot和Mrpl4基因可能是EH的潜在治疗靶点，而miRNAs（rno-miRNA-126a-5p、rno-miRNA-31a）或小分子药物（肉毒杆菌毒素、Gly-His-Lys和鬼臼毒素）可阻断上述基因的表达，从而发挥抗高血压作用［22］。除上述基因外，转录组学还发现调控miR-1283/ATF4轴［23］、靶向miR-455-3p和miR-140-3p［24］亦有可能成为高血压的潜在治疗靶点。部分miRNA受到lncRNA的调控，而上游lncRNA GAS5也参与了血压的调节［25］。有研究报道，CRIP1基因可通过调控免疫系统而调节血压，而通过靶向CRIP1有望成为治疗高血压的治疗策略［16］。

2.3 揭示药物调控血压的作用机制 利用转录组学可以从基因层面阐明多种降压药和降压方法的作用机制，如常用的中药芪参益气滴丸是通过上调SIK1基因表达、增加Na+排泄、抑制ADRA1D基因表达而松弛血管平滑肌，进而有效降低盐敏感型高血压大鼠的血压，减轻肾脏损伤［26］。针灸作为中医降压手段之一，其降压作用也可通过转录组学进行解释。LI等［27］构建了EH大鼠模型，对其进行针灸治疗并采用转录组学分析其基因表达，结果发现，针灸治疗可能通过逆转差异表达基因而参与高血压相关通路（包括氧化应激、血管内皮功能、炎症反应），进而降低血压。除中药外，临床常用的口服降压药也可以利用转录组学深入研究其血压调控机制。一项针对氢氯噻嗪治疗高血压的多中心研究发现，VASP基因可能参与氢氯噻嗪的降压机制，故可将其作为预测氢氯噻嗪利尿效果的潜在生物标志物［28］。

2.4 监测靶器官损伤 靶器官损伤是高血压患者的常见并发症，其中心肌梗死是急危并发症之一。通过转录组学研究发现，miR-7、miR-548可作为预测EH并发急性心肌梗死风险的潜在生物标志物［15］，当miR-7、miR-548异常时，临床医生需要警惕心肌梗死的发生。当EH患者miRNA let-7水平升高时，动脉粥样硬化发病率也相应升高［29］。尽管转录组学与基因组学相比，存在RNA不稳定、实时定量反转录PCR技术复杂且价格昂贵等劣势，但上述研究成果证明转录组学在EH的早期诊断、治疗及预测靶器官损伤方面具有较好的应用前景。

3 蛋白质组学在EH中的应用

蛋白质组学是对一个细胞、组织、器官或机体内基因表达的全部蛋白质及其活动规律进行研究［4］。蛋白质组位于基因组和转录组的下游，对其进行分析可以识别出DNA和RNA翻译过程中因翻译后修饰、机体生物系统活性及功能改变而导致的差异蛋白质，从而发现蛋白质与疾病之间的联系。目前，蛋白质组学主要采用双向凝胶电泳（twodimensional gel electrophoresis，2-DE）和荧光差异双向凝胶电泳（two-dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE）提取和分离蛋白质，使用质谱（mass spectrum，MS）及其衍生的液相色谱串联质谱（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）、表面增强激光解析电离飞行时间质谱（surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry，SELDI-TOF-MS）及双向凝胶电泳-质谱（two-dimensional gel electrophoresis-mass spectrometry，2DEMS）等技术鉴定蛋白质和识别生物标志物［30］。目前，蛋白质组学在EH中的应用主要体现在以下几个方面。

3.1 识别相关蛋白质 利用质谱分析法对InGenious Hypercare队列中的118例EH患者和85例健康对照者的血液样本进行蛋白质组学分析，结果发现27个与高血压发生相关的蛋白质决定因子［31］。除了分析血液样本，尿液也可以作为蛋白质组学的检测样本。有研究者利用LC-MS/MS检测盐敏感型高血压患者和耐盐型高血压患者在盐负荷试验期间的尿液样本，结果发现，尿液中氨肽酶P2、尿激酶型纤溶酶原激活物、表皮生长因子是盐敏感型高血压发生的关键因子［32］。

3.2 预测并发症 国内有研究者利用串联质谱标签（tandem mass tag，TMT）标记的定量蛋白质组学技术研究EH与射血分数保留的心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）之间的潜在生物学联系，结果发现，有7个可以作为两者共同生物标志物和治疗靶点的差异表达蛋白质，对该差异表达蛋白质进行监测可预测HFpEF的发生［33］。肾脏作为高血压的常见损伤靶器官，其损伤程度缓慢且难以发现，目前尚无无创手段可以检测早期肾损伤的结构和功能改变。蛋白质组学技术出现后，HATZIIOANOU等［34］研究发现，细胞内氯离子通道4（chloride intracellular channel 4，CLIC4）蛋白在高血压大鼠的肾小管中过度表达，推测其可作为EH相关肾损伤的早期潜在生物标志物。蛋白质组学技术的出现在一定程度上填补了高血压早期肾损伤检测手段的空白。

3.3 个体化治疗 与DNA、RNA相似，蛋白质组学可以为机体找出预测降压反应的潜在靶点，为EH的个体化治疗提供可借鉴的方法。如MARTIN-LORENZO等［35］运用LC-MS/MS对29例顽固型高血压患者的尿液样本进行蛋白质鉴定和蛋白质组学分析，并在蛋白质水平上预测机体对螺内酯的反应，结果发现，触珠蛋白（haptoglobin，HP）和触珠蛋白相关蛋白（haptoglobin-related protein，HPR）是预测患者对螺内酯治疗反应的潜在生物标志物。另有研究对伴有蛋白尿的EH患者和单纯EH患者进行差异蛋白质分析，结果发现，Kalirin（R2=0.59，P＜0.001）和CHD7（R2=0.52，P＜0.001）两种蛋白质的表达均与血管内皮功能呈正相关，故可将其作为监测肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）抑制程度的临床指标，并帮助临床医生制定个体化治疗方案［36］。除此之外，组织蛋白酶G（cathepsin G，CTSG）、转化生长因子β1（transforming growth factor beta-1，TGF-β1）、透明质酸酶1（hyaluronidase-1，HYAL1）、激肽原1（kininogen-1，KNG1）4种蛋白质也被作为EH发生的关键蛋白质，调控其表达可能成为EH的潜在治疗靶点［37］。

4 代谢组学在EH中的应用

代谢组学主要是通过分析生物体受环境刺激或机体内环境改变（如病理改变或基因变异）等因素引起的体内代谢物变化来研究其生理功能的一门科学［38］，也是运用现代实验室方法对生物体内组织、细胞、体液中小分子代谢物（如糖、脂类、氨基酸、核酸等有机化合物）［4］进行定量及定性检测的科学技术。代谢组学研究包括靶向和非靶向（整体）两种方法，其中靶向代谢组学通常只对某种或某一类代谢物进行检测，适用于代谢物已经确定的情况；而非靶向代谢组学是探索性的，目的是尽可能检测出样品中更多的差异性小分子代谢物［4］。目前，代谢组学常用的实验室方法包括核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、气相色谱-质谱联用法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、液相色谱-质谱联用法（liquid chromatography- mass spectrometry，LC-MS）等［39］，其中LC-MS因灵敏度高和检测范围广而成为非靶向代谢组学的首选方法［40］。代谢组可反映机体的代谢状态，但容易受到环境因素的影响，故特别适用于评估机体当前状态和外界环境因素的影响。目前，代谢组学在EH中的应用主要体现在以下几个方面。

4.1 识别差异代谢物 EH患者存在糖、氨基酸、脂肪酸及微生物代谢异常情况［41］，故推测这些小分子物质可能通过某些代谢途径而影响血压。BARANWAL等［42］分别构建高盐饮食和血管紧张素Ⅱ诱导的高血压小鼠模型，并对其及正常血压小鼠血清、尿液进行整体代谢组学分析，结果发现，高血压小鼠血清中有14种代谢物明显改变、尿液中有6种代谢物明显改变。TIAN等［43］使用超高效液相色谱串联四极杆静电场轨道阱质谱（ultra-high performance liquid chromatography coupled to Q Exactive hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometry，UPLC-Q-exactive-MS）分析自发性高血压大鼠和正常对照大鼠血清样本，共鉴定出23种差异代谢物。而陈帅等［44］研究发现了包括L-组氨酸、L-精氨酸在内的13种差异代谢物。代谢组学技术可以识别分子量较小的分子，相对于既往的组学技术具有灵敏度高的特点。

4.2 寻找潜在的生物学靶点 AMETA等［45］利用NMR对64例EH患者和59例健康对照者的血清样本进行分析，结果发现，EH患者精氨酸、丙氨酸、丙酮酸、甲硫氨酸、腺嘌呤、尿嘧啶水平明显改变，提示上述差异代谢物可作为区分EH和健康对照者的特征代谢物，并可作为EH的潜在生物标志物。与上述研究结论类似，有研究利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（ultra performance liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry，UPLC-QTOF/MS）技术对75例EH患者和75例健康对照者的尿液代谢物进行分析，结果发现10种可作为诊断或筛查EH的差异代谢物，其主要涉及的代谢途径有氨基酸代谢、脂肪酸代谢、氧化应激及类固醇激素生物合成途径，故推测上述4种代谢途径异常可能是导致EH发病的重要因素［46］。除此之外，有学者发现十六烷二酸酯与人类血压及死亡率升高有关，并揭示其作用机制的相关分子途径：十六烷二酸酯与脂肪ω氧化途径中ADH1A、ADH1B、CYP4编码酶的水平相关，高水平的十六烷二酸酯可干扰乙醇对血压的影响［47］。为了更好地了解高血压患者的病理生理学改变，LIN等［48］在乌普萨拉老年人群中开展了一项前瞻性队列研究，该研究使用气谱和液谱结合质谱的方法分析循环血浆代谢物及其与血压的相关性，随访5年，结果显示，神经酰胺（β=1.06）、三酰甘油（β=1.00）、总甘油酯（β=0.95）、油酸（β=0.92）与舒张压呈正相关，而胆固醇脂与舒张压呈负相关（β=-1.06）。上述研究提示，代谢组学可作为揭示高血压病理生理途径的一个有效手段。

5 综合组学在EH中的应用

EH是一种受遗传、环境等多个因素影响的复杂疾病，仅凭一种组学技术研究其发病机制远远不够，而不同组学技术之间存在密切联系，涉及从DNA到RNA再到蛋白质和代谢物等多个层面的信息，故将各组学技术进行综合应用是系统研究EH的基础。MARRACHELLI等［49］采用基因组学联合代谢组学研究心脏代谢危险因素。COLAK等［50］采用转录组学联合蛋白质组学分析扩张型心肌病的整体变化，并发现了与心功能相关的基因、蛋白质和通路。综合组学可以克服单个组学方法的局限，在揭示EH的病理生理、发病机制及寻找特异性生物标志物等方面潜力巨大。

6 小结

综上所述，组学技术可以从分子层面阐明EH的发生发展机制，为EH的早诊早治、风险评估、精准治疗及靶器官损伤预测提供新的思路，但也存在许多挑战。首先，组学技术在EH患者中发现的大量生物标志物在临床中应用较少；其次，没有单一组学技术可以解释EH的整个病理生理过程，需将组学技术进行综合，但综合组学数据集成较为复杂；第三，检测技术价格昂贵，临床大规模应用受限。相信随着组学技术的发展和医疗水平的提高，未来上述问题有望得到解决。

作者贡献：欧阳辉、付海艳、杜映荣进行文章的构思与设计、文章的可行性分析、论文修订；欧阳辉进行文献/资料收集与整理，撰写论文；付海艳、杜映荣负责文章的质量控制及审校；杜映荣对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。