慢性阻塞性肺疾病（COPD）是以气流受限不完全可逆为特征的慢性肺部疾病，以慢性咳嗽、咳痰和喘息为主要临床表现，以炎细胞浸润、粘液过度分泌和肺泡壁破坏为主要病理表现。肺功能一秒率小于0.7是COPD诊断的金标准，但是无法区分不同COPD亚型。研究发现COPD患者体内的脂质、氨基酸、糖类以及核苷酸代谢水平异常，在疾病进展中发挥重要作用，近年的研究增加了对肺部及肠道菌群代谢在COPD中作用的探索。本文综述了COPD体内代谢物水平的变化，指出了一些有前景的早期诊断标志物和治疗靶点；此外，加强饮食管理可能是改善体内代谢的最可行方法之一。

1、COPD与营养物质代谢

脂质代谢

COPD脂质代谢紊乱体现在脂质代谢产物堆积和产生脂毒性，在局部通过破坏肺组织结构造成肺功能下降，在全身可能通过介导线粒体损伤使组织细胞能量缺乏从而表现为疲劳等全身症状。研究表明心脏和肺具有一致的脂质代谢物水平异常，因此，通过补充多不饱和脂肪酸或干预异常脂质代谢途径的方法可能同时缓解心肺共病。

氨基酸代谢

COPD的氨基酸代谢紊乱多来源于肺实质破坏和炎症反应过程中的代谢物堆积，这些异常代谢物又反过来加重COPD的病理破坏；同时因为患者的消耗增加、运动减少以及必须氨基酸供给不足等原因，肌细胞合成的具有抗氧化作用的肌肽减少，导致肌肉量、运动耐力进一步下降。抗氧化剂N -乙酰半胱氨酸可降低活性氧的水平，降低肺氧化损伤和细胞衰老，预防肺气肿的发生，或许可以缓解COPD氨基酸代谢紊乱。

糖代谢

糖代谢和脂代谢途径均可以为细胞供能，不同的是前者在产生ATP的速度上较后者更快，有研究提出当免疫细胞以糖酵解方式产生能量时，通过磷酸戊糖途径产生大量抗氧化的NADPH，与脂代谢的脂肪酸氧化相比，细胞分化更快、清除病原体能力更强。由于COPD患者体内免疫细胞对病原体的清除能力降低，我们推测COPD中的细胞能量产生方式倾向于脂肪酸氧化的供能方式，或者说存在糖酵解向脂肪酸氧化供能方式的转化，针对这种供能方式转化过程中关键分子的靶向干预或许可能成为治疗COPD的新靶点。

核苷酸代谢

目前与COPD相关的核苷酸研究多局限于参与几乎所有代谢能量转换过程的腺苷三磷酸ATP，很少有对核苷酸代谢与其它类别代谢相关性的深入研究，核苷酸代谢会否影响脂质代谢、氨基酸代谢、糖代谢过程及中间产物的合成分解，或者是否通过影响代谢相关酶的基因表达影响不同代谢类型的转变等都还未知，需要进一步研究来探索不同代谢途径相互关联及转变的关键分子。

2、COPD与微生物代谢

微生物及其代谢产物在COPD中的作用也得到了越来越多的关注，COPD患者由于气道粘液排出障碍，下呼吸道往往更容易成为细菌定居部位而加重病情，除了气道微生物，肠道微生物及其代谢物可以通过血液循环等途径直接或间接对COPD疾病进展产生影响（图1）。

图1：慢性阻塞性肺疾病（COPD）气道、肠道微生物及其代谢物异常

3、COPD患者的代谢紊乱

COPD体内的代谢变化错综复杂，疾病进程和转归受到多方面因素的调节和影响。当摄入营养物质后，食物中的蛋白质、脂质、糖类、核苷酸等经过消化道分解成小分子，部分吸收入血，不可吸收的物质如纤维素可携带一定量的有害物质从肠道排出体外，吸收入血的部分以脂肪酸、氨基酸、葡萄糖、核苷酸等形式参与体内的物质和能量代谢。在正常人体内，上述分解合成过程可维持动态平衡，但COPD患者由于疾病消耗，吸收入血的小分子营养物数量及比例无法满足机体需求，造成需要的物质得不到合成的同时，有害的前体物质又大量堆积，表现为代谢物水平的异常。肠道菌群通过直接作用于肠细胞使其通透性改变和物质吸收障碍，使得吸收入血的营养物质进一步减少和比例失调，加剧体内营养物质代谢紊乱；除了直接作用，肠道菌群产生的代谢物还可以经血液间接影响肺部黏膜以及免疫屏障，进一步加剧COPD患者的肺部症状。

图2：慢性阻塞性肺疾病（COPD）可能存在的代谢紊乱

4、总结与展望

针对体内营养物质代谢失衡和肺部肠道菌群异常代谢的干预措施在COPD疾病管理中显得尤为重要。一些抗氧化物质的摄入，比如维生素C和视黄醇，以及低碳水化合物饮食，有助于预防和减缓COPD进展，使患者受益。饮食调节和呼吸道感染的预防有助于改善COPD患者的症状，以矫正代谢失衡为基础的COPD饮食治疗或许是未来COPD患者管理的一个有前景的方向。

How to cite：Wenqian Wu, Zhiwei Li, Yongqiang Wang, et al. Advances in metabolomics of chronic obstructive pulmonary disease. Chin Med J Pulm Crit Care Med. 2023;4:223-230. DOI: 10.1016/j.pccm.2023.10.001.

作者介绍

通信作者：赵红梅

副研究员，中国医学科学院基础医学研究所北京协和医学院病理生理学系，研究方向：1.心脏、血管、造血系统通讯机理研究；2心肺循环系统共病跨器官调控及共性机制研究；主持项目包括国家自然科学基金青年项目，国家自然科学基金面上项目，科技部重点研发专项分课题，中国医学科学院创新工程项目，中国医学科学院课程思政教改项目。2022年获中组部万人计划青年拔尖人才项目支持。近5年以第一作者和通讯作者在Circulation，PNAS，Nature communication，Cardiovascular research，Allergy，Translational research等杂志发表论文20余篇。

通信作者：张田甜

中国医学科学院基础医学研究所，助理研究员，承担国家自然科学基金青年科学基金项目1项，以共同第一作者或参与作者在Signal Transduction and Targeted Therapy，Circulation Research，Nucleic Acids Research，American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology等期刊发表多篇论文。

第一作者：吴雯倩

北京协和医学院内科学直博生。

供稿：赵红梅；编辑：魏佩芳；审核：郝秀原

本文转载自订阅号「呼吸与危重症医学英文版」

原链接戳：慢性阻塞性肺疾病代谢组学研究进展

* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考

本文完

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