代谢组学及其分析技术的研究进展

代谢组学是一门对生物体或细胞中全部低分子质量代谢产物进行定性、定量分析的学科,将在内外因素的作用下产生的代谢物质的动态变化与病理生理相关联。它主要应用在微生物学、植物学、食品及营养科学、毒理学研究、临床疾病诊断及药物开发等领域。本文对代谢组学的研究流程及各种分析技术在代谢组学中的应用和特点,各种分析技术各自的优缺点等进行了综述。并对相关技术要点和实际应用中存在的问题进行了讨论。     

基于代谢组学的中医证型物质基础研究进展

中医证型是中国传统医学辨证论治的产物,关于中医证型的标准化研究是中医现代化的标志,相关的物质基础研究是其重要组成部分。代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后逐渐兴起的学科。以"航拍角度"探测生物体在不同生理病理条件下的下游代谢物质,可准确反映出生物体实时代谢状态,与中医的整体性、动态性、即时性更为贴近。基于代谢组学的中医证型标准化研究拥有广阔的发展前景。     

来氟米特干预类风湿关节炎大鼠代谢组学研究

目的：基于代谢组学技术探讨来氟米特干预类风湿关节炎（RA）大鼠的作用机制。方法：使用CⅡ型胶原诱导雌性Wistar大鼠建立稳定的RA模型。来氟米特治疗21天后,评价各组大鼠关节肿胀情况,分析踝关节切片病理染色结果,检测血清IL-1β、IL-6和IgG含量并计算脾指数。利用代谢组学技术研究疾病导致的体内代谢变化,并分析药物干预疾病的代谢通路。结果与结论：来氟米特可显著改善RA大鼠关节肿胀度及踝关节病理变化,并降低大鼠血清中的IL-1β、IL-6和IgG水平（P < 0.01）。血清代谢组学结果表明,来氟米特通过显著回调14个内源化合物,干预谷胱甘肽、半胱氨酸、蛋氨酸、花生四烯酸、色氨酸及嘌呤的代谢,发挥对RA大鼠的保护作用。     

液相色谱质谱方法对前列腺癌患者治疗前后血清中代谢组学的研究

目的:观察前列腺癌患者治疗过程中代谢物的变化,找寻其与前列腺癌患者治疗的关系,从而为前列腺癌的早期诊断和发病机制研究提供一个新的思路。方法:超高效液相色谱单级四级杆飞行时间串联质谱联用仪分别对临床四组受试者血清标本进行分析。结果:与正常组比较,前列腺癌未治疗组标志物分布有显著性差异(P<0.05);前列腺癌治疗好组标志物分布有显著性差异(P<0.05);前列腺癌治疗差组标志物分布有显著性差异(P<0.05),两治疗组间标志物分布分布有显著性差异(P<0.05)。结论:研究发现共同参与了胆固醇代谢的三个有意义的代谢产物(脱氧胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸和二十二碳五烯酸),它们可能在去势抵抗型前列腺癌转变中发挥重要作用。     

终末期肾衰竭维持血液透析患者的血清代谢组学研究

目的:采用气相色谱-质谱联用(GC/MS)为基础的代谢组学技术分析终末期肾病(end stage renal disease,ESRD)维持血液透析患者血清中代谢物的变化,筛选出可用于ESRD早期临床诊断的潜在生物标志物,探讨ESRD血液透析患者代谢紊乱的发生机制.方法:采用GC/MS检测63例ESRD患者(病例组)和...     

基于UPLC-MS技术的阿尔茨海默病模型大鼠尿液代谢组学

目的基于代谢组学研究策略,研究大鼠尿液中内源性代谢物的变化,探寻与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)相关的潜在生物标志物,为AD的临床诊断提供新的思路。方法大鼠双侧海马注射凝聚态β淀粉样蛋白1-42(Aβ1-42)建立AD模型,采用超高效液相色谱质谱联用(UPLCMS)技术对模型组和假手术组大鼠尿液代谢物谱进行分析测定,以OPLS(orthogonal partial least squares)方法对得到的数据进行统计学分析,研究2组之间内源性代谢产物的差异。结果经OPLS分析,2组大鼠尿液的代谢特征存在明显差异,发现了8个与AD相关的潜在生物标志物(含有2个未知化合物)。与假手术组相比,AD模型组大鼠尿液中苯丙氨酸、苯乙酰甘氨酸、N2-琥珀酰-L-鸟氨酸、高香草酸的含量明显升高(P<0.05,P<0.01),而肌酸酐、异戊酰丙氨酸含量则明显降低(P<0.01)。结论 AD模型组大鼠与假手术组大鼠在尿液代谢水平上具有明显差异,具有明显变化的代谢物(苯丙氨酸、苯乙酰甘氨酸、N2-琥珀酰-L-鸟氨酸、高香草酸、肌酸酐、异戊酰丙氨酸)有可能作为AD潜在的尿液生物标志物,为AD的早期临床诊断和治疗提供参考。     

基于液质联用的代谢组学方法研究天冬滋补保健作用的活性成分

摘 要 目的：基于液质联用的代谢组学方法探索天冬的滋补保健作用的活性成分。方法: 健康Wistar大鼠（雌雄各半）24只随机分对照组和给药组。给药组以3.0 g?kg^-1?d^-1灌胃天冬,正常组用蒸馏水进行灌胃,连续42 d后麻醉,腹主动脉取血,分离血清,以超高效液相色谱 质谱联用技术（UPLC-MS）与主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）相结合检测血清,筛选出与滋补保健有关的内源性生物标记物。结果: 在PCA与OPLS-DA模型中,正常组与给药组大鼠血清样本均有显著差异,跟正常组比较给药组共发现5个与滋补保健有关的内源性生物标记物,其中正离子发现5,6-trans-Vitamin D3、去氧皮质酮等两种内源性生物标记物,负离子发现亚油酸、二十二碳六烯酸、硬脂酸等三种内源性生物标记物,且所有标记物的含量均升高。结论:所发现的内源性生物标记物均为机体的有益活性成分,为天冬当的保健作用提供了理论依据。     

基于UPLC-Q TOF MS的代谢组学研究辛伐他汀对小鼠肝脏脂类代谢的影响

目的:以代谢组学技术研究辛伐他汀对小鼠肝脏中脂类物质代谢的影响。方法:采用超高效液相色谱-高分辨飞行时间质谱(UPLC-Q TOF MS)联用技术对给予药物辛伐他汀后小鼠的肝脏样品进行代谢物指纹信息采集,使用Acquity BEH C₁₈色谱柱,流动相为水-乙腈,梯度洗脱,流速0.5 mL·min^-1,柱温35℃,进样室温度4℃,进样量10μL;电喷雾离子源,正离子检测模式,扫描范围m/z 100～1 000,毛细管电压为3.1 kV,锥孔电压为30 V,采用100 pg·mL^-1亮氨酸-脑啡肽(leucine-enkephalin, LE)溶液为质量校正溶液。通过数据采集进行代谢轮廓分析。读取总离子流色谱图中峰信息,利用主成分分析筛选出候选的差异代谢物后,通过一级、二级质谱碎片信息,比对数据库鉴别差异代谢物的结构。利用免疫印迹、同位素放射代谢流分析,验证辛伐他汀对细胞脂质合成的影响。结果:给予辛伐他汀后,在肝组织发现8个代谢差异物,各剂量组溶血磷脂的含量增多,其中LysoPE(18∶1)在低、中、高剂量组中分别是对照组...     

卡托普利干预自发性高血压大鼠血清代谢组学研究

目的通过代谢组学方法研究卡托普利干预自发性高血压大鼠血清内源性代谢物的变化,进一步探索卡托普利的作用机制。方法采用快速高分离液相-四级杆飞行时间串联质谱联用技术采集大鼠血清内源性代谢物信息,经偏最小二乘法判别分析,识别显著差异的变量,鉴定潜在生物标志物。结果正常组、模型组、卡托普利组的血清内源性代谢物、代谢模式发生了明显变化。经数据库查询共确定了4个生物标记物及其代谢途径,与血管内皮功能密切相关。结论代谢组学从机体整体代谢角度揭示了卡托普利保护血管内皮功能的可能作用机制,在阐释药物复杂的作用机制方面显示出了独特的潜力。     

二至丸干预大鼠急性酒精肝损伤的尿液代谢组学研究

目的：研究酒精致急性肝损伤模型大鼠尿液内源性代谢物的变化特点及二至丸对异常代谢的调节作用,寻找二至丸治疗急性酒精肝损伤的潜在代谢生物标志物,以探索二至丸对酒精性肝损伤的保护作用机制。方法：以白酒灌胃法建立急性酒精肝损伤大鼠模型,基于快速分离液相色谱串联四极杆飞行时间质谱（RRLC-Q-TOF/MS）技术分析空白组、模型组、二至丸给药组大鼠尿样代谢轨迹,通过单因素方差分析（ANOVA）结合正交偏最小方差判别分析（OPLS-DA）,研究各组之间的代谢物组差异。结果：初步鉴定出可能的10种潜在代谢生物标志物,这些内源性成分在二至丸给药组大鼠尿液中恢复明显。结论：二至丸可以使酒精性肝损伤大鼠尿液中一些代谢物水平得到不同程度的恢复,其治疗作用可能与4条相关代谢通路的调节有关。     

基于气相色谱-质谱联用技术的肥胖儿童血清代谢组学研究

目的:筛选与儿童肥胖相关的血液中差异代谢物,探讨肥胖儿童代谢紊乱的发生机制.方法:采用气相色谱-质谱联用(GC/MS)和模式识别技术分析肥胖儿童血清中代谢物的变化,GC/MS检测25例肥胖儿童(肥胖组)和25例健康儿童(正常组)血清中代谢物,采用偏最小二乘判别分析(partial least squares discr...     

NMR法研究小鼠乳腺癌生物标记物的代谢组学

目的用NMR法研究小鼠乳腺癌(Balb-c/EMT-6)不同生长周期中血清的代谢组学,寻找可能与肿瘤生长代谢相关的生物标记物。方法采集小鼠血清中代谢组分的NMR谱,对比小鼠乳腺癌肿瘤生长组(1～4周)与正常对照组代谢成分的变化,经绿原酸(CHA)治疗两周组的代谢物变化验证,结合PLS-DA模式识别分析,寻找小鼠乳腺癌肿瘤生长潜在的生物标志物。结果正常组与肿瘤生长组有明显的分离,肿瘤生长组中各周期组之间相互分离。两周CHA治疗组与正常组接近,但与肿瘤组明显分离。与正常组比较,肿瘤组的乳酸、乙酸和胆碱随肿瘤生长呈增加趋势,柠檬酸和肌酸的递增趋势较弱,而葡萄糖和脂蛋白(VLDL/LDL)随肿瘤生长有所减小。两周CHA治疗组与同期的肿瘤组比较,代谢关联组分发生明显变化(乳酸、胆碱和乙酸的量有所下降),与正常组基本接近。结论通过PLS-DA法提取出的乳酸、乙酸、胆碱等代谢组分与肿瘤生长具有一定相关性,可作为乳腺癌潜在的生物标志物的研究对象。     

代谢组学技术在急性肝损伤的应用研究进展

急性肝损伤是一种常见临床肝疾病,药理研究中常见的模型有四氯化碳急性肝损伤模型、对乙酰氨基酚急性肝损伤模型等.代谢组学由于高通量、整体性的特点,已经广泛地应用于各种临床、药理研究中.本文综述了代谢组学在急性肝损伤的研究应用,为急性肝损伤的机制研究和治疗药物的开发提供新的思路.     

甲基莲心碱对2型糖尿病模型大鼠作用的代谢组学研究

目的研究甲基莲心碱对2型糖尿病模型大鼠尿液的代谢产物的影响。方法高脂高糖饲料喂养联合腹腔注射链尿佐菌素造2型糖尿病大鼠模型,糖尿病造模成功后腹腔注射甲基莲心碱20 mg.kg-1.d-1,4周后测大鼠空腹血糖。收集大鼠24 h尿液,样品经处理后进行UPLC/QTOF-MS分析。结果甲基莲心碱处理组大鼠空腹血糖较糖尿病模型组降低(P<0.05)。甲基莲心碱处理糖尿病大鼠后有4种代谢物的含量发生了明显变化,其中二羟延胡索酸(di-hydroxyfumaric acid)下降,前列腺素I2(prostaglandin I2,PGI2)、脂氧素A4(lipoxin A4,LXA4)、脂氧素B4(lipoxinB4,LXB4)升高。结论甲基莲心碱可降低糖尿病大鼠的血糖,改变糖尿病大鼠尿液的代谢产物,其机制可能与其抗氧化应激、抗炎等作用有关。     

肝细胞性肝癌代谢组学研究进展

肝细胞性肝癌(HCC)是最常见的、发病率和死亡率较高的恶性肿瘤之一,严重危害了人类的健康。代谢组学能够将高通量、高分辨率的分析技术与生物信息学相整合,对生物代谢层面进行研究,为寻找早期诊断肝细胞性肝癌的生物标志物、探索HCC发生的机制提供独特的视角。本文对近年来肝细胞性肝癌代谢组学研究进展进行综述,为进一步深入研究提供参考。     

甲基苯丙胺依赖大鼠血清代谢组学研究

目的：建立甲基苯丙胺（MA）依赖动物模型,研究甲基苯丙胺依赖大鼠血清代谢物变化并寻找其可能的潜在标志物。方法：以雄性SD大鼠为实验动物,随机分为依赖组和正常对照组,运用液相色谱联合离子阱一飞行时间质谱（LC／MS—IT—TOF）分析方法研究MA依赖对大鼠血清代谢变化的影响。分别采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘法一判别分析（PLS—DA）以及正交偏最小二乘法数据分析（OPLS—DA）分析依赖组和正常对照组之间的代谢差异。结果：依赖组和对照组大鼠在血清代谢水平上存在显著差异,经统计学初步筛选出11个潜在的生物标记物。结论：甲基苯丙胺依赖成瘾代谢组学研究具有一定的可行性,代谢组学在判定甲基苯丙胺依赖与否方面具有一定的潜在价值。     

基于血清和肝代谢组学研究护肝片的保肝作用

目的:从代谢通路角度阐明护肝片保肝作用的药效及作用机制。方法:将36只雄性SD大鼠随机分成正常组(0.5%羧甲基纤维素钠)、模型组(0.5%羧甲基纤维素钠)和护肝片组(1.7 g/kg),每组12只,每天ig给药1次,连续给药9 d。末次给药后1 h,模型组和护肝片组大鼠ip 50%四氯化碳(CCl_4)花生油溶液1 mL/kg诱导肝损伤。造模24 h后,检测大鼠肝组织中丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)水平;利用核磁共振氢谱(~1H-NMR)代谢组学技术建立大鼠血清和肝代谢物谱,分析护肝片对CCl_4致急性肝损伤大鼠血清和肝代谢轮廓变化和潜在生物标志物的影响。结果:与正常组比较,模型组大鼠肝组织中MDA水平显著升高(P<0.05),SOD、GSH-Px水平显著降低(P<0.05);大鼠机体生理及物质代谢均发生了明显的改变,11种血清代谢潜在生物标志物和14种肝代谢潜在生物标志物水平均显著升高/降低(P<0.05)。与模型组比较,护肝片组大鼠肝组织中MDA水平显著降低(P<0.05),SOD、GSH-Px水平显著升高(P<0.05)。大鼠血清和肝代谢趋于正常,6种血清代谢潜在生物标志物(异亮氨酸、亮氨酸、3-羟基丁酸、丙酮、乙酰乙酸、胆碱)和8种肝代谢潜在生物标志物(3-羟基丁酸、丙氨酸、谷氨酸、丙酮酸、琥珀酸、胆碱、乳酸、葡萄糖)得到显著回调(P<0.05)。结论:护肝片保肝的机制可能与抗氧化应激及调控脂质代谢、糖代谢和氨基酸代谢有关。     

基于~1H-NMR护肝片抗大鼠急性肝损伤的代谢组学研究

目的寻找与四氯化碳(carbon tetrachloride,CCl_4)致大鼠急性肝损伤相关的潜在代谢标志物,并评价护肝片干预肝损伤的药效。方法大鼠腹腔注射CCl4建立急性肝损伤模型,检测血清天门冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)、丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)、碱性磷酸酯酶(alkaline phosphatase,ALP)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)水平,同时采用核磁共振氢谱(1H-NMR)技术结合多变量数据分析方法,研究CCl_4所致大鼠尿液和粪便代谢物谱的变化并鉴定相关代谢标志物,从整体代谢表型和代谢标志物角度评价护肝片疗效。结果护肝片能明显降低血清中AST、ALT、ALP、LDH水平,且能有效逆转CCl_4所致大鼠尿液和粪便代谢紊乱,并分别明显回调5种尿液代谢标志物(α-酮戊二酸、柠檬酸、肌酐、氧化三甲胺、马尿酸)和3种粪便代谢标志物(丁酸、葡萄糖、尿嘧啶)。结论护肝片可能通过调节三羧酸循环和肠道菌群代谢起到抗急性肝损伤的作用。     

代谢组学在关节炎中的研究进展

代谢组学是继蛋白质组学、转录组学、基因组学之后兴起的一门“组学”,它对体内生化反应的中间产物和终产物进行定性、定量分析,是对上述3种组学的延伸。本文介绍了代谢组学的主流分析平台及其在关节炎模型中的应用,并就中西药对关节炎治疗作用的代谢组学以及与之相关的生物标志物作一综述。