莽草酸途径中26种代谢物的NMR谱归属

莽草酸代谢途径广泛存在于植物、微生物与某些寄生虫中,是芳香氨基酸、植物激素与多种重要活性次生代谢物的主要合成通路.这些代谢物的系统核磁共振（NMR）研究尚不完备,且5-羟基吲哚乙酸与吲哚乳酸等代谢物的NMR数据归属尚不完整.本文对莽草酸代谢途径介导的26种代谢物（包括2种非芳香羧酸、2种植物激素、3种芳香类氨基酸、19种植物次生代谢物）结构进行了较为系统的NMR分析,对这些代谢物的¹H和¹³C NMR信号进行了归属,为植物化学及代谢组学研究提供了基础数据.     

绿豆(Vigna Radiata)代谢物组成的核磁共振定量分析

绿豆(Vigna radiata)是重要的经济作物之一,具有抗氧化、抗炎和抗菌作用.然而迄今为止,绿豆代谢物组成信息仍不完善.为了系统地定量研究绿豆代谢物组成,该研究利用DOSY,J-RES,COSY,TOCSY,HSQC,HMBC和1D 1H NMR谱图在鄂绿4号(ElüNo.4)绿豆水相提取物中鉴定和归属了48种代谢物,确定了绿豆中棉籽糖家族寡糖的构成,并且利用全弛豫谱对其中44种代谢物进行了定量分析.     

不同病程的结核病患者的血浆代谢组学研究

结核病(tuberculosis,TB)是第二大由单一病原菌感染引起的致死性疾病,致死率仅次于艾滋病.与疾病进展相关的代谢标志物的发现有利于病情的防治,而代谢组学研究则是发现代谢标志物的重要手段之一.目前与TB病人相关的代谢组学研究还不多.该文利用基于核磁共振氢谱(1H NMR)的代谢组学技术,对不同病情程度TB患者的血浆代谢组进行了研究.正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)结果显示TB各组与健康对照组均可明显分离.统计分析发现,缬氨酸、丙氨酸、肌酸和3-羟基丁酸等代谢物在TB各组含量普遍高于对照组;乳酸、丙酮酸、N-乙酰糖蛋白、亮氨酸和谷氨酸等代谢物在疾病进展过程中呈逐渐增加的趋势,而三羧酸(tricartexylic acid,TCA)循环的中间产物——柠檬酸则呈逐渐降低的趋势,表明了代谢紊乱随疾病的逐渐变化过程.这些差异代谢物的变化表明TB患者体内能量代谢与糖酵解增强、脂肪酸生酮作用增强、TCA循环受阻、氨基酸代谢紊乱.     

代谢组NMR分析与药物毒理研究

代谢组学是定量研究生物体内源性代谢物整体及其变化规律的科学,是系统生物学的一个重要组成部分. 通过代谢组分析,可以较为全面地认识给定生物系统受内因或外因的影响后其生物化学过程变化的规律. 目前,代谢组分析检测技术主要包括核磁共振波谱技术及色谱-质谱联用技术. 代谢组数据分析和挖掘技术主要包括非监督与监督的多变量分析模式识别方法. 目前已被广泛应用于病理生理、基因功能、药物毒理和环境毒理等领域. 该文简要综述了代谢组NMR分析中的实验设计、NMR谱的获取、模式识别技术和代谢组学在药物毒理评价中的应用.      

6-硝基-7-二异丙基香豆素磷酸酯的结构确定

以7-羟基香豆素为原料,与硝酸在乙醇中反应得到了其硝化产物,发现硝化后的香豆素不能通过传统的Atherton-Todd反应实现磷酰化,通过改进反应条件即加入少量碳酸钾,顺利得到其相应的磷酰化产物.利用核磁共振(NMR)技术,确认得到的磷酰化产物是6-硝基-7-二异丙基香豆素磷酸酯.通过2D NMR对目标化合物的1H和13C NMR数据进行了全归属和较详细的解析,其结构进一步被X-ray晶体结构所证实.     

NMR分析胶质瘤细胞系CHG5和U87的代谢轮廓

胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤,其发病原因和恶性进展机制均不明确,给胶质瘤的临床诊疗带来很大困难.胶质瘤恶性进展伴随着癌细胞代谢改变,但可以反映胶质瘤恶性进展的代谢物信息和分子机制目前仍不清楚.该研究以两种不同恶性程度的胶质瘤细胞系CHG5和U87为研究对象,用基于NMR的代谢组学方法分析这两种胶质瘤细胞系的代谢轮廓,寻找差异性代谢物.结果表明CHG5和U87的代谢轮廓存在明显差异.在高恶性程度的U87细胞中,柠檬酸盐(citrate)等15种代谢物有上升趋势;而乳酸盐(lactate)、牛磺酸(taurine)等6种代谢物有下降趋势.以上结果表明这些差异性代谢物可能与胶质瘤细胞的恶性特性密切相关.这些从胶质瘤细胞系获取的代谢信息将成为临床标本代谢组学研究的重要前提和有益补充.     

代谢组学方法分析鸡胚胎发育过程中脑代谢物

本文应用高分辨魔角旋转核磁共振（HR-MAS NMR）方法对发育过程中（孵化12天至出壳后1天）鸡胚胎大脑、小脑和视叶3种脑组织中的代谢物含量进行了测定,并利用模式识别方法对整体代谢特征进行了归类分析. 结果表明：胚胎发育过程中不同脑区的代谢物组成存在差异,可能与这些脑区的功能及发育特征等的不同有关. 在NMR方法检测到的多种小分子代谢物中,γ-氨基丁酸、N-乙酰天冬氨酸、牛磺酸、肌醇以及胆碱等在鸡胚胎脑组织中的分布有区域性差异,这些差异也是区分大脑、小脑和视叶组织的特征性代谢物.     

基于 1H NMR谱的给药赭石大鼠血清代谢组学研究

基于¹H NMR 的代谢组学方法对灌胃给药赭石的成年 Wistar 大鼠血清进行分析,运用主成分分析模式识别方法对所得数据进行处理,并对给药大鼠血清进行生化指标检测．研究结果表明,大鼠体内β-羟异丁酸、乙酸、丙酮、胆碱、甘油磷脂酰胆碱、葡萄糖、乳酸、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白和脂质等内源性代谢物浓度发生明显变化,可作为赭石的特征代谢物． 2 g/kg 和 5 g/kg 体重剂量赭石使大鼠机体产生大量活性氧化物(ROS),造成过氧化损伤,导致能量代谢和糖代谢紊乱,糖酵解反应增强,并且对肝功能造成了影响．
     

感染减毒鼠伤寒沙门氏菌对小鼠粪样代谢组的影响——WIPM和Bruker 500 MHz核磁共振波谱仪检测结果的比较

鼠伤寒沙门氏菌属于胞内侵袭性兼性厌氧菌,减毒后的鼠伤寒沙门氏菌安全性大大提高,已被广泛用于病毒、细菌及寄生虫疫苗的研制.但是目前还没有研究利用代谢组学方法来分析减毒鼠伤寒沙门氏菌感染对宿主和肠道菌群相互作用的影响.同时中国科学院武汉物理与数学研究所自主研发的WIPM 500 MHz核磁共振(NMR)波谱仪已经研制成功,但是该谱仪是否可以用于代谢组学研究尚未经过考证.本研究同时使用WIPM和Bruker500 MHz核磁共振波谱仪对同一批减毒鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠的粪样进行检测,并结合多变量数据分析方法来研究减毒鼠伤寒沙门氏菌感染对小鼠粪样代谢组的影响.研究结果表明,WIPM NMR波谱仪检测数据的分析结果与Bruker NMR波谱仪的实验结果具有高度的一致性,表明WIPM谱仪可以用于代谢组学研究.研究发现减毒鼠伤寒沙门氏菌感染能够引起小鼠粪样代谢物中多种氨基酸和尿嘧啶含量的上升,并伴有胆汁酸、乳酸和丙酸含量的下降.以上代谢物含量的改变表明,减毒鼠伤寒沙门氏菌感染使小鼠肠道微生物的代谢功能发生了紊乱.     

利用基于~1H NMR的代谢组学分析研究重离子辐射对大鼠额叶皮质区的影响

太空辐射尤其是重离子辐射可造成DNA的破坏、细胞死亡、以及一些癌症的发生,是人类深空探索进程中急需克服的难题. 本文通过重离子加速器产生¹²C⁶⁺重离子束对大鼠头部进行一定剂量的辐射,模拟空间重离子辐射对中枢神经系统(CNS)的生物学效应. 采用基于¹H NMR的代谢组学方法对辐射大鼠大脑额叶皮质区进行了测定分析,结合数据的统计分析和检验,发现了包括一些重要CNS神经递质在内的代谢物含量发生明显变化. 这些代谢物主要为：牛磺酸、乳酸、谷氨酸、4-氨基丁酸、以及磷酸胆碱等. 结合差异蛋白质组结果分析,包括4-氨基丁酸、谷氨酸、乳酸、牛磺酸等在内的代谢物参与的主要生物途径,如神经递质的合成途径,以及神经递质受体介导的信号途径可能受重离子辐射的负面影响. 这些发现将为进一步阐明重离子辐射效应的分子机制提供有利信息,从而为从生物学途径探寻有效重离子辐射防护措施提供依据.     

JAK/STAT通路抑制剂对C57BL/6小鼠血清代谢组影响的1H NMR研究

JAK/STAT通路抑制剂已被应用于多种疾病的临床试验,但其全身性用药对机体组织细胞功能活性的影响目前尚不明确.本研究运用基于核磁共振氢谱（¹H NMR）的代谢组学方法分析了JAK/STAT通路抑制剂WP1066（20 mg/kg.bw,2天一次,持续2周）对C57BL/6小鼠血清代谢组的影响.首先采用¹H NMR技术检测了WP1066处理组和对照组小鼠血清的代谢物,然后对所得的图谱数据进行了主成分分析（PCA）以及正交偏最小二乘法分析（OPLS）.研究结果表明,抑制JAK/STAT通路可明显下调小鼠血清中的N-甲基烟酰胺（N-methylnicotinamide）水平,而上调顺乌头酸（cis-aconitate）、草酰乙酸（oxaloacetate）和乙酰胺（acetamide）水平,这些代谢物改变均与能量代谢密切相关.该结果提示代谢失衡相关指标可能作为JAK/STAT通路抑制剂治疗的临床监测参考指标.     

肝肿瘤细胞HepG2代谢指纹及代谢足迹的NMR分析

细胞代谢特征的分析是认识细胞生物化学过程物质基础的一个关键点. 该文使用培养72 h的肝肿瘤细胞HepG2为模型,使用一维与二维核磁共振谱学分析方法, 分析了该细胞本身及其培养液中代谢物的组成,确定了50余种覆盖三羧酸循环、糖酵解、氨基酸合成、脂肪酸与胞膜代谢、嘌呤与嘧啶代谢等多个代谢途径的代谢物,发现细胞本身与培养基中代谢物组成能够分别提供“细胞代谢指纹”与“细胞代谢足迹”等互补性信息. 同时发现此方法可用于研究植物次生代谢物槲皮素对肝肿瘤细胞HepG2代谢的影响. 结果表明,核磁共振波谱技术是分析细胞代谢组特征和研究药物对细胞代谢影响规律的有效手段.     

克林霉素磷酸酯的波谱学研究

克林霉素磷酸酯是临床上广泛使用的一种抗菌类药物. 本文对克林霉素磷酸酯进行了¹H、¹³C、³¹P NMR检测,通过DEPT、¹H-¹H COSY、¹³C-¹H HSQC、¹³C-¹H HMBC等2D NMR技术对该化合物的¹H、¹³C谱的信号进行了全归属,并结合量子化学计算和NOESY谱证实了化合物的立体结构. 另外,对克林霉素磷酸酯的飞行时间质谱(TOF-MS)的裂解途径进行了分析.     

电离辐射对小鼠肾脏影响的代谢组学研究

电离辐射对生物体影响是目前生物医学领域研究的热点之一.本文利用基于核磁共振氢谱（¹H NMR）的代谢组学技术研究来自暴露于不同的电离辐射的C57BL/6J小鼠的肾脏的水溶性萃取物,并试图寻找电离辐射对小鼠肾脏影响的特异性生物标志物.分析结果表明,辐射组可与相应的对照组明显区分.在所发现的75个代谢物中,有6种代谢物的浓度发生显著性变化,分别为2-氨基丁酸、3-羟基丁酸、高丝氨酸、1,3-丙二胺、β-丙氨酸和抗坏血酸.这些代谢物可能成为高剂量电离辐射对生物体肾脏代谢影响的标志物.     

美兰光化学法对红细胞损伤的NMR研究

运用³¹P NMR研究红细胞中高能磷酸化合物的代谢变化,探讨美兰光化学法对红细胞的损伤. 采用MSL-300 MHz型超导核磁共振仪分别测量健康成人红细胞对照组、经美兰（亚甲基蓝）光化学处理组及预先加入L-组氨酸组的高能磷酸化合物,通过分析比较红细胞中2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）、三磷酸腺苷（ATP）及磷酸化糖（SP）相对含量,了解美兰光化学法对红细胞代谢的影响. 经亚美兰光化学法处理的红细胞,葡萄糖进入戊糖磷酸途径的分量增加,使红细胞中2,3-DPG和ATP含量显著减少,而SP含量大幅上升,在某种程度上影响红细胞的理化性质和功能指标;L-组氨酸对此有一定的保护作用.     

固体丁酸类代谢物13C化学位移的结构依赖性

丁酸类代谢物广泛存在于动物、植物和微生物中,且具有多种重要的生理功能,但它们的固体核磁共振参数、分子动力学性质及其结构依赖性并未得到清楚的认识. 该文使用高分辨交叉极化与魔角旋转核磁共振（¹³C CPMAS）实验技术,分析了一系列固体丁酸类代谢物的¹³C化学位移, 发现了这些代谢物的¹³C化学位移与其分子结构的一些相关性规律. 另外还发现,固体丁酸类代谢物与其在溶液中的¹³C化学位移有显著的差异. 这些代谢物中甲基参与的疏水作用以及羟基、氨基和羧基参与的氢键作用均对其化学位移大小有重要的影响. 上述结果为认识代谢物的结构和功能以及功能对结构的依赖性提供了重要信息.     

大鼠尿液中N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷的NMR分析

N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷是尿液代谢组的两种重要组成成分,但是其核磁共振信号的归属仍不完善.该文采用多种2D NMR谱(1H-1H COSY,1H-1H TOCSY,1H-1H J-RES,1H-13C HSQC和1H-13C HMBC)对尿液中N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷的结构进行了确定,并对其1H和13C的化学位移进行了归属.     

昆明小鼠常见体液与组织代谢组NMR分析

昆明小鼠是我国特有且广泛使用的模式动物. 利用核磁共振(NMR)技术对昆明小鼠血液、尿液和肝脏等组织中的代谢物进行了较为系统的研究. 通过对昆明小鼠体液和组织中代表性的¹H NMR谱图,并结合COSY(Correlation Spectroscopy),TOCSY(Total Correlation Spectroscopy),J-Res(J-Resolved Spectroscopy),HSQC(Heteronuclear Single Quantum Coherence),HMBC(Heteronuclear Multiple Bond Coherence)等2D NMR谱图进行分析,共解析出82种小分子代谢物,其中尿液中约有46种,血样中约有32种,肝脏提取物中约有43种,肾脏皮质提取物中约有39种,部分代谢物在不同样品均存在. 这为进一步利用昆明小鼠为动物模型的研究提供了基础信息.