基于核磁共振技术的代谢组学研究在口腔疾病中的进展

代谢组学是近年来发展起来的组学技术,越来越多地被用到生物技术各个领域。通过定性定量分析复杂生物样品中小分子代谢物的变化,反映生物体的生理病理状态。在口腔疾病研究中,代谢组学研究也获得了密切关注,它可以为临床研究提供重要参考信息。核磁共振技术可以无损伤、非侵入性地获取生物体的信息,使其在代谢组学研究中迅速发展。本文综述了基于核磁共振技术的代谢组学研究在口腔癌、牙周病、龋病等口腔疾病方面的应用,并对其发展趋势做出展望。     

基于核磁共振代谢组学技术比较不同产地铁棍山药的化学成分差异

该研究阐明了不同产地铁棍山药中化学成分的差异,为道地山药的产地鉴别提供了理论依据。利用核磁共振氢谱（1H NMR）对铁棍山药进行分析,指认、归属了图谱中的30种主要代谢物后,通过主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘法判别分析（OPLS－DA）对7种不同产地铁棍山药中的化学成分进行了比较。结果显示,温县垆土山药中精氨酸的含量最高,蔗糖含量最低,孟州垆土山药中苏氨酸、谷氨酰胺的含量最高;温县沙土山药的丙氨酸和苹果酸含量最高,武陟沙土山药的尿囊素含量最高;沙土地的铁棍山药中2-羟基异丁酸的含量均高于垆土地山药。7种铁棍山药葡萄糖和果糖的变量重要性投影（VIP）均小于1.0,并不是主要成分。液相色谱检测蔗糖、柠檬酸、苹果酸的结果与OPLS－DA载荷图结果一致;7种铁棍山药的葡萄糖和果糖含量均低于液相色谱检出限（2.0 mg/g）,表明可以利用葡萄糖、果糖的含量和葡萄糖显色试剂鉴别铁棍山药是否为道地怀山药。     

核磁共振代谢组学数据的尺度归一化新方法

在核磁共振代谢组学数据预处理中,尺度归一化主要目的是提高特征代谢物信息的权重,减小噪声及无关代谢物信息的影响,从而降低后续模式识别分析的难度. 本文提出一种新的尺度归一化方法,该方法不强调各变量在尺度上的归一,而是在原始数据的基础上,通过提高那些稳定性高、且在不同类别样本中具有显著差异性的变量的权重,以增强与特征代谢物相关的信息. 文中分别采用模拟数据和真实代谢组学数据对新归一化方法的性能进行评估,并与单位方差法(Unit Variance)、变量稳定性(Variable Stability)和尺度缩放法(Level Scaling)等常用的尺度归一化方法做比较. 研究结果表明：新归一化方法能够提高多变量统计模型的预测能力,较好地保留核磁共振谱的分子信息,有助于特征代谢物的识别,并使后续的数据分析结果具有更好的可解释性.     

硫酸氧钒毒性的核磁共振代谢组学方法研究

采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法,结合生化指标分析及组织病理学检测,研究了具有类胰岛素活性的硫酸氧钒(VOSO4)对Wistar大鼠的毒性作用.通过不同剂量的VOSO4对Wistar大鼠连续灌胃给药16d,收集大鼠的血清和尿液,并采集样品的1H NMR谱进行多变量数据统计分析来辨识其特征代谢物,然后采用TICL(a web Tool for automatic Interpretation of Compound List)方法建立特征代谢物的代谢网络模型,分析受影响的主要代谢途径及其相互关系.研究结果表明:高剂量组(45mg/kg)和低剂量组(15mg/kg)的特征代谢物含量与对照组存在明显的差异;与对照组相比,高剂量和低剂量组血清中乳酸、肌氨酸酐以及牛磺酸等代谢物的含量增加,尿液中氧化三甲胺(TMAO)、肌酐、牛磺酸和甘氨酸等代谢物的含量增加,并呈现显著的剂量依赖关系;给药组中乙酸和琥珀酸的含量都降低.这些结果说明VOSO4可能影响大鼠体内的糖代谢、脂类代谢及肠道菌群代谢等多个代谢系统,高剂量的VOSO4会导致肝脏毒性和肾脏损伤.     

甲亢患者血清和尿液的核磁共振代谢组学研究

应用基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法, 研究甲状腺功能亢进(简称甲亢)患者和健康人群的血清和尿液, 分析甲亢疾病的特征代谢物. 实验收集33个甲亢患者和17个健康志愿者的血清样品以及53个甲亢患者和58个健康志愿者的尿液样品, 采用多元统计分析方法研究甲亢组和对照组血清和尿液中的内源性代谢差异. 结果表明, 甲亢组血清中的胆碱、葡萄糖和三甲胺等物质的含量升高, 而VLDL, LDL和胆固醇等脂质以及乳酸、糖蛋白和丙氨酸等代谢物的含量下降; 甲亢组尿液中的葡萄糖、柠檬酸、牛磺酸以及肌氨酸等代谢物的含量升高, 而马尿酸、TMAO、甲酸和琥珀酸等代谢物的含量下降. 结果表明, 甲亢病不仅影响了糖类、脂类和蛋白质三大物质的代谢, 还对能量代谢、肝肠循环和肠道微生物等多个生理系统产生显著影响, 并且可能造成肝脏及肾脏等器官的损伤.     

基于冠心病心肌缺血血瘀证小型猪血清核磁共振代谢组学的研究

通过左冠状动脉前降支放置Ameriod环制备冠心病慢性心肌缺血动物模型,并结合冠脉造影等方法确立中医血瘀证证候,采用现代核磁共振(NMR)和模式识别技术,分析冠心病心肌缺血血瘀证模型与假手术组小型猪4星期血清的共振氢谱,及相应代谢物谱群的变化,开展中医血瘀证候学的研究.结果显示,该方法制备的模型4星期后确立为稳定的冠心...     

阳虚体质者血清和尿液的核磁共振代谢组学

采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法研究了中医阳虚体质及平和体质(正常对照)的血清和尿液, 分析了阳虚体质的特征代谢物. 实验收集阳虚体质及平和体质各30人的血清及尿液样品, 采用多元统计分析方法研究了阳虚质组和对照组血清和尿液中的内源性代谢差异. 结果表明, 阳虚质血清中乳酸、 极低密度脂蛋白/低密度脂蛋白、N-乙酰糖蛋白、脂肪酸及不饱和脂肪酸的含量降低, 谷氨酰胺、葡萄糖、磷脂酰胆碱及高密度脂蛋白的含量增多; 尿液中肌酐的含量降低, 乳酸、二甲胺、柠檬酸及马尿酸的含量增多. 阳虚体质的潜在生物标志物的发现从代谢组学角度为个体差异提供了新的依据. 阳虚体质与平和体质存在能量代谢、脂代谢及糖代谢的差异以及相关脏腑功能的改变.     

基于核磁共振氢谱代谢组学研究黄连解毒汤对胰岛素抵抗大鼠棕色脂肪组织代谢组的影响

采用基于核磁共振氢谱(¹H NMR)的代谢组学方法, 研究了黄连解毒汤(HJD)对高果糖诱导胰岛素抵抗大鼠模型棕色脂肪代谢组的影响. 选取Wistar大鼠32只, 适应7 d后随机分为正常对照组、 模型组、 阳性药物对照组和黄连解毒汤组, 每组8只. 正常对照组给予纯净水喂养, 其它3组给予100 g/L的果糖水喂饲. 28 d后, 4组大鼠除了继续给予100 g/L的果糖水喂养外, 阳性对照组和黄连解毒汤组同时分别给予阿托伐他汀10 mg/(kg·d)和HJD水煎剂3.175 g/(kg·d)灌胃, 正常对照组和模型组给予一定体积的生理盐水灌胃, 整个实验持续56 d. 取各组大鼠棕色脂肪组织(BAT), 采集各组组织提取液的¹H NMR谱, 运用主成分分析法(PCA)分析. 与正常对照组相比, 在模型组中乳酸、 胆碱、 磷脂胆碱/甘油磷脂胆碱、 肌酸/肌酸酐、 牛磺酸和肌苷的含量升高, 脂质含量降低; 黄连解毒汤组逆转了模型组中上述各代谢物的变化, 且引起肌醇升高, 均具有统计学意义. 实验结果表明, 黄连解毒汤能够逆转机体能量代谢、 减轻细胞膜受损以及降低肝肾损伤, 初步阐明了黄连解毒汤对胰岛素抵抗状态下棕色脂肪组织代谢的调控作用.     

核磁共振代谢组学数据预处理中的自适应分段积分方法

提出一种用于核磁共振代谢组学数据预处理的自适应分段积分方法. 通过计算各数据点统计特性, 并根据相邻数据点的统计差特性进行自适应积分, 克服了目前普遍采用的等间隔分段积分法可能存在的缺陷(如统计差异性相反的信号相互抵消、微弱特征信号被掩盖及谱图信噪比下降等), 从而避免了对后续统计分析所产生的负面影响. 为比较自适应分段积分和等间隔积分对数据预处理的效果, 分别采用计算机模拟数据和饮食差异人群两种模型进行分析. 研究结果表明, 新方法能够有效地削弱噪声和非特异信号的影响, 提高后续的主成分分析结果的可靠性, 使代谢组学数据分析更具生物学意义.     

基于代谢组学方法的小儿肺炎易感性研究

以6个月到6岁肺炎患儿尿液为样本,采用基于气相色谱与质谱联用技术(GC-MS)的代谢组学方法,研究肺炎患儿尿液内源性代谢产物的变化及其易感性的发病机制。收集不同感染次数的肺炎患儿尿液样本,包括正常儿童组29例、单次感染肺炎患儿组35例、多次感染肺炎患儿组31例,分析获得肺炎患儿尿液代谢轮廓;同时对所得数据进行主成分分析(PCA)及偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)等多元统计分析,综合单因素方差分析及倍数(Fold change,FC)变化分析结果,最终筛选并通过Fiehn-Lib等数据库鉴定丝氨酸、组氨酸、脯氨酸、正亮氨酸、谷氨酰胺、硬脂酸、缬氨酸和异亮氨酸、乳糖醛酸等在正常儿童组与肺炎患儿组之间有代谢差异(p value adjusted by FDR0.05)且FC5,吲哚-3-乙酸、肌酸、乙醇胺、甘露糖基甘油酸和果糖在不同感染次数肺炎组之间具有差异性(p value adjusted by FDR0.05)。实验结果表明,肺炎患儿易感性体质存在差异性代谢物,这些代谢物主要通过氨基酸及糖代谢对肺炎易感性产生影响。     

代谢组学分析技术及数据处理技术

用于代谢组学数据获取的分析技术主要包括NMR、FT-IR、MS及其与色谱等联用技术.这些分析手段正在使代谢组学产生海量数据.处理、分析和管理这些数据需要专门的数学、统计和信息学知识和工具.主要综述了代谢组学中所采用的分析手段、由其所获取的多维代谢组学原始数据的处理方法,代谢组学所采用的数据标准及数据库技术、统计分析方法,以及相关方面的发展需求.     

基于质谱技术的代谢组学研究及其在中国的发展

代谢组学是关于生物系统代谢物组成及变化规律的科学,是系统生物学的重要组成部分.质谱技术是目前代谢组学研究中最主要的分析手段之一,广泛应用于代谢组学各个领域.本文阐述了基于质谱技术的代谢组学方法及其应用,重点介绍和评论了近年来我国在该领域取得的进步和成果,并对基于质谱技术的代谢组学研究目前存在的问题及未来的发展进行了分析与展望.     

给药硝酸镨后大鼠尿液和血清的核磁共振代谢组学研究

采用基于核磁共振的代谢组学方法,分析了腹腔注射给药2,10和50 mg/kg体重剂量硝酸镨(Pr(NO3)3) 168 h内Wistar大鼠尿液和血清的核磁共振氢谱.由尿液及血清中内源性代谢物如柠檬酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、肌酸酐、N-氧三甲胺、氨基酸、乳酸、牛磺酸及葡萄糖等的浓度变化,并结合大鼠血清指标研究了轻稀土化合物Pr(NO3)3在大鼠体内的急性生物效应.结果表明,Pr(NO3)3急性毒性的靶向器官为肝脏和肾脏,但以肝脏为主,且呈现明显的剂量-反应关系.低、中剂量组的Pr(NO3)3会通过改变大鼠体内酶代谢而造成肝脏线粒体中的能量代谢(脂肪、糖代谢)紊乱;同时,Pr(NO3)3还会影响肾脏的正常功能,改变肾脏中渗透质的平衡,影响肾脏对氨基酸的重吸收和利用.     

基于HPLC-MS的健康吸烟人群代谢组学研究

利用液相色谱-质谱(HPLC-MS)技术,分析了健康吸烟人群的尿样,和非吸烟人相比,吸烟后尿样的代谢组分种类和浓度发生了一定程度的改变。虽然吸烟尚未对受试人群的健康状态产生显著影响,但已表现出和非吸烟人群代谢状态的差别。通过多变量数据处理手段,一些能够体现这种差别的潜在生物标记物得到了定性。这些潜在标记物多为和脂肪酸和氨基酸代谢有关的小分子物质。     

基于液相色谱-质谱技术的肾脏代谢组学分析方法研究

建立了一种基于高效液相色谱-超高分辨质谱技术的肾脏代谢组学分析方法。肾脏组织于液氮中研磨成粉后,采用甲基叔丁基醚/甲醇/水溶剂体系进行提取,分别得到强极性部分(下层)和弱极性部分(上层)提取物,依次采用HILIC亲水色谱柱和反相C₁₈色谱柱进行梯度洗脱分离后,进行高分辨质谱分析。采用电喷雾离子源(ESI),正、负离子模式检测,扫描方式为全扫描,扫描范围为100～1 000 Da,质量分辨率为120 000。结果表明,该方法灵敏度高,专属性强,稳定性良好,可同时获取肾脏组织中的强极性和弱极性代谢物信息,可为肾脏疾病和药物肾毒性生物标志物的发现提供一种新的方法。     

基于质谱分析的代谢组学研究进展

质谱分析技术是代谢组学研究的重要技术之一。该文通过近5年来的文献分析,对基于质谱分析的代谢组学研究方法的新进展,包括样品前处理方法、分析检测方法、数据处理方法等,以及近年来代谢组学在疾病诊断、药物研发、营养学、毒理学、运动医学等领域的应用进展,进行了较全面的综述,并对未来的发展趋势进行了展望。     

蟾酥急性毒性的代谢组学研究

本文中,我们运用代谢组学方法结合心电图分析对蟾酥导致的大鼠急性毒性进行了研究,通过超高效液相色谱-飞行时间质谱建立了大鼠血清的代谢指纹谱,采用主成分分析和正交偏最小二乘法判别分析法分析了对照组和各给药组之间的代谢物谱差异,通过变量重要性投影和T检验选取潜在的生物标志物,结合质谱同位素分析、数据库检索以及标准品对潜在生物标志物进行了鉴定。结果表明,蟾酥可导致心脏心率减慢、心律失常、甚至出现心肌梗塞现象,其导致心脏损伤的原因可能是通过阻碍自由脂肪酸再酰化或激活蛋白激酶通路干扰了脂质代谢,这对于阐述蟾酥毒性作用机理提供了新思路。     

基于核磁共振氢谱代谢组学结合分子对接技术筛选补肾壮骨汤促睾酮合成活性成分

基于核磁共振氢谱(1 H NMR)代谢组学结合分子对接技术筛选补肾壮骨汤促睾酮合成的活性成分.应用酶联免疫吸附分析(ELISA)法分析补肾壮骨汤及其膜分离组分对过氧化氢诱导的小鼠睾丸间质细胞(Mouse leydig cells,TM3细胞)上清液睾酮含量的影响,应用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(RRLC-Q-T...