涡虫代谢物组成的核磁共振分析

作为扁形动物门的代表动物,涡虫因其特殊的演化地位和极强的再生能力,迅速成为实验动物学、细胞遗传学、发育生物学和再生生物学等研究中的理想模式生物. 众多与涡虫相关的研究都取得了突破性进展,而其在核磁共振和代谢组领域的相关科研报道却极为匮乏. 该研究使用甲醇水提取方法获得了涡虫身体提取物样品,同时利用高分辨的1 GHz NMR谱仪对该样品采集了¹H NMR谱图和5种2D NMR谱图（¹H-¹H COSY,¹H-¹H TOCSY,¹H-¹H J-RES,¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC）. 通过归属得到涡虫身体提取物里所含有的53种代谢物质,包括氨基酸、糖类、脂类、有机羧酸、酮体、胺类、胆碱类以及核苷酸等. 这些物质覆盖了多种代谢途径,为涡虫代谢组研究提供了基本的NMR相关信息.     

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.     

大鼠粪样中几种糖类物质的结构确定

粪样代谢组能够反映宿主和肠道菌群相互作用的共代谢信息,然而粪样中糖类物质的归属信息迄今仍不完善. 该研究使用1D NMR技术检测到大鼠粪样中木糖、阿拉伯糖、半乳糖等单糖以及由阿拉伯糖和木糖组成的寡聚糖. 在使用固相萃取（SPE）方法进行分离富集的基础上,结合使用2D NMR实验技术（¹H-¹H COSY,¹H-¹H TOCSY,¹H-¹³C HSQC,¹H-¹³C HMBC以及DOSY）确定了这些糖类物质的结构,并对其1H NMR和¹³C NMR谱峰进行了归属.     

猪去氧胆酸衍生物的NMR研究

对6α-羟基-3α-苯甲酰氧基-5β-胆烷酸甲酯（化合物1）及3α-羟基-6α-苯甲酰氧基-5β-胆烷酸甲酯（化合物[STHZ]2[STBZ]）进行了¹H,¹³C NMR检测,通过DEPT及DQF-COSY,¹³C-¹H COSY, COLOC等NMR技术对其¹H和¹³C NMR数据进行了全归属和详细的解析,并指出了其NMR数据特征.     

盐酸贝西沙星的波谱学数据与结构确证

盐酸贝西沙星是一种新型的氟喹诺酮类抗菌药物,对盐酸贝西沙星的紫外吸收光谱（UV）、红外吸收光谱（IR）、质谱（MS）、核磁共振（NMR）波谱（包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT、HSQC、HMBC、COSY和NOESY）数据进行了解析,对其所有的¹H和¹³C NMR信号进行了归属,通过多种波谱学技术确证了盐酸贝西沙星的结构.     

地塞米松棕榈酸酯的NMR数据解析

参考地塞米松在D₂O中检测的的¹H、¹⁹F NMR数据、棕榈酸的¹H、¹³C NMR标准图谱数据和Lindeman-Adams经验公式,对地塞米松棕榈酸酯进行了¹H和¹³C MNR检测,通过DEPT和¹H-¹H COSY、HMQC、HMBC等2D NMR技术对该化合物所有的¹H和¹³C NMR信号进行了全归属和详细解析.     

二蕊荷莲豆环肽B的NMR应用研究

植物环肽的¹H 和¹³C NMR图谱, 由于各种氨基酸自旋系统质子和碳的化学位移非常接近，谱峰高度重叠，结构解析比较困难. 文中以二蕊荷莲豆环肽B为例讨论了
现代2D NMR新技术，在植物环肽结构解析中的应用. HMQC-TOCSY图谱在氢谱方向和碳谱方向分别提供每一个氨基酸自旋系统内的氢和除季碳外碳的全相关信息，从而将每个氨基酸残基的NMR信号相互区分开来；结合¹H-¹H COSY 和 HMQC或HSQC图谱，就可以准确归属每个氨基酸的氢和碳的化学位移. 氨基酸残基之间的连接顺序可用HMBC、NOESY或ROESY图谱获得.     

SIRT7基因低表达胶质瘤细胞株代谢特征的NMR分析

肿瘤是一种代谢疾病，癌基因表达对肿瘤细胞代谢的影响是目前肿瘤研究的热点之一.本文利用基于核磁共振氢谱（¹H NMR）的代谢组学方法对癌基因SIRT7低表达胶质瘤细胞株的代谢特征进行分析，寻找与SIRT7基因表达相关的特征性代谢物和代谢通路.分析结果表明，SIRT7基因低表达组与对照组细胞的代谢轮廓存在显著性差异，其细胞水溶性萃取物中有22种代谢物浓度发生明显变化.与对照组相比，SIRT7基因低表达胶质瘤细胞株中乳酸、甘氨酸、谷氨酸等12种代谢物浓度升高；缬氨酸、亮氨酸、赖氨酸等10种代谢物浓度降低.通路富集分析提示氨酰-tRNA生物合成、氨基酸代谢等代谢通路与SIRT7低表达密切相关.以上结果为进一步阐明癌基因SIRT7调控胶质瘤细胞代谢的作用机制提供了理论依据.     

硼替佐米的波谱学数据解析

对抗肿瘤药硼替佐米的紫外吸收光谱（UV）、红外吸收光谱（IR）、电喷雾离子源-质谱（ESI-MS）、核磁共振（NMR）波谱（包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT、¹H-¹H COSY、¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC）数据进行了解析,对其¹H和¹³C NMR谱峰进行了全归属,通过多种谱学技术确证了硼替佐米的结构.     

基于自主研发的500 MHz NMR谱仪的紫杉醇结构解析

中国科学院武汉物理与数学研究所（WIPM）于2010年成功研制了500 MHz（WIPM-I 500）高分辨超导核磁共振（NMR）谱仪,并将其投入实际应用中.然而,关于其二维核磁共振（2D NMR）谱图的准确性及在此基础上对复杂物质的结构解析尚无系统完整的数据报道.该文利用WIPM-I 500型NMR谱仪,对紫杉醇样品进行了1D NMR及2D NMR（包括¹H-¹H COSY、¹H-¹H TOCSY、J-Res、¹H-¹³C HMQC和¹H-¹³C HMBC）实验,将谱图分析结果与进口仪器进行了对比.结果表明：利用WIPM-I 500型NMR谱仪能够采集准确的2D NMR谱图,为紫杉醇的正确归属提供了实验基础;而且该文也纠正了文献中对紫杉醇的错误归属.     

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.     

Aromatic spectral editing techniques for magic-angle-spinning solid-state NMR spectroscopy of uniformly 13C-labeled proteins

The four aromatic amino acids in proteins, namely histidine, phenylalanine, tyrosine, and tryptophan, have strongly overlapping ¹³C chemical shift ranges between 100 and 160 ppm, and have so far been largely neglected in solid-state NMR determination of protein structures. Yet aromatic residues play important roles in biology through π–π and cation–π interactions. To better resolve and assign aromatic residues' ¹³C signals in magic-angle-spinning (MAS) solid-state NMR spectra, we introduce two spectral editing techniques. The first method uses gated ¹H decoupling in a proton-driven spin-diffusion (PDSD) experiment to remove all protonated ¹³C signals and retain only non-protonated carbon signals in the aromatic region of the ¹³C spectra. The second technique uses chemical shift filters and ¹H–¹³C dipolar dephasing to selectively detect the Cα, Cβ and CO cross peaks of aromatic residues while suppressing the signals of all aliphatic residues. We demonstrate these two techniques on amino acids, a model peptide, and the microcrystalline protein GB1, and show that they significantly simplify the 2D NMR spectra and both reveal and permit the ready assignment of the aromatic residues' signals.     

Solid state 19F NMR parameters of fluorine-labeled amino acids. Part I: aromatic substituents

Structural parameters of peptides and proteins in biomembranes can be directly measured by solid state NMR of selectively labeled amino acids. The 19F nucleus is a promising label to overcome the low sensitivity of 2H, 13C or 15N, and to serve as a background-free reporter group in biological compounds. To make the advantages of solid state 19F NMR fully available for structural studies of polypeptides, we have systematically measured the chemical shift anisotropies and relaxation properties of the most relevant aromatic and aliphatic 19F-labeled amino acids. In this first part of two consecutive contributions, six different 19F-substituents on representative aromatic side chains were characterized as polycrystalline powders by static and MAS experiments. The data are also compared with results on the same amino acids incorporated in synthetic peptides. The spectra show a wide variety of lineshapes, from which the principal values of the CSA tensors were extracted. In addition, temperature-dependent T(1) and T(2) relaxation times were determined by 19F NMR in the solid state, and isotropic chemical shifts and scalar couplings were obtained in solution.     

南海海绵Dysidea fragilis中两个倍半萜内酯的NMR研究

用一维¹H、¹³C NMR谱、DEPT ¹³C NMR谱、选择性远程DEPT ¹³C NMR、¹H-¹H COSY和¹³C-¹H COSY二维核磁共振技术研究了南海海绵Dysidea fragilis中的两个倍半萜herbadysidolide(1)和furodysinin lactone(2),确认了化学结构,并对其¹³C NMR和¹H NMR谱进行了归属.药理活性试验表明:1和2具有一定的心血管活性.     

基于HPLC-DAD-SPE-CryoNMR-MS技术的代谢物快速定性和结构确定

快速定性并有效地确定代谢物结构是代谢组学、植物化学和天然药物发现等研究的重要内容. 本文以迷迭香的两种溶剂提取物（氯仿/甲醇=3/1和50%含水甲醇）作为模型样品,通过分析其中的一些化学成分,展现了HPLC-DAD-SPE-CryoNMR-MS无缝联仪技术在确定代谢物结构方面的应用潜力. 基于高效液相色谱、紫外吸收、核磁共振波谱及质谱数据,具有代表性的6个迷迭香代谢物的结构得到了确定,它们分别为1个酚类二萜（鼠尾草酚）、2个酚酸（迷迭香酸和咖啡酸）、2个黄酮（6-甲氧基木樨草素-7-葡萄糖苷和高车前甙）和1个香豆酸 (顺-4-香豆酸葡萄糖苷). 该技术使分析型HPLC柱所分离的组分可以获得高质量同核及异核二维核磁共振波谱,从而能够更加便捷地确定微量成分的结构. 这些研究结果不仅提供了上述6种代谢物详细的谱学数据,而且证实HPLC-DAD-SPE-CryoNMR-MS技术是天然产物以及其他复杂体系结构分析的重要工具,即使同一色谱峰中含有浓度相差一个数量级的多个代谢物时,该方法依然有效.     

利用2D NMR研究贝壳杉烷新化合物的化学结构

我们从菊科莶属植物腺梗莶Siegesbeckia Pubescens Makino的地上部分分离到一个新的天然产物17-isobuthyloxy-18-hydroxy-kauran-19-cioacid.本文主要报道用¹H-¹H COSY,¹³C-¹H COSY,NOESY,HMBC,HMQC等技术确定其结构并归属其质子和碳的化学位移.同时用NOESY确定其相对构型.用HMBC确定酰基碳与隔氧相连的碳原子上的氢相关,从而确定酰基的连接位直,也可用于解决其它基团的准确连接位置.     

赤霉酸甲酯及其类似物的2D NMR研究

应用¹H-¹H COSY,NOESY,¹³C-¹H COSY等2DNMR和DEPT技术,完成了赤霉酸甲酯(2),13-O-乙酰基赤霉素甲酯(3)及其3位差向异构体(4)的¹H和¹³CNMR化学位移的全指定,并探讨了它们的相对构型,相关质子间的偶合常数也支持所得结果。     

含高碳糖片断的氨基醇及水解产物的波谱分析

利用C10高碳糖合成了具有潜在生物活性的含有高碳糖结构片断的氨基醇,检测了该氨基醇及其水解产物的¹H、¹³C NMR图谱,确证了该类化合物的结构,通过¹H-¹H COSY,HMQC,HMBC等2D NMR 技术对其水解产物的¹H和¹³C NMR数据进行了全归属和较详细的解析.     

Efficient measurement of (3)J(N,Cgamma) and (3)J(C',Cgamma) coupling constants of aromatic residues in (13)C, (15)N-labeled proteins

An NMR pulse sequence is proposed for the simultaneous determination of side chain chi1 torsion-angle related (3)J(N,Cgamma) and (3)J(C', Cgamma) couplings in aromatic amino acid spin systems. The method is of the quantitative J correlation type and takes advantage of attenuated (15)N and (1)H transverse relaxation by means of the TROSY principle. Unlike previously developed schemes for the measurement of either of the two coupling types, spectra contain internal reference peaks that are usually recorded in separate experiments. Therefore, the desired information is extracted from a single rather than four data sets. The new method is demonstrated with uniformly (13)C/(15)N labeled Desulfovibrio vulgaris flavodoxin, which contains 14 aromatic out of 147 total amino acid residues.