基于NMR的代谢组学方法最新进展及应用

代谢组学的定义“对病理/生理刺激以及基因改变时生物体系动态的代谢响应进行多参数的定量测量”已被广泛接受. 本文对代谢组学研究的最新进展及其在系统生物学中所发挥的作用进行了综述. 在代谢组学方法研究方面,着重讨论了现代NMR技术的进展及其对代谢组学所产生的影响,同时也包括用于分离的HPLC及其与质谱的连用技术. 对代谢组学广泛应用的概述,主要包括：对正常生理变化的新认识;药物和其他外源性化学物质的副作用;外源性物质对环境污染的影响以及逐渐增多的代谢组学方法在疾病检测中应用.     

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.     

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.     

生物医学核磁共振中的模式识别方法

模式识别(PR)是把具体事物进行正确归类的科学,它能解决许多对复杂体系的认识问题. 生物医学核磁共振波谱(NMR)的理解和分析便是其中一种. 在受到病理或者其他刺激后,生物体内的代谢物水平会发生变化,这种变化可以通过液体高分辨核磁共振的手段来观察. 模式识别把这种认识进一步深化,不仅可以将正常状态与病理状态区分开,还能找到是哪些生化指纹导致两种状态的差异,为生理、病理和药理等研究,以及临床诊断提供依据. 模式识别与生物核磁共振波谱的结合,已经发展成为代谢组学研究的关键技术,甚至被称为基于核磁共振的代谢组学. 主要讨论适用于生物医学核磁共振中的模式识别方法及其最新进展.     

冷冻干燥对人类体液代谢组影响的NMR研究

样品前处理是代谢组分析的重要环节，而冷冻干燥是样品前处理过程中去除溶剂的重要方法，但冷冻干燥对代谢组分析结果的影响还有待进一步研究.本文以人类尿液和血清样本为研究对象，采用核磁共振（NMR）技术分析了冷冻干燥对这两种重要体液代谢组的影响，发现冷冻干燥会引起体液样本中部分有机羧酸和氨基酸含量的改变；而且，冷冻干燥对尿液和血清样品代谢组的影响不同，这可能与两种体液的生物基质差异有关.本研究结果表明，在代谢组学研究中要格外关注冷冻干燥对样品前处理及后续数据归一化所产生的影响.     

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.     

Ⅱ型糖尿病肾病小鼠肾水提物代谢组学研究

应用基于核磁共振的代谢组学方法研究Ⅱ型糖尿病模型db/db小鼠已发展到糖尿病肾病时肾脏代谢表型的变化.结合偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA),结果显示,与正常组相比,模型组肾水提物中的乳酸和糖等代谢物的含量显著升高,而谷氨酸、乙酸、胆碱和甘氨酸的含量显著降低,缬氨酸、肌酐、尼克酰胺、苯丙氨酸和酪氨酸含量略有降低.实验结果表明糖尿病肾病动物模型db/db小鼠的代谢特征不同于正常小鼠.代谢组学分析方法作为辅助手段,为糖尿病肾病的发病机制提供了良好的数据支持.     

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.      

棕色脂肪组织和白色脂肪组织的代谢组学研究

棕色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)在机体的能量代谢中起着极其重要的作用,且被认为是治疗肥胖的潜在靶点之一,然而目前对于BAT功能的代谢基础并不清楚.该文使用了基于核磁共振(NMR)和气相色谱(GC)技术的代谢组学方法,描述和比较了BAT与白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)的水溶性代谢物和脂肪酸组成的差异.研究结果表明,两种脂肪组织在糖代谢、氨基酸代谢、脂肪酸代谢、核苷酸代谢、胆碱代谢等多种代谢通路上均具有显著性差异,且这些差异与两种组织不同的生物学作用密切相关.以上研究结果将为解析BAT功能分子机制提供了线索和基础数据.     

核磁共振技术在生物组织中的应用

在生物组织内部存在大量的生化、生理反应以及分子的扩散运动,它们相互独立, 又相互关联,共同构成一个生化反应网络. 在病理条件下,某些生化反应过程会发生改变,代谢中间体可能会出现质和量的变化. 核磁共振 (NMR)可以对这些过程的研究提供非常有用的信息. 目前,有3种核磁共振波谱技术可以用于生物组织的研究：① 活体组织定域波谱技术;② 生物组织提取物的液体高分辨核磁共振技术;③ 离体组织的高分辨魔角旋转技术. 这些方法各有优劣,互为补充. 介绍了在生物组织的NMR研究方面的最新进展.     

Contrastive analysis on tone between Putonghua and Taiwan Mandarin

The differences of the pitch and duration of Chinese syllables between Putonghua （PTH） and Taiwan Mandarin （TM） were studied. The speech materials to be used are not only isolated syllables, but also sentences. The results reveal that： For the isolated syllables, T1 and T2 in TM are influenced by Minnan dialect, therefore their pitch are lower than those in PTH. T3 is fall-rise in PTH, while it is fall in TM. Moreover, the syllable duration sequence for different tone is T3〉T2〉T1〉T4 in PTH, while it is T1〉T2〉T3〉T4 in TM. For the syllables in sentences, T2 is mid-rise in PTH, while it is mid-level in TM. And the T3 is longer than T4 but shorter than T1 or T2 in PTH, while it is the shortest in TM. Furthermore the effects of prosodic phrase boundary on duration for different tones are almost the same in PTH, but the lengthening part of T1 or T2 is longer than that of T3 or T4 in TM.     

ICP-AES测定云南楚雄糖尿病患者发样微量元素的研究

探讨微量元素与糖尿病间的关联性及临床意义。采用ICP-AES等离子体发射光谱仪测定了楚雄地区糖尿病患者人发中11种元素,采用2,3-二氨基萘荧光法测定发样中的硒元素。选取糖尿病患者120例,对照组35例。糖尿病组发样中常量元素Ca、Mg低于对照组,P高于对照组;除Cd、Cr、Fe外,微量元素Zn、Se、Ni、Mn、Cu等5种元素低于对照组,并有显著差异(P0.01)。糖尿病组间性别比较数据显示男性除发Ni、Mn、P外,其余元素含量均低于女性,其中发锌远低于女性。3个不同年龄段糖尿病人群的微量元素含量变化显示Fe、P2种元素随年龄增加含量增高;Mg、Cd2种元素随年龄增加含量减少;其余各元素变化情况为Fe、P元素在老年组中较高,Cu、Cd、Mg较低;Mn、Cr、Cu元素含量在中年组中较高,而Zn、Se略低;Zn、Se在青年组较高,而Mn、Cr低。城市人群发中Zn、Cd、Cu、Mg、Ca含量比农村人群高;Se元素含量二者间差别也不大,其余元素含量均低于农村人群。楚雄地区糖尿病患者发中Zn、Se、Mg、Mn4种元素水平低,楚雄地区糖尿病患者致病原因可能与地区属低Se水平和患者体内硒水平低有关。     

Spectral Properties of Single BODIPY Dyes in Polystyrene Microspheres and in Solutions

The absorption, fluorescence, fluorescence quantum yield, and photostability of five BODIPY dyes are characterized and compared as single dyes in two environments, in 40-nm polystyrene spheres and in solution. The absorption and fluorescence spectra of the dyes in spheres are similar in profile but shifted to lower energies compared to those in solution. All the dyes are highly fluorescent, with three having fluorescence quantum yields of 1.0. For three of the five dyes, the yields were the same in spheres as in solution (1.00, 1.00, and 0.73). The high concentration of these dyes in spheres does not quench their fluorescence. For two other dyes the yields dropped, from 1.00 to 0.55 in one case and 0.83 to 0.50 in another, comparing the dyes in solution versus in spheres. The photodegradation of the dyes decreases in spheres compared to in solution in all but one case. For one dye, it decreases as much as 800-fold. Dyes overlooked because of low fluorescence or stability in solution could become useful fluorescent materials in the microsphere environment.     

北京气候中心气候系统模式对中国四季日平均气温的模拟性能评估

利用去趋势波动分析方法对中国四季日平均气温观测资料进行了研究, 发现四季日平均气温均具有很好的长程相关性特征, 中国西部地区尤其是新疆和西藏的长程相关性较强. 基于观测资料中的这种长程相关性特征, 评估了北京气候中心气候系统模式对中国四季日平均气温的模拟性能, 发现该模式能够较好地反映中国四季日平均气温的长程相关性特征. 总体而言, 模式对春季的日平均气温的长程相关性模拟效果最好, 仅对江南地区的长程相关性的模拟较差; 夏季, 模式模拟误差较大的地区包括中国中东部地区及西藏大部, 其中华北南部、黄淮西部、江南大部、华南等地模拟效果最差; 秋季, 模式对东部沿海及东北大部、华北西南部等地模拟的长程相关性偏强, 而在西北大部模拟的长程相关性明显偏弱; 冬季, 除东部沿海地区模拟的长程相关性偏强外, 全国其余大部分地区接近观测或偏弱, 其中西北、西南、华南北部、江南南部、东北北部偏弱明显, 青藏高原西部偏弱最为显著.     

A world of sphingolipids and glycolipids in the brain--novel functions of simple lipids modified with glucose

Glycosphingolipids (GSLs) are present on cell surface membranes and are particularly abundant in the brain. Since over 300-400 GSLs are synthesized from glucosylceramide (GlcCer), GlcCer is believed to only serve as the source of most GSLs, including sialic acid-containing GSLs or gangliosides, in the brain. Recent studies, however, suggest that GlcCer itself plays a role in the heat stress response, as it functions as a glucose donor for the synthesis of cholesterylglucoside, a lipid mediator in heat stress responses in animals. GlcCer in adipose tissues is also thought to be involved in mechanisms that regulate energy (sugar and lipid) metabolism. Our extensive structural study revealed an additional novel glucosylated membrane lipid, called phosphatidylglucoside, in developing rodent brains and human neutrophils. These lipids, all modified with glucose, are enriched in lipid rafts and play important roles in basic cellular processes. Here, I summarize the recent progress regarding these glucosylated lipids and their biosynthesis and regulation in the central nervous system (CNS).     

ICP-OES法分析桑椹果实成熟过程中14种矿物元素含量的变化

桑椹果实在成熟过程中各种成分不断发生变化,但对期间矿物元素的变化了解甚少.文章以桑椹果实为材料,采用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-OES)法对绿色期、粉色期、红色期、黑色期四种不同成熟度桑椹果实的九种必需元素和五种重金属元素含量进行了测定.结果发现,随着果实成熟度的增加,Na,K,Ca,Mg,Fe,Zn,Mn和Cu等元素的含量均出现明显的下降趋势,绿色期桑椹果实中上述各种元素的含量分别为2.99,2 957.49,809.00,559.95,36.30,10.07,2.12和1.32 mg·kg-1,而粉色期上述各种元素的含最下降了62.9%(Zn)至12.3%(Na),红色期上述各种元素的含量分别降至1.63,2 367.13,489.30,221.54,19.01,2.64,0.40和0.59 mg·kg-1,黑色期果实各种元素的含量保持继续下降的趋势,但幅度大大减小.Se元素的含量绿色期最高,为1.24 mg·kg-1,粉色期下降,红色期上升至0.88 mg·kg-1,而黑色期又下降为0.65 mg·kg-1.重金属元素中Pb含量在前三个成熟时期变化不显著,而黑色期大大下降,绿色期最高为0.27 mg·kg-1,未超出国家标准.Cr含量随着果实成熟度的增加而增加,但黑色期义降至粉色期的水平,虽然红色期为54.07 mg·kg-1,但仍未超出国家标准.文章通过测定不同成熟时期桑椹果实的矿物元素含量,为果实采收时期的确定提供理论依据,也为桑椹果实的功能评价和安全评价提供参考数据.     

在NaCl和HTAB共存条件下甲基纤维素溶液凝胶化行为

利用流变仪研究了甲基纤维素(MC)溶液在NaCl、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)以及两者共存下MC溶液的凝胶化行为,发现其凝胶化温度随着NaCl浓度的增加而下降,随着HTAB浓度的增加而上升;但是MC/NaCl的凝胶化温度保持不变,与HTAB浓度 无关,而MC/HTAB溶液的凝胶化温度则随着NaCl浓度的增加而下降．以上的实验结果表明,在NaCl存在下,HTAB将被诱导形成胶束,因此MC/NaCl的凝胶化温度保持不变;反之,当NaCl不存在时,HTAB将优先吸附到MC上而不会在溶液中形成胶束,尽管其浓度     

有机和常规种植条件下樱桃番茄的营养物质含量与矿物元素ICP-AES分析

近年来随着一系列食品安全事件的发生,人们越来越关注食品安全问题.有机食品被认为是一种安全和有益于环保的食品,需求量逐年增加.采用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)法对有机樱桃番茄和常规生产的樱桃番茄的Ca,Mg,K,Zn,Fe,Mn等必需元素和Cu,Cd和Pb等重金属元素含量进行了测定,同时对水分含量、总可溶性固形物、可溶性总糖、维生素C等含量进行了测定.结果发现有机栽培番茄中K、Ca和Zn的含量较常规栽培的分别高出4.52%,129.81%和65.43%,Mn的含量较常规栽培番茄低11.22%差异显著(a=0.05).有机番茄中有益会属Mg,Fe与有害重金属Cu,Pb,Cd的含量与常规栽培的差异都不显著.有机栽培与常规栽培的番茄中可溶性糖、维牛素C的含量亦都没有显著差异,但可溶性固形物、可溶性蛋白含革显著高于常规栽培的番茄.本文通过研究两种樱桃番茄营养成分和矿物元素含量的不同,为有机蔬菜的品质和安全性提供理论数据.     

青岛海藻重元素富集特性的SR-XRF分析及对海洋环境监测的应用

利用同步辐射X射线荧光 (SR XRF)定性和定量地分析了采自中国青岛海滨的 9种海藻 1 4个样品重元素的富集特性 ,发现不同种海藻重元素的富集特性有很大的差异。海蒿子对As和Sr,鸭毛藻对Br,海带对Ⅰ具有超富集能力。Mn/Fe峰强比的变化 ,是元素间拮抗的结果 ,与海水环境相关。测量了标样植物南极苔藓的检出限。定量地分析和比较了在青岛同一海滨分别于 1 985年和 1 999年采集的 5种海藻样品的XRF谱。1 999年采集的海藻的Fe ,Zn ,As,Br和Pb等元素含量明显上升 ,特别是海蒿子中的As和刺石松中的Pb分别增加了 1 55 %和 1 2 0 % ,结果说明了 1 4年来青岛海洋环境污染加重的趋势。     

碱溶法,原子吸收光谱直接测定人发、指甲的微量元素

本文探讨 2mol·L-1 NaOH溶液溶解人发、指甲 ,并在氘灯扣除背景下用火焰原子吸收法和石墨炉原子吸收法测定其中的Ca ,Zn ,Fe,Mn ,Ni,Cd ,Cu ,Pb ,Bi等元素 ,结果显示 ,所测元素含量与文献值基本相符 ,回收率除Bi偏低外 ,其它元素均在 90 0 %～ 110 8%内。并且发现人体的头发与指甲中所含元素含量没有对应关系 ,头发中所含元素含量高的 ,指甲中所含元素含量不一定高 ;头发中所含元素含量低的 ,指甲中所含元素含量不一定低