素食人群尿液1H NMR代谢轮廓的多因素方差分析

结合方差分析(ANOVA)和偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)两种分析技术,对素食和普食人群的尿液1H NMR谱进行分析.利用ANOVA方法将数据矩阵分解为几个独立因素矩阵,滤除干扰因素后,再利用PLS-DA对单因素数据进行建模分析.实验结果表明,ANOVA/PLS-DA方法可以有效地减少饮食因素和性别因素之间的相互...     

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.     

自动波竞争神经网络及其在单源最短路问题中的应用

将竞争机理引入网络的自动波产生与传播过程中，提出自动波竞争神经网络(ACNN)模型，并成功地应用于求解单源最短路问题，给出了基于ACNN的最短路求解算法. 与其他神经网络最短路算法相比，基于ACNN的最短路算法具有网络所需的神经元数目少、神经元及网络的结构简单、易于软硬件的实现、以及全并行方式计算等特点，可用于求解非对称赋权图的最短路径树问题，且其计算时间(迭代次数)仅正比于最短路径上的跃点数，与赋权图的复杂度、路径总长、边长的精度、通路总数等因素无关. 计算机仿真结果表明该算法的有效性和快速求解能力. 关键词： 单源最短路问题 自动波竞争神经网络 脉冲耦合神经网络     

铜负荷大鼠基底节对肝豆灵代谢响应的~1H NMR研究

采用核磁共振氢谱(1H NMR)技术与多元统计分析相结合的方法,对肝豆灵对大鼠基底节铜损伤的调节机制进行研究。24只雄性Wistar大鼠随机分为正常组、模型组和肝豆灵组,每组8只,以铜负荷法造模。从造模第7周开始,肝豆灵组大鼠以肝豆灵灌胃。数据分析显示:与正常组比较,模型组的基底节细胞凋亡指数显著增高(p0.01);基底节组织中的谷氨酰胺、尿苷、苏氨酸含量升高(p0.05),甘露醇、腺苷、N-乙酰天冬氨酸、谷氨酸、N-乙酰谷氨酸(NAG)、天冬酰胺、乙酸、天冬氨酸、肌醇、三磷酸腺苷(ATP)含量降低(p0.05);与模型组相比,肝豆灵组的基底节细胞凋亡指数显著降低(p0.01);基底节组织中的谷氨酰胺、尿苷、乙酸、天冬氨酸含量降低(p0.05),甘露醇、腺苷、苏氨酸、N-乙酰天冬氨酸、谷氨酸、N-乙酰谷氨酸、天冬酰胺、肌醇、ATP含量升高(p0.05)。研究结果表明,肝豆灵可影响铜负荷大鼠基底节的代谢,对铜损伤具有一定的修复作用,其机制可能是通过调节氨的解毒和兴奋性氨基酸类神经递质的代谢,干预能量代谢,恢复神经元和神经胶质细胞功能。     

基于K-L散度的核磁共振波谱数据尺度缩放方法

在基于核磁共振(NMR)的代谢组学数据分析中,尺度缩放是关键的预处理步骤之一,其主要目的是通过调整数据的方差结构,改善后续的多变量统计分析的结果。从信息熵的角度出发,利用Kullback-Leibler (K-L)散度来度量不同实验分组的生物样品的1H NMR波谱数据的差异程度,并结合单位方差缩放法,提出一种基于K-L散度的尺度缩放方法。该方法先利用单位方差法将数据各变量的标准差调整到同一水平上,再利用K-L散度对各变量进行有监督地加权,增强重要变量、减弱无关变量。由于K-L散度是在概率分布的意义上度量数据间的差异程度,且对于高斯和非高斯分布的数据均适用,因此能更准确地度量不同实验分组样品的1H NMR波谱数据的差异性,从而更有效地地对谱数据的重要变量进行识别和加权。人群尿液1H NMR波谱数据的分析结果表明,基于K-L散度的尺度缩放方法能有效抑制噪声变量,同时很好地区分特征变量和非特征变量;提高主成分回归(PCR)模型的判别能力;改善偏最小二乘回归判别分析(PLS-DA)模型的解释能力、预测能力以及对特征代谢物的辨识能力。     

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.     

代谢组学数据分析方法及在糖尿病研究中的应用

对NMR波谱数据的统计分析是基于NMR代谢组学研究的关键问题之一. 鉴于NMR波谱信号可以近似为样品中各种成分谱信号的线性叠加,本文将非负矩阵分解(NMF)方法引入基于NMR代谢组学的数据处理中,并与代谢组学中常用的统计方法--主成分分析(PCA)进行比较. 通过NMF和PCA两种方法对健康志愿者与2型糖尿患者血液和尿液的NMR谱图的统计分析,对所获取的特征代谢物进行比较和验证,并探讨了PCA方法可能存在的不足之处及其原因;阐明了NMF方法是基于NMR的代谢组学研究中较理想的数据分析方法. 最后,讨论了基于NMR代谢组学在糖尿病研究中的前景.     

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.     

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.     

基于分子间多量子相干的矢量场磁共振成像模拟

对基于分子间多量子相干的矢量场成像进行了系统的模拟研究. 模拟结果表明：这类成像能够对几十微米量级的异质结构进行成像,并较好地抑制来自均匀介质的信号. 即使不存在梯度磁场情况下,通过相位循环该方法亦可实现对异质结构的成像. 这将有助于开拓基于分子间多量子相干成像的应用领域,深化对其成像机制的理解.