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.      

草苁蓉中2个单萜苷类化合物的NMR研究

从草苁蓉75%乙醇提取物中分离得到了2个单萜苷类化合物,结合其理化性质,并通过1D NMR（¹H NMR,¹³C NMR）及¹H-¹H COSY、HSQC、HMBC、NOESY等多种波谱学方法进行结构鉴定,鉴定2个化合物分别为β-D-glucopyranose 1-(3,7-dimethyl-2-trans-6-octadienoate)(化合物1)和6,7-dihydrofoliamenthoic acid diglucoside（化合物2）,其中化合物1为新化合物,化合物2为第1次从列当科植物中获得.     

手性薄荷酮腙与一氧化氮反应产物的NMR谱研究

在温和条件下手性薄荷酮腙(1)与NO在痕量O₂存在下发生偶氮-硝化反应,高选择性的生成α-硝基偶氮化合物. 通过DEPT谱、1D NOE差谱和¹H- ¹H COSY,HSQC等2D NMR技术对目标化合物2（2,4-二硝基苯基-1-硝基-(2-异丙基-5-甲基)环己基-二氮烯）的¹H,¹³C NMR 谱的信号进行了全归属和较详细的解析,确定了目标化合物2的结构.     

硫前列酮影响小鼠代谢的NMR研究

前列腺素E2（PGE2）作为一种体内广泛分布的活性物质,通过与其特异性受体EP1,EP2,EP3和EP4结合实现信号跨膜转导,参与许多重要的生理病理过程. 硫前列酮作为PGE2的类似物,通过激活EP1和EP3受体发挥其生理作用,但相关的代谢基础还不甚清楚. 该研究运用基于核磁共振（NMR）技术的代谢组学方法研究了EP1和EP3受体激活剂硫前列酮对小鼠血清和肝脏代谢组的影响. 结果表明,中高剂量硫前列酮处理32天会导致小鼠肝脏代谢组中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、二磷酸尿苷、磷酸腺苷和胆汁酸的明显增加,同时肝糖原、葡萄糖、苯丙氨酸、酪氨酸、尿苷、肌苷、烟碱酸和氧化型谷胱甘肽明显减少. 恢复3周后,高剂量硫前列酮处理小鼠会导致肝脏代谢组中的胆碱水平比对照组高. 这些结果表明EP1和EP3受体激活剂硫前列酮会对小鼠肝脏的糖、核酸和氨基酸等代谢产生影响. 同时,未发现硫前列酮对血清代谢组产生明显影响,这可能与血液循环系统维持机体内环境相对稳定有关. 以上研究结果为认识PGE2- EP1/3信号通路在代谢中的作用提供了基础数据.     

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．
     

NMR指纹图谱与模式识别方法

NMR指纹图谱与模式识别方法相结合在食物的研究中得到广泛应用,已经成功应用于食品的产地的区分,质量判定和转基因食品的安全考察等领域中. 本文综述了近些年NMR指纹图谱与模式识别方法在这些领域的应用.      

表面活性剂SDS/TX-100混合体系的NMR研究

用NMR测量了不同比例的SDS/TX-100混合溶液中质子化学位移,结合表面活性剂溶液的两态交换模型,分析了质子化学位移随浓度的变化趋势, 求出了不同比例混合溶液中两种表面活性剂各自的临界胶束浓度及混合胶束的临界胶束浓度. 依据理想混合溶液理论,预测了混合胶束的临界胶束浓度,计算了溶液中SDS与TX-100之间的相互作用参数和SDS在混合胶束中的摩尔分数. 根据所得参数讨论了混合胶束的形成过程. 利用文中和文献中混合体系的实验数据验证了协同作用理论改进前后的适用性,表明改进后的协同作用理论完善一些.     

基于小波滤波的低场NMR纤维上油率检测新方法

针对目前低场核磁共振纤维上油率检测存在的问题,提出了一种基于小波变换的纤维上油率检测新方法. 首先,用低场核磁共振采集标准纤维自由感应衰减信号进行线性拟合得到定标曲线;然后,用测试纤维采集多组叠加次数不同的核磁共振信号,并分别进行小波软阈值滤波;最后,将滤波后的多组结果代入定标曲线计算纤维的上油率. 检测结果和实际应用表明小波软阈值滤波可有效去除纤维FID信号中的噪声并大幅缩短检测时间. 此方法可为低场核磁共振纤维上油率快速、准确检测奠定基础.     

CO吸附和加氢反应过程的原位高压MAS NMR研究

应用原位变温高压MAS核磁共振技术,对比研究了CO在不同Rh基催化剂上的吸附和加氢反应过程. ²⁹Si MAS NMR研究结果表明：Rh基催化剂中加入金属助剂后,载体Silicate-1上的表面硅羟基减少,助剂金属与硅羟基作用锚锭在载体表面.¹³C MAS NMR研究结果表明：当引入CO/H2混合气后,在Rh/Silicate-1催化剂上只能观测到气相CO、线式吸附CO和孪式吸附CO的快速交换信号;而在Rh-Mn/Silicate-1和Rh-Mn-Li/Silicate-1催化剂上,还观测到了倾斜式吸附的CO共振信号,表明助剂Mn或Mn-Li的加入促进了CO的吸附. 随着反应温度升高,CO/H₂在Rh/Silicate-1催化剂上转化生成CO_²,进一步升高温度会有CH₄生成;而CO/H₂在RhMnLi/Silicate-1催化剂上反应活性更高,在较低的温度下就会转化生成CO₂,但未观测到甲烷的生成. ¹H MAS NMR 谱显示,反应后载体Silicate-1上硅羟基的量会减少,表明CO与载体部分表面硅羟基反应生成了CO₂.     

井下核磁共振流体分析实验室及其应用

井下流体分析在储层实时评价有十分重要的应用. 该文介绍了NMR流体分析实验室的发展,并以哈里伯顿的井下NMR流体分析实验室为例, 详细讨论了其关键技术,包括探头结构、磁体结构和电路结构,探讨了获取流体核磁共振特性参数的测量方法. NMR流体分析实验室可以获取流体的多种重要参数,结合NMR测井能够进行综合解释,其实时评价性能实现NMR测量的优势.     

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.     

Effects of the operating magnetic field on potential NMR contrast agents

Paramagnetic metal ions have shown promise as contrast agents for nuclear magnetic resonance (NMR) imaging. Their ability depends upon modification of the relaxation times (T1 and T2) through dipolar interactions. These interactions cause the effectiveness of the agents to be sensitive to the operating magnetic field. Studies are presented of the operating field dependence (frequency dispersion) of two metal-chelate complexes, Gd+3-ethylenediaminetetraacetate (EDTA) and Mn+2-EDTA, in a physiologically balanced electrolyte solution. Inversion recovery experiments were performed on two concentrations of each metal-chelate complex at five resonant frequencies. The frequency dispersion curves were similar in appearance for those of the corresponding aqueous solutions. The Mn+2 complex showed no unusual concentration effects. The Gd+3 complex showed an unexpected concentration dependence in the dispersion behavior. This is attributed to a difference in the dipolar correlation time between the two solutions. With its unique correlation time in electrolyte solutions, predictions of relaxation rate changes in studies in vivo may be easier for the Mn+2-EDTA complex.     

THz-waves channeling in a monolithic saddle-coil for Dynamic Nuclear Polarization enhanced NMR

A saddle coil manufactured by electric discharge machining (EDM) from a solid piece of copper has recently been realized at EPFL for Dynamic Nuclear Polarization enhanced Nuclear Magnetic Resonance experiments (DNP-NMR) at 9.4 T. The corresponding electromagnetic behavior of radio-frequency (400 MHz) and THz (263 GHz) waves were studied by numerical simulation in various measurement configurations. Moreover, we present an experimental method by which the results of the THz-wave numerical modeling are validated. On the basis of the good agreement between numerical and experimental results, we conducted by numerical simulation a systematic analysis on the influence of the coil geometry and of the sample properties on the THz-wave field, which is crucial in view of the optimization of DNP-NMR in solids.     

基于散射实验极化靶的2.5T/1.3K的动态核极化(DNP)系统的开发

动态核极化法(Dynamic Nuclear Polarization, DNP)是利用热平衡下的电子在磁场中的高自旋极化率转移到原子核自旋的技术,从而极大的提高原子核自旋极化率。多种动态极化靶材料已广泛的用于自旋物理散射实验。本文介绍一种简单实用,共同开发的日本山形大学DNP系统,包括超导磁场,氦4蒸发恒冷器,微波系统以及NMR核磁共振检测系统,测得中子靶材料氘带丁醇(D-butanol)中氘核的极化率在2.5T/1.3K达到+6.5%。     

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.     

A Novel Penning‐Trap Design for the High‐Precision Measurement of the 3He2 + Nuclear Magnetic Moment

A new experiment is constructed aiming at the first direct high‐precision measurement of the helium‐3 nuclear magnetic moment with a relative precision of parts‐per‐billion or better. Methods similar to those used in proton and antiproton magnetic moment measurements are applied. As those techniques rely on the challenging detection of single spin‐flips, a novel Penning trap design optimized for nuclear spin‐flip detection is developed.     

量子算法的NMR实现方法

量子计算机是一种以量子耦合方式进行信息处理的装置[1 ] 。原则上 ,它能利用量子相干干涉方法以比传统计算机更快的速度进行诸如大数的因式分解、未排序数据库中的数据搜索等工作[2 ] 。建造大型量子计算机的主要困难是噪音、去耦和制造工艺。一方面 ,虽然离子陷阱和光学腔实验方法大有希望 ,但这些方法都还没有成功实现过量子计算。另一方面 ,因为隔离于自然环境 ,核自旋可以成为很好的“量子比特” ,可能以非传统方式使用核磁共振 (NMR)技术实现量子计算。本文介绍一种用NMR方法实现量子计算的方法 ,该方法能够用比传统方法少的步骤解决一个纯数学问题。基于该方法的简单量子计算机使用比传统计算机使用更少的函数“调用”判断一未知函数的类别。     

杜仲的核磁共振指纹图谱研究

核磁共振氢谱（Proton Nuclear Magnetic Resonance,¹H NMR）是中药指纹图谱中一种鉴定和控制植物中药质量的新方法．本文采用CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列采集了杜仲提取物的¹H NMR谱,通过完整还原振幅频率表（Complete Reduction to Amplitude-Frequency Table,CRAFT）分析技术对杜仲指纹图谱进行特征指纹分析,将待目标合物的信号从混合物图谱中剥离出来,实现了不分离样品而分析目标化合物信息的目的,从而对杜仲的特征化合物——松脂醇二葡萄糖苷（Pinoresinol Glucoside,PDG）进行了定性和定量分析．结果显示贵阳药用植物园所得杜仲的PDG含量为0.275 6%,相对标准偏差（Relative Standard Deviation,RSD）为1.69%,与高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography,HPLC）定量分析结果（含量为0.269 6%,RSD为0.65%）基本一致．另外,通过NMR检测与多变量数据建模相结合分析了杜仲提取物的全指纹图谱,结果显示同一采收期不同产地的杜仲药材有显著差异,这表明该方法可用于鉴定不同产地的药材,具有一定的实用意义．     

P53及其相关蛋白对X射线照射肝癌细胞周期的调节

X射线照射人肝癌细胞HepG2， 照射后细胞存活随照射剂量增大明显下降。 流式细胞术分析， 不同剂量组照射后24 h均发生G2期阻滞。 照射后不同时间组的细胞周期分布也有不同， 照射后12 h， 有显著的S期延迟。 Western Blot 显示照射后24 h P53， MDM2， P21蛋白表达上升， 并有时间效应: P53在照射后24 h之内始终维持较高表达, MDM2和P21分别在照射后6和12 h的表达最高。 X射线照射通过影响P53及其相关蛋白的表达影响细胞周期。 HepG2 cells were irradiated with X ray at the doses of 0, 1.0, 2.0, 4.0 or 8.0 Gy and separately maintained in DMEM at 37 ℃ for 0, 6, 12 or 24 h. Colony forming assay showed that cell survival decreased with the irradiation dose increasing. Cell cycle was detected by FACS, the arrest of S phase was found after 12 h irradiation and arrest of G2 phase took place at 24 h after all irradiation doses, which suggested that cell cycle distribution was different in groups gathered after different maintaining time. The results of Western blotting showed that the expression of P53, MDM2 and P21 increased more after irradiation than the control. The expression of P53 remained high at 24 h after irradiation, while the levels of MDM2 or P21 arrived at the highest at 6 h or 12 h after irradiation respectively. The expressions of P21 after irradiation were in corresponding with the cell cycle distribution in the groups of different maintaining time. In conclusion, irradiation change the distribution of cell cycle by effecting the expression of P53 and its related proteins.