代谢组学分析技术及其在几类重大疾病研究中的应用

代谢组学正成为生物医学研究领域的新热点。各种代谢组学分析技术各有优缺点,配有低温探头的核磁共振、混合型串联傅里叶变换质谱以及多种联用技术将成为代谢组学研究的关键技术。目前,大量多维代谢组学数据的分析方法和专用软件急待开发完善。代谢组学在肿瘤,老年痴呆症、心血管疾病、肝肾脏类疾病等研究中的应用取得一定进展,疾病代谢组学具有良好的发展前景。     

高效液相色谱技术在代谢组学研究中的应用

高效液相色谱技术逐渐广泛应用于代谢组学的研究中。迄今为止,该技术已经在不同生理状态的生物体液的代谢指纹谱分析中得到了应用。本文评述了传统高效液相色谱技术、毛细管技术和超高效液相色谱等技术在代谢组学的应用。     

基于人工智能技术的烟气暴露大鼠代谢生物标志物筛选方法研究

该研究将主成分分析、偏最小二乘判别分析等多元统计分析方法用于烟草血浆、尿液和肺组织代谢组学数据的分析,以揭示暴露于不同烟气中大鼠血浆、尿液和肺组织中内源性生物标志物的整体变化情况,筛选潜在生物标志物;将血样、尿样和肺组织代谢轮廓谱分析得到的生物标志物进行整合,运用神经模糊网络模型对标志物进行缩减,并用人工神经网络评价模型预测能力,确定烟气暴露不同时间(7,14,30 d)以及不同烟气暴露对大鼠内源性代谢物变化影响"因果效应"密切相关的关键生物标志物群,明确不同烟气对大鼠机体损伤机制的异同。     

一种基于液相色谱-质谱技术进行血清代谢组学研究的方法：从代谢指纹到潜在标志物

本文描述了一种基于液相色谱-质谱技术（LC-MS）的代谢组学发现疾病潜在标志物的方法.该方法利用LC-MS获得代谢指纹图谱,并通过多种统计分析方法对产生的海量数据进行分析,最终筛选出潜在标志物.数据分析过程包括：通过归一化、修正80%规则、数据集分割和数据缩放等方法对数据集进行预处理 通过正交校正的偏最小二乘（OPLS）模式识别方法对样品进行分型 根据模型的变量重要性因子（VIP值）、非参数检验结果和z值筛选潜在标志物.以宫颈癌血清样本为例,应用上述方法,15个变量被确认为潜在标志物,操作者接受曲线（ROC）下的面积为0.667～0.956.经过相关性分析和结构鉴定,发现这15个变量来自9个化合物.其中7个化合物被鉴定为色氨酸、硬脂酸、花生四烯酸、溶血磷脂酰胆碱（0：0/16：0,16：0/0：0,18：1/0：0和18：0/0：0）,说明在宫颈癌中花生四烯酸和溶血磷脂酰胆碱的代谢发生异常.     

基于NMR的代谢组学方法对硝酸钕急性生物效应的研究

采用现代核磁共振和模式识别技术,分析了腹腔注射给药2、10和50mg/kg体重剂量硝酸钕48h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、肌酸酐、N-氧三甲胺、氨基酸、乳酸、琥珀酸、牛磺酸及葡萄糖等物种的浓度变化,结合大鼠血清指标和肝、肾组织切片图研究了轻稀土化合物Nd(NO3)3在大鼠体内的急性生物效应。结果表明,3个剂量的Nd(NO3)3主要对大鼠肝脏造成了不同程度的损伤,而且随着剂量的升高渐趋严重。同时,Nd(NO3)3也对肾脏的特定部位(肾乳头、肾小管)造成了损害。     

基于UPLC-Q/TOF MS技术的痛风患者血清代谢组学研究

采用超高效液相色谱-飞行时间质谱联用技术（UPLC-Q/TOF MS）对恩施土家族苗族自治州60例健康志愿者（对照组）和65例痛风患者（痛风组）的血清样本建立代谢图谱,基于主成分分析及正交偏最小二乘判别分析对所得数据进行模式识别,并结合变量权重投影分析及火山图筛选出痛风患者的血清代谢标志物。通过数据分析和数据库检索,共筛选出63种差异代谢物,其中27种代谢物显著上调（P <0.05）,36种代谢物显著下调（P <0.05）,主要包括甘油磷脂类、氨基酸类及胆碱等成分。首先,对以上差异代谢物进行受试者工作特征曲线（ROC）分析,其中曲线下面积（AUC）大于0.8的14种代谢物是诊断效能较好的代谢物;然后对筛选的63种差异代谢物进行代谢通路富集分析,以Impact> 0.1且P <0.05为标准,得到影响最大的代谢通路主要有甘油磷脂代谢、醚性脂质代谢、亚油酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、花生四烯酸代谢及戊糖和葡萄醛酸的互相转化等。综上,痛风患者和健康对照人群的血清代谢水平有明显差异,差异代谢物的鉴定为痛风的发病机制和早期筛查提供了实验依据。     

壬基酚和辛基酚联合染毒的尿液代谢组学研究

运用代谢组学方法研究壬基酚和辛基酚联合染毒对大鼠尿液代谢的影响.在高效液相色谱-飞行时间质谱技术检测的基础上,通过主成分分析观察了联合染毒的时间-毒效应和剂量-毒效应.根据主成分分析和判别分析,结合t检验,筛选出染毒组和对照组中具有明显差异的化合物,并在Metlin Scripps Center for Mass Spectrometry代谢物数据库中查询,推断其可能的代谢标志物.结果表明,壬基酚和辛基酚联合染毒后,尿液中可能出现的生物标志物有5种,分别为4,8-二羟基喹啉-2-甲酸(黄尿酸)、色氨酸及N-乙酰-5-羟色胺、RG- 13022和十六碳烯酸.由这些物质涉及的代谢途径,推测壬基酚和辛基酚联合染毒可能对生物体的蛋白质代谢、神经系统和心血管系统、生物节律、细胞抗氧化、性激素的平衡等方面产生毒效应,另外还可能影响细胞的信号传递和脂类代谢.     

代谢组学研究策略与方法的新进展

代谢组学研究的是生物体系受到内在和外在因素刺激产生的内源性代谢变化,可以对那些能描述代谢循环情况的关键化合物进行定性和定量分析.近几年来,代谢组学已经成为生命科学领域一个重要的、有价值的工具,并在不断创新的分析技术推动下稳步发展.虽然代谢组学本身还存在一些不足,但许多研究者以解决问题为出发点,提出了一些新的研究策略、方法和技术.代谢组学发展呈现出整合一体化,定量化和标准化的趋势.本文对代谢组学的概况,现在的发展情况和未来的趋势进行综述.     

基于植物代谢组学的新疆一枝蒿产地标志物多维度研究

采用基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)联用技术的植物代谢组学分析方法,以采集自阿勒泰富蕴、哈密两个地区的新疆一枝蒿植物为研究对象,开展多维度代谢组分析,从人工栽培和野生品种两种角度,花、茎、枝叶3个层面,考察产地对于内源性代谢物的影响。同时,靶向分析了25种已知代表性代谢物在不同组别中的水平;结合非靶向与靶向分析,阐明不同产地该植物的代谢特征。结果表明,无论是人工栽培品种还是野生品种,不同产地样本的代谢组之间具有显著差异,在野生品种中表现更为突出。最终,从人工栽培品种筛选出29种已知结构类别的差异代谢物,包括10种黄酮类化合物、12种绿原酸类似物、7种一枝蒿酮酸衍生物;从野生品种筛选出45种已知结构类别的差异代谢物,包括17种黄酮类化合物、14种绿原酸类似物、14种一枝蒿酮酸衍生物。25种已知代表性代谢物中,8种在人工栽培品种中、11种在野生品种中表现出了产地差异性。本研究为药用植物新疆一枝蒿的产地鉴别、质量评价体系建立提供了新的研究策略和研究基础。     

基于液相色谱-质谱联用技术的心肌缺血大鼠血清和心肌组织代谢组学

采用异丙肾上腺素诱导心肌缺血大鼠模型,使用液相色谱-质谱法检测血清和心肌中的内源性成分,应用软件对已鉴定的40余种目标成分进行靶向提取,用主成分分析(PCA)、有监督偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)对代谢组学数据进行多维度统计分析,筛选潜在生物标志物。与对照组相比,在心肌缺血模型组大鼠血清、组织中检测出18个差异代谢物,涉及精氨酸和脯氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、谷氨酰胺和谷氨酸代谢、牛磺酸和亚牛磺酸代谢等多条代谢通路。代谢产物可作为心肌缺血研究中的重要标志物,该研究结果有助于揭示心肌缺血的发病机制,可为临床疾病诊断提供思路。     

Determination of Chloramphenicol in Milk Using a QuEChERS-Based on Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry Method

A quantitative method for the determination of chloramphenicol in milk samples was developed based on the QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe) approach for liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC–MS/MS). Homogenized milk samples were extracted with acetonitrile. The partitioning step was performed after the addition of magnesium sulfate and sodium chloride. Chloramphenicol was determined using the electrospray negative ionization mode with tandem mass spectrometry. The procedure was validated according to the requirements of Commission Decision 2002/657/EC. The apparent recovery ranged from 90% to 110% and within-laboratory reproducibility was lower than 12%. The calculated limit of decision was 0.10 μg kg^?1 and the detection capability was 0.15 μg kg^?1. Validation results demonstrated that this method fulfills criteria for the determination of chloramphenicol in milk.     

Detection of Ultratrace Chloramphenicol Residues in Milk and Chicken Muscle Samples Using a Chemiluminescent ELISA

A competitive indirect chemiluminescent enzyme-linked immunoassay (CL-ELISA) for chloramphenicol (CAP) residues in milk and chicken muscle has been developed. Due to the unique characteristic of the polyclonal antibody, special reaction system and modified extract method, then after optimization (concentration of Tween-20, concentration of PB and pH, incubation time, and temperature), the method gave a detection limit of 0.92 ng/L and a detection range of 3.16–3035 ng/L, with the IC₅₀ of 17.29 ng/L in optimum condition and real sample matrix. When CAP was spiked in milk and chicken muscle at levels of 5–100 ng/L, recoveries ranged from 104.9%–114.8% and 101.0%–118.8%, with coefficients of variation of 3.0%–14.6% and 9.5%–14.4%, respectively. In an actual chicken muscle residue study, although the extract of samples diluted 10-fold, or even 100-fold, which represents extremely lower concentration of CAP, the results obtained by CL-ELISA correlated well with those obtained by gas chromatography with microcell electron capture detector. The developed method is therefore suitable for screening of ultratrace CAP residues in milk and chicken muscle samples.     

伏安免疫法检测牛奶中氯霉素残留

为探索用于现场检测牛乳中氯霉素(CAP)残留的高灵敏度及特异性强的免疫传感器方法,本实验在制备CAP单克隆抗体的基础上,以卵清蛋白-氯霉素(OVA-CAP)偶联物为包被抗原,并将其包被到聚苯乙烯反应板上;在孵育反应中,样品中的CAP与OVA-CAP竞争结合CAP单克隆抗体,洗涤后加入碱性磷酸酶(ALP)标记的二抗,经再次孵育及洗涤后加入对硝基苯磷酸(pNPP)底物液;反应终止后用线性导数伏安法记录pNPP水解产物的氧化峰电流。实验结果表明,用免疫传感法测试CAP的灵敏度高于传统的间接竞争酶联免疫吸附法(ELISA)。该方法检测CAP的检出限为0.064μg/L;检测线性范围为0.15~600μg/L,测试牛奶样品的平均回收率为89.8%。另外,由于免疫电化学传感器体积较小,便于携带,操作简单,可实现牛乳样品中CAP残留的现场检测。     

N-乙酰半胱氨酸保护下给药钆-二乙三胺五乙酸后慢性肾衰大鼠的尿液代谢组学研究

N-乙酰半胱氨酸(NAC)有减轻造影剂引发肾损伤的作用,但其作用机制尚未明确.本研究采用基于1H NMR的代谢组学方法,结合正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA),在NAC保护下对慢性肾衰大鼠给药造影剂钆-二乙三胺五乙酸(Gd-DTPA), 通过分析大鼠尿液中内源性代谢物的变化,研究了NAC对慢性肾衰大鼠的保护机制.结果表明,慢性肾衰大鼠能量代谢、尿素循环等代谢通路发生紊乱.给药Gd-DTPA后,大鼠尿液中胆碱、N-氧三甲胺、邻羟基苯乙酸苯酯、对羟基苯乙酸苯酯、马尿酸、甘氨酸、烟酸、牛磺酸减少,尿囊素增加;而在NAC保护下相关代谢产物向模型组的恢复,说明NAC对Gd-DTPA引发的大鼠肠道细菌代谢、肝线粒体代谢、犬尿氨酸代谢紊乱及氧化损伤具有一定修复作用.NAC对尿素循环代谢的改善可能减轻大鼠体内的肾损伤,而其对细胞中谷胱甘肽的补充可能减轻Gd-DTPA造成的氧化损伤.     

给药硝酸钕后大鼠完整肝组织及肝组织提取物的NMR代谢组学研究

通过分析不同给药剂量硝酸钕[Nd（NO3）3][2,10,50mg／kg（体重）]后,雄性Wistar大鼠完整肝组织的MAS1HNMR谱和肝组织提取物的^1H NMR谱,结合肝组织病理切片图,研究了稀土化合物Nd（NO3）3在大鼠体内的急性生物效应．利用模式识别方法对给药Nd（NO3）3组和对照组大鼠肝组织^1H NMR谱图数据进行了分析．结果表明,腹腔注射Nd（NO3）3后,大鼠肝脏中甘油三酯、亮氨酸（异亮氨酸）、乳酸、丙氨酸、丙酮酸、磷酸胆碱和葡萄糖含量升高,氮氧三甲胺含量降低．肝脏病理图显示,50mg／kg（体重）组大鼠肝细胞可见微小坏死灶和门管区炎细胞轻度增多．推测硝酸钕能影响大鼠肝脏中能量代谢（糖代谢和脂肪代谢）和氨基酸代谢,对大鼠肝脏造成损伤,且其损伤程度随剂量的增加有增强趋势．     

磁敏传感器竞争免疫法检测牛奶中的氯霉素残留量

利用直接竞争免疫原理和巨磁致电阻效应,建立了磁敏生物传感器检测氯霉素的方法。制备氯霉素半抗原芯片,依次加入待测样品、生物素化抗体、链霉亲和素磁颗粒偶联物,使之发生竞争免疫反应,再利用传感器检测芯片上结合的磁颗粒数目。通过对检测条件的优化,建立了氯霉素浓度与磁颗粒数目的标准工作曲线。本方法的检测范围为0.05～100.0μg/L;检出限为50 ng/L;用于牛奶检测,回收率为95.97%～99.36%;批内相对标准偏差为0.8%～3.9%,批间相对标准偏差为1.1%～1.7%;与ELISA方法的一致相关系数达到0.98。本方法可在30 min内快速完成定量检测,为快速多靶标磁敏竞争免疫检测体系的建立提供了可行性。     

魔角旋转核磁共振代谢组学方法对镧、铈急性生物效应的比较研究

利用高分辨魔角旋转核磁共振(MAS 1H NMR)技术对腹腔注射不同剂量[2, 10, 50 mg/kg(体重)]的硝酸镧[La(NO3)3]和硝酸铈[Ce(NO3)3] 的雄性Wistar大鼠肝、肾组织的MAS 1H NMR谱进行比较分析, 研究了La(NO3)3和Ce(NO3)3的急性生物效应, 并结合模式识别技术对不同剂量La(NO3)3和Ce(NO3)3的急性生物效应进行了分类. 研究结果表明, La(NO3)3对大鼠的急性毒性主要表现为肝毒, Ce(NO3)3对大鼠肝、肾同时造成损伤. 该方法可用于其它稀土及金属化合物的毒性预测和毒理学研究.     

肉类中氯霉素(CAP)的高效液相色谱测定法

本文叙述用高效液相色谱法对注入猪体中的氯霉素进行测定的方法。此法检出下限为0.002mg/kg;对于含量为0.01mg/kg量级的回收率为75%。     

五味子治疗大鼠糖尿病肾病作用机制的血清代谢组学研究

采用基于超高效液相色谱与串联四级杆飞行时间质谱仪(Ultra-performance liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry,UPLC/Q-TOF-MS)联用技术的代谢组学方法,通过分析大鼠血清内源性代谢物的变化,研究五味子治疗糖尿病肾病的作用机制。利用高脂高糖饲料喂养并腹腔注射链脲佐菌素(STZ)建立糖尿病大鼠模型。给药12周后,采用试剂盒方法测定尿蛋白、尿肌酐的含量,结果表明五味子水提取物可以显著降低模型动物的尿蛋白含量(p<0.05),对糖尿病大鼠肾病并发症具有一定的改善作用。采用UPLC/Q-TOF-MS方法分析了五味子对糖尿病肾病大鼠的血清代谢轮廓,分析了健康组、模型组和五味子给药组的大鼠血清,采用偏最小二乘法-判别分析(Partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)进行数据分析。PLS-DA得分图显示健康组、模型组和五味子组的代谢轮廓有显著差别,根据正交偏最小二乘法-判别分析(Orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)载荷图筛选,将对各组分离贡献大的化合物的串联质谱分析数据,经Human Metabolome Database(HMDB)等数据库检索,进行质谱信息匹配,鉴定出黄尿酸、油酰胺、棕榈酰胺、尿酸、5-羟基己酸、硫酸对甲酚、对甲酚葡萄糖苷酸7种内源性代谢物为生物标记物。研究结果表明五味子通过影响色氨酸代谢、嘌呤代谢、肠内菌代谢、脂肪酸代谢等通路对糖尿病肾病发挥治疗作用,其中嘌呤代谢、肠内菌代谢通路可能是五味子发挥治疗作用的重要途径。     

GC-MS测定水产品中氯霉素的残留量

报道了利用气相色谱-质谱联用技术分析水产品中氯霉素的残留量。试样中的氯霉素用乙酸乙酯提取,经正己烷去脂,及硅烷化试剂衍生后,用配有负化学电离源的气-质联用仪测定,选择离子的质量数为466、468、470、376。衍生物的峰面积与样品质量浓度在0.5~250μg/L范围内呈良好的线性,相关系数为0.9996。当添加水平为0.5~10.0μg/kg时,回收率为74.8%~84.8%,相对标准偏差为4.90%~8.99%。