代谢组学及其分析技术的研究进展

代谢组学是一门对生物体或细胞中全部低分子质量代谢产物进行定性、定量分析的学科,将在内外因素的作用下产生的代谢物质的动态变化与病理生理相关联。它主要应用在微生物学、植物学、食品及营养科学、毒理学研究、临床疾病诊断及药物开发等领域。本文对代谢组学的研究流程及各种分析技术在代谢组学中的应用和特点,各种分析技术各自的优缺点等进行了综述。并对相关技术要点和实际应用中存在的问题进行了讨论。     

福多司坦对慢性阻塞性肺疾病患者小气道功能及气道炎症状态的影响观察

目的观察福多司坦对慢阻肺患者小气道功能及气道炎症状态的影响。方法选取2017年2月～2018年1月的66例慢阻肺患者为研究对象,所有患者随机均分为两组(对照组和观察组)。对照组进行常规慢阻肺治疗,观察组则在对照组的基础上加用福多司坦。比较两组患者治疗前后的小气道功能及气道炎症状态(痰液炎性细胞因子)。结果治疗前两组的小气道功能及痰液炎性细胞因子比较,两组间的差异无统计学意义(P> 0.05),治疗后观察组的小气道功能及痰液炎性细胞因子明显改善,且优于对照组,两组间的差异有统计学意义(P <0.05)。结论福多司坦对慢阻肺患者小气道功能及气道炎症状态有较好的改善作用,在慢阻肺患者中具有较高的应用价值。     

福多司坦对肺癌细胞黏蛋白MUC1和MUC5AC的抑制作用研究

目的 探讨黏痰溶解剂福多司坦对肺癌细胞高表达的黏蛋白MUC1和MUC5AC的调控作用。方法 首先采用分子对接技术将福多司坦、原配体和阳性药与MUC1和MUC5AC蛋白进行对接,初步得到福多司坦、原配体及阳性药与靶蛋白的结合能与分子-蛋白相互作用活性对接口袋。然后采用体外PCR与ELISA从细胞层面探讨不同浓度福多司坦对TNF-a诱导的高表达MUC1和MUC5AC的调控作用。结果 分子对接结果显示福多司坦与MUC1和MUC5AC均能自发结合,并且福多司坦与MUC1的结合比MUC5AC更为紧密。细胞试验表明,不同浓度福多司坦(1~10 mmol·L^–1)可以降低肺癌A549细胞在TNF-a刺激下引起的MUC1和MUC5AC的高表达,也可降低NCI-H292细胞在TNF-a刺激下引起的MUC1的高表达。首次发现福多司坦能阻断肺癌细胞A549的MUC1蛋白表达,并且对MUC1蛋白的抑制呈现浓度依赖性。结论 福多司坦可抑制A549细胞黏蛋白MUC5AC和MUC1的表达,也可抑制NCI-H292细胞黏蛋白MUC1的表达,为进一步研究对肺癌细胞转移和侵袭的干预作用以及辅助肺黏液型肺癌患者的临床治疗提供理论依据。     

来氟米特干预类风湿关节炎大鼠代谢组学研究

目的：基于代谢组学技术探讨来氟米特干预类风湿关节炎（RA）大鼠的作用机制。方法：使用CⅡ型胶原诱导雌性Wistar大鼠建立稳定的RA模型。来氟米特治疗21天后,评价各组大鼠关节肿胀情况,分析踝关节切片病理染色结果,检测血清IL-1β、IL-6和IgG含量并计算脾指数。利用代谢组学技术研究疾病导致的体内代谢变化,并分析药物干预疾病的代谢通路。结果与结论：来氟米特可显著改善RA大鼠关节肿胀度及踝关节病理变化,并降低大鼠血清中的IL-1β、IL-6和IgG水平（P < 0.01）。血清代谢组学结果表明,来氟米特通过显著回调14个内源化合物,干预谷胱甘肽、半胱氨酸、蛋氨酸、花生四烯酸、色氨酸及嘌呤的代谢,发挥对RA大鼠的保护作用。     

细胞代谢组学及其应用

细胞代谢组学通常被定义为胞内和细胞膜小分子代谢物的集合,而代谢物参与胞内进程的多种变化,其浓度可近似地反映一个器官、组织或细胞的表型。细胞代谢组学是一个新兴发展的领域,它可解决基本的生物学问题,并允许观察细胞内的代谢现象。在后基因时代,与当前其他常用的方法相比,细胞代谢组学具有许多潜在的优势,已成为一个有前途的分析工具。现简要综述细胞代谢组学的主要研究流程及其应用、与其他组学联用等方面的研究进展。     

基于GC-MS技术的金钱草干预结晶肾损伤小鼠血清代谢组学研究

目的 利用血清代谢组学方法监测结晶肾损伤相关的代谢变化,评价金钱草提取物治疗结晶肾损伤的作用。方法 将21只野生型C57BL/6小鼠随机分为3组：空白对照组、结晶肾损伤模型组和金钱草干预组。采用乙醛酸盐诱导小鼠结晶肾损伤模型,给予6 d相应的治疗后,取小鼠血清进行气相色谱-质谱联用仪分析,结合模式识别筛选模型组和对照组之间的差异代谢物,并以此评价金钱草的治疗作用。结果 血清代谢组学分析鉴定了14种结晶肾损伤相关的生物标志物,包括嘌呤代谢物、氨基酸代谢物、脂肪酸代谢物等,同时数据显示金钱草提取物对结晶肾损伤有改善作用。结论 金钱草提取物能够通过调节失衡的嘌呤代谢、氨基酸代谢、糖代谢等途径而发挥预防和治疗结晶肾损伤作用。     

基于代谢组学的柠檬烯抗非小细胞肺癌作用机制研究

目的 采用非靶向代谢组学等方法，探究柠檬烯抑制非小细胞肺癌增殖的作用机制。方法 以肺癌A549细胞为研究对象，通过CCK-8法测定柠檬烯抑制A549细胞活力及IC₅₀；通过集落形成、流式细胞检测、铁含量测定及线粒体染色等实验，分别评价柠檬烯的体外抗肺癌及诱导铁死亡作用；代谢组学分析发现柠檬烯的潜在作用通路；最后采用Western blotting对相关通路主要蛋白进行验证。结果 与对照组相比，柠檬烯给药组可以显著抑制A549细胞的增殖及集落的形成，且呈剂量依赖性；光学显微镜观察发现，柠檬烯给药后A549细胞出现脱落现象，并可显著改变其形态；同时柠檬烯具有诱导A549细胞凋亡作用，并阻滞在G₀-G₁期；共聚焦显微镜发现柠檬烯作用后，A549细胞线粒体荧光减弱，同时细胞内铁含量亦显著增加，呈现典型的铁死亡表现；代谢组学研究发现谷胱甘肽(glutathione，GSH)代谢、精氨酸生物合成、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢及半胱氨酸和蛋氨酸代谢等多条差异代谢通路，这些通路与细胞内GSH合成密切相关；Western blotting实验发现，柠檬烯给药后细胞中SLC40A1、SLC7A11(xCT)及GPX4蛋白含量显著减少。结论 柠檬烯抗肺癌作用机制可能与降低肺癌细胞中GSH合成及增加Fe²⁺含量诱导其铁死亡有关。     

吸烟及非吸烟肺癌患者的尿液代谢组学比较研究

目的探讨吸烟对肺癌患者体内代谢物质变化的影响。方法收集唐山市人民医院2012年9月-2017年9月诊治的60例肺癌患者尿液样本,其中发现数据集包括吸烟史20例,无吸烟史20例,验证数据集包括吸烟史10例,无吸烟史10例。采用LC-MS法对肺癌尿液样本进行非靶向代谢组学研究,利用主成分分析法(PCA)和偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)进行多元统计学分析。结果本研究发现有吸烟史肺癌组与无吸烟史肺癌组患者的尿液代谢图谱存在显著差异,并检测到17个差异有统计学意义(P<0.05)的代谢特征离子。与无吸烟史肺癌组患者相比,有吸烟史肺癌组患者尿液中3种代谢特征离子含量显著上升,14种代谢特征离子含量显著下降,基于KEGG代谢通路富集分析并发现吸烟会影响肺癌患者体内的酪氨酸代谢通路。此外,本研究还采用独立验证数据集对发现的17个差异有统计学意义的代谢特征离子进行验证,发现这些差异代谢特征能够较好地区分吸烟与非吸烟肺癌患者组,其预测准确度达75%,灵敏度为80%和特异性为70%。结论吸烟肺癌患者呈现出不同于非吸烟肺癌患者的尿液代谢谱图特征,尿液中多种代谢物的含量显著改变表明吸烟会影响肺癌患者体内物质代谢,这为进一步实验与临床研究提供了一定的参考依据,并为实现吸烟与非吸烟肺癌患者的个体化精准医疗提供一定的指导。     

代谢组学研究技术进展

目的 介绍代谢组学研究技术的最新进展。方法 综合国内外文献报道,介绍当前代谢组学研究中样品制备、仪器分析技术、数据处理方法和结果分析的最新研究概况。结果 代谢组学研究技术取得了一定进步,拓宽了代谢组学的应用范围。结论 自动化、标准化、整合化和完整化将是代谢组学研究技术的发展方向。     

代谢组学研究技术进展

目的介绍代谢组学研究技术的最新进展。方法综合国内外文献报道,介绍当前代谢组学研究中样品制备、仪器分析技术、数据处理方法和结果分析的最新研究概况。结果代谢组学研究技术取得了一定进步,拓宽了代谢组学的应用范围。结论自动化、标准化、整合化和完整化将是代谢组学研究技术的发展方向。     

糖尿病周围神经病变患者尿代谢组学研究

目的：采用气相色谱-质谱联用技术（GC/MS）技术,分析糖尿病周围神经病变患者尿液中小分子代谢物,为糖尿病周围神经病变的发生机制和早期诊断提供代谢水平上的依据。方法：采用气相色谱-质谱联用技术（GC/MS）检测40例正常人（正常组）、20例单纯糖尿病患者（单纯组）以及40例糖尿病周围神经病变患者（合并组）的尿液样本中小分子代谢物。采用主成分分析法（PCA）和偏最小二乘法判别分析方法（PLS-DA）观察正常组、单纯组以及合并组的代谢谱的变化。结果：正常组和单纯组的代谢谱区分良好,正常组和合并组的代谢谱也能良好的区分。利用Wiley和NIST等数据库筛选和及本实验室建立的标准品代谢物谱库,鉴定了17个与糖尿病周围神经病变密切相关的潜在生物标志物。经过代谢通路分析,糖尿病周围神经病变患者体内存在牛磺酸和亚牛磺酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等代谢异常。结论：糖尿病周围神经病变发生与牛磺酸和亚牛磺酸代谢、甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢等代谢异常有关,尿液中鉴定的代谢物有望成为糖尿病周围神经病变诊断的潜在生物标志物。     

气相色谱-质谱联用结合代谢组学方法研究不同极化状态下小胶质细胞的代谢差异

目的 运用代谢组学方法阐明经典激活型(M1型)、选择活化型(M2型)和静息态小胶质细胞的代谢差异。方法 将体外培养小鼠小胶质细胞系(BV2)细胞,分为M1组、M2组和静息态组,用实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)检测特异性mRNA的表达差异以确定细胞极化状态,采用基于气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术的代谢组学方法阐明代谢变化。结果 发现M1型与静息态细胞的差异代谢物15个,M2型与静息态细胞的差异代谢物15个。结论 通过代谢组学方法可以找到小胶质细胞极化的差异代谢物,并解释其可能的极化机制,为神经退行性疾病的防治提供了理论依据。     

基于转录组学探讨白花蛇舌草总黄酮抗肺癌A549细胞生长机制

目的 利用转录组学技术揭示白花蛇舌草总黄酮提取物抑制肺癌细胞生长的作用机制。方法 首先制备白花蛇舌草总提取物和总黄酮提取物,采用CCK8法检测不同剂量的白花蛇舌草总提取物和总黄酮(50、100、200 mg·L^-1)对肺癌细胞株A549细胞增殖活性的影响。然后,选择最佳剂量的总黄酮干预肺癌细胞,采用CCK8法、划痕实验、Transwell侵袭实验检测白花蛇舌草总黄酮对肺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响,并进行转录组测序。最后,对转录组数据分别进行差异分析、功能富集分析、蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)分析。结果 白花蛇舌草总提取物和总黄酮提取物均能显著抑制肺癌细胞增殖活性,且总黄酮作用优于总提取物。转录组学分析共筛选出1 134个差异表达基因,这些基因富集于MAPK信号通路、WNT信号通路、转化生长因子β信号通路、p53信号通路等多条癌症相关信号通路。从差异基因的PPI网络中筛选得到10个关键基因,分别为TTK、NUSAP1、CDCA8、KIF2C、MELK、CCNB2、CCNB1、KIF20A、BUB1、CEP55。结论 白花蛇舌草总黄酮成分抗肺癌细胞生长的作用...     

基于UHPLC-QE-MS技术的两色金鸡菊总黄酮干预肺癌移植瘤小鼠瘤组织的代谢组学研究

目的 利用超高效液相色谱-质谱联用(UHPLC-QE-MS)技术,分析两色金鸡菊总黄酮(CTFs)对非小细胞肺癌移植瘤裸鼠瘤组织中代谢物的影响,初步探讨其抗瘤作用的潜在机制。方法 建立非小细胞肺癌移植瘤裸鼠模型。CTFs干预组(100 mg·kg^-1)从小鼠接种肿瘤细胞起灌胃给药;CTFs治疗组(100 mg·kg^-1)从移植瘤体积达40～50 mm³后开始灌胃给药,模型组给予等量的羧甲基纤维素钠盐溶液,每天1次,连续21 d,记录瘤质量和体积,并进行苏木精-伊红染色。用UHPLC-QE-MS技术对3组瘤组织进行代谢组分析,用主成分分析法(PCA)和正交偏最小二乘判别分析法(OPLS-DA)筛选出相关差异代谢物,通过KEGG、HMDB数据库进行潜在的代谢通路分析。结果 模型组、CTFs干预组和CTFs治疗组瘤质量分别为(0.60±0.15)、(0.21±0.14)、(0.52±0.23)g,瘤体积分别为(453.89±72.38)、(306.71±70.35)、(422.20±77.55)mm³,与...     

特布他林联合福多司坦治疗缓解期慢性阻塞性肺疾病的临床研究

目的探讨硫酸特布他林雾化液联合福多司坦片治疗缓解期慢性阻塞性肺疾病的临床疗效。方法选取2015年1月—2016年1月天津市南开医院呼吸内科收治的缓解期慢性阻塞性肺疾病患者102例,采用随机数字表法将所有患者分为对照组和治疗组,每组各51例。对照组口服福多司坦片,2片/次,3次/d。治疗组在对照组基础上雾化吸入硫酸特布他林雾化液,2 mg/次,3次/d。两组患者均治疗2周。观察两组的临床疗效,比较两组的肺功能、血气指标和炎症因子。结果治疗后,对照组和治疗组的总有效率分别为76.5%、92.2%,两组比较差异有统计学意义(P0.05)。治疗后,两组呼气高峰流量(PEFR)、用力呼气中期流速占预测值的百分比(MMF%)、用力肺活量占预测值的百分比(FVC%)和第1秒用力呼气量占预测值的百分比(FEV1%)均明显升高,同组治疗前后比较差异有统计学意义(P0.05);且治疗组这些观察指标上升程度明显优于对照组,两组比较差异具有统计学意义(P0.05)。治疗后,两组pO_2和pH值均明显增高,pCO_2均明显降低,同组治疗前后比较差异有统计学意义(P0.05);且治疗组这些观察指标的改善程度明显优于对照组,两组比较差异具有统计学意义(P0.05)。治疗后,两组血清白细胞介素-6(IL-6)和白细胞介素-8(IL-8)水平均明显下降,α1-抗胰蛋白酶(α1-AT)水平均明显升高,同组治疗前后比较差异有统计学意义(P0.05);且治疗组这些观察指标的改善程度明显优于对照组,两组比较差异具有统计学意义(P0.05)。结论硫酸特布他林雾化液联合福多司坦片治疗缓解期慢性阻塞性肺疾病具有较好的治疗效果,可改善肺功能,调节血气指标和炎症因子,具有一定的临床推广应用价值。     

基于LC-MS代谢组学研究黄芪注射液对白细胞减少症模型小鼠的干预作用

目的:研究黄芪注射液对白细胞减少症模型小鼠的干预作用。方法:将昆明种小鼠随机分为正常组、模型组和药物组,每组8只。模型组和药物组小鼠均腹腔注射环磷酰胺以复制白细胞减少症模型,正常组小鼠腹腔注射等体积无菌注射用水。造模成功后,正常组和模型组小鼠均腹腔注射等体积无菌注射用水,药物组小鼠腹腔注射黄芪注射液0.04 mL/10 g,每日1次,连续7d。在检测各组小鼠血常规指标(白细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、单核细胞计数)的基础上,采用液质联用技术(LC-MS)分析血清中的代谢产物,并通过主成分分析(PCA)、偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)、正交偏最小二乘法-判别分析(OPLS-DA)等多元统计分析以及HMDB、METLIN、KEGG等数据库和相关文献指认、鉴定差异代谢物;借助MetPA在线工具对差异代谢物的代谢通路进行分析,并基于皮尔逊相关系数分析血常规指标与差异代谢物的相关性。结果:与正常组比较,模型组小鼠血常规指标计数均显著减少(P<0.01);与模型组比较,黄芪注射液组小鼠上述血常规指标均显著增加(P<0.01)。正常组和模型组小鼠血清样品的LC-MS图谱明显不同,且...     

二至丸干预大鼠急性酒精肝损伤的尿液代谢组学研究

目的：研究酒精致急性肝损伤模型大鼠尿液内源性代谢物的变化特点及二至丸对异常代谢的调节作用,寻找二至丸治疗急性酒精肝损伤的潜在代谢生物标志物,以探索二至丸对酒精性肝损伤的保护作用机制。方法：以白酒灌胃法建立急性酒精肝损伤大鼠模型,基于快速分离液相色谱串联四极杆飞行时间质谱（RRLC-Q-TOF/MS）技术分析空白组、模型组、二至丸给药组大鼠尿样代谢轨迹,通过单因素方差分析（ANOVA）结合正交偏最小方差判别分析（OPLS-DA）,研究各组之间的代谢物组差异。结果：初步鉴定出可能的10种潜在代谢生物标志物,这些内源性成分在二至丸给药组大鼠尿液中恢复明显。结论：二至丸可以使酒精性肝损伤大鼠尿液中一些代谢物水平得到不同程度的恢复,其治疗作用可能与4条相关代谢通路的调节有关。     

卡托普利干预自发性高血压大鼠血清代谢组学研究

目的通过代谢组学方法研究卡托普利干预自发性高血压大鼠血清内源性代谢物的变化,进一步探索卡托普利的作用机制。方法采用快速高分离液相-四级杆飞行时间串联质谱联用技术采集大鼠血清内源性代谢物信息,经偏最小二乘法判别分析,识别显著差异的变量,鉴定潜在生物标志物。结果正常组、模型组、卡托普利组的血清内源性代谢物、代谢模式发生了明显变化。经数据库查询共确定了4个生物标记物及其代谢途径,与血管内皮功能密切相关。结论代谢组学从机体整体代谢角度揭示了卡托普利保护血管内皮功能的可能作用机制,在阐释药物复杂的作用机制方面显示出了独特的潜力。