代谢物组学应用的领域之三——诊断代谢物组学

1诊断代谢物组学概念和特点代谢物组学[1]是一种新兴的研究生物体系中代谢物组的技术和方法。这种全面的、高通量的分析技术用来分析生物提取物中复杂的代谢混合物。代谢物组学目前主要应用于疾病诊断、药物代谢、植物代谢、毒理代谢等方面。尤其是在诊断代谢物组学方面,近几年来发展了一些新的技术和方法。疾病发生伴随着病人体内病理变化,使得代谢产物也随之发生某种相应的改变。诊断代谢物组学就是通过对这些由疾病诱导产生的代谢产物的变化进行分析,运用化学计量学等方法对疾病组和正常组进行分类,帮助了解病变过程和机体内代谢途径,寻…     

高血压特征代谢物组研究进展及其在中医证候分型中的应用

高血压是最常见的慢性非传染性疾病,是心血管疾病的主要危险因素。已有研究表明,代谢紊乱是现代高血压病发病的重要环节。代谢组学作为检测体内代谢物的技术之一,可以反应不同状态下体内代谢物组水平的变化,已应用于探索高血压诊断、预防和治疗的生物标志物。同时,中医对于高血压进行辨证论治和整体治疗是高血压中医诊疗的特色。本文首先综述了高血压特征性代谢物组研究进展,并对利用代谢组学技术在高血压证候分型中的应用也进行了介绍,以期为高血压证候研究提供现代科学基础。     

代谢组学在高血压研究中的应用

高血压是一种最常见的慢性病,是多种心、脑血管疾病的重要危险因素。由于其多基因、多因素及异质性的特征,病理机制尚未完全阐明,也未收到令人完全满意的疗效。代谢组学以整体的视角对生物体的代谢网络变化进行研究,并将代谢物与生物过程关联起来,揭示机体变化。近年来,研究者们将代谢组学方法运用于高血压的研究,分别从发病机制、潜在生物标志物、生活方式干预的影响、降压药物起效机制等方面,以人或动物的血液、尿液或组织中代谢产物为研究对象,运用非靶向或靶向的思路开展研究。肠道菌群、氧化应激、脂肪酸、氨基酸等代谢通路成为新的关注点,由此发现的代谢物(组)有可能作为潜在的生物标志物,进一步成为高血压早期诊断的依据以及治疗的靶点。此外,中医药无论在辨证或者治疗上都是一个整体复杂系统,代谢组学与之十分契合,中医药工作者也将该方法运用于高血压中医辨证分型的生物学基础及降压中药作用机制的阐明。不同证型之间代谢物组有明显差异,中药治疗可以在很大程度上恢复高血压带来的代谢物扰动,这很可能是中药降压的药理途径之一。近年来高血压代谢组学研究已取得诸多进展,但在数据分析与整合(不同研究之间、不同组学之间)及因果关系的探讨等方面仍面临挑战。     

基于微生物-代谢组学研究尿毒清颗粒改善大鼠慢性肾病的作用及机制

采用微生物组学结合代谢组学的方法，研究尿毒清颗粒干预SD大鼠慢性肾脏疾病的作用，并初步探究其作用机制。采用腺嘌呤诱导的方法制备SD大鼠慢性肾脏疾病模型，模型构建成功后，将动物随机分为阴性对照组和尿毒清颗粒处理组，同时设立正常对照组，每组8只。给药4周后，分别收取动物粪便及血清，采用16S rDNA测序分析肠道微生物丰度、多样性以及功能预测；采用LC-MS进行高通量测序检测动物血清代谢物；利用MetPA数据库筛选出慢性肾脏疾病大鼠潜在的生物学标志物，并进行代谢通路的富集分析。Spearman法分析2个组学之间的相关性。结果显示，尿毒清颗粒可有效改善慢性肾脏疾病大鼠体质量减轻、肾脏功能相关生化及外观指标。16S rDNA测序结果表明，尿毒清颗粒可调节慢性肾脏疾病大鼠肠道菌群的多样性和组成；肠道微菌群的改变，影响了氨基酸生物合成和代谢、脂类代谢、碳水化合物代谢等功能代谢途径。LC-MS检测结果显示，相对于阴性对照组，尿毒清颗粒处理组动物有15种代谢物发生逆转，其中有11种潜在标志代谢物显著上调，有4种潜在标志代谢物显著下调；主要涉及5条氨基酸代谢通路，且与肠道菌群的改变具有显著相关性。尿毒清...     

代谢组学生物标记物在儿童支气管哮喘中的作用

支气管哮喘急性发作是指在接触过敏原等诱因后支气管出现可逆性的气道痉挛,其发病机制与嗜酸性粒细胞及肥大细胞等多种组织细胞及组织成分参与气道高反应相关,以突然发生喘息、咳嗽、胸闷、气促等为主要临床表现,是儿童最常见的呼吸系统疾病。控制哮喘疾病的高发病率,以及缓解哮喘疾病对患儿带来的身心健康的影响成为医学研究人员的重要任务之一。代谢组学作为近年来新兴一门学科,是研究生物体系受到外界刺激或干扰后,其体内各个代谢通路中的小分子代谢物质与某疾病的病理生理改变及其变化规律的科学。众多国内外医学工作者,从哮喘患者血液、尿液、呼气冷凝液以及组织所产生的代谢物中寻找标志性生物标记物,基于代谢组学生物标记物的基础上,进行中医证候分型以及哮喘疾病的治疗及预防。     

慢性阻塞性肺疾病急性加重痰热壅肺证尿液代谢组学研究

目的 运用代谢组学技术对比慢性阻塞性肺疾病急性加重(AECOPD)痰热壅肺证患者与健康人的尿液，寻找其可能的尿液代谢标志物，并分析可能的代谢通路。方法 选择10例AECOPD痰热壅肺证患者为试验组，选择同期10例体检健康者为空白组，通过液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术检测2组尿液的差异代谢物，并利用主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)的方法对差异代谢物进行筛选，再通过京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库和人类代谢组数据库(HMDB)进行通路富集分析并筛选重要的差异代谢物。结果 通过代谢组学技术对比，共筛选出143个差异代谢物，其中上调的代谢物有59个，下调的代谢物有84个，上升的是咖啡因、可可碱、1,7-二甲基尿酸等，下降的是肉毒碱、泛酸、L-半胱氨酸等。2组差异代谢物再经过KEGG数据库和HMDB数据库进行通路富集分析并筛选显示，主要涉及半胱氨酸和蛋氨酸代谢(Cysteine and methionine metabolism)、色氨酸代谢(Tryptophan metabolism)、缬氨酸，亮氨酸和异亮氨酸的降解(Valine, leuci...     

代谢组学在心衰中医诊疗中的应用

代谢组学等系统生物学的诞生,在中医学与现代医学之间架起了“桥梁”。代谢组学技术现已在心衰患者中有了广泛应用。大量研究发现在心衰患者的疾病发展过程中,往往伴随着大量代谢物质的变化。文章概括心衰的代谢物质变化、心衰各个中医证型的不同代谢组学特征以及中医药改善心衰代谢物质的相关研究,探讨代谢组学在心衰疾病诊断、中医证候类型识别和中医药防治心衰疗效评估三个方面的价值。     

代谢组学在临床慢性肾病诊断中的应用及研究＊

慢性肾病已成为一个重要的公共卫生问题，其特征表现为肾功能不全，但在疾病早期没有明显临床症状，因缺乏敏感性和特异性生物标志物使疾病早期诊断和治疗复杂化致其发病率和死亡率不断升高。代谢组学在促进临床诊断、发现疾病治疗新靶点、探索潜在疾病机制等方面显示出越来越大的潜力。慢性肾病相关代谢组学研究表明，慢性肾病与许多代谢物的失调密切相关，如氨基酸、脂质，可被用作潜在生物标记进行开发。该综述从慢性肾病临床诊断研究现状、代谢组学在慢性肾病中的应用、慢性肾病相关代谢物等方面进行总结阐述。     

基于代谢组学中医湿证不同分期糖尿病肾病患者生物标志物研究

目的 基于代谢组学技术探讨糖尿病肾病（DKD）湿证患者血清差异代谢谱，寻找与DKD患者不同分期相关的潜在生物标志物。方法 采用高效液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术，分析广东省中医院生物资源标本库诊断为DKD的患者血清代谢谱，应用代谢组学处理软件ProgenesisQI和KEGG、HMBD数据库统计分析，筛选湿证与非湿证间、以及不同分期DKD患者间的差异代谢物。采用ROC分析对上述差异代谢物的诊断性能进行分析，并取二者ROC分析交集的差异代谢物进行通路富集分析，筛选出同时与湿证和DKD不同分期相关的主要代谢通路。结果 研究共纳入63例DKD患者的血清标本，其中非湿证患者16例，湿证患者47例。同时以7名健康人群为对照。代谢组学结果显示，DKD不同湿证亚型与非湿证患者的血清代谢谱之间存在显著差异（水湿证/湿浊证/湿热证与非湿证间分别有167、65、28种差异代谢物，P<0.05）。通路富集分析显示，水湿证、湿热证和非湿证间的差异代谢物主要富集于苯丙氨酸代谢和胆汁分泌代谢，湿浊证和非湿证间的差异代谢物主要富集于甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、脂代谢、癌症的胆碱代谢途径。在证候差异代谢物...     

代谢物组学应用的领域之二——植物代谢物组学

1植物代谢物组学的定义根据代谢物组学[1]的概念,植物代谢物组学简单的定义是以植物为研究对象的代谢物组学。具体的说,植物代谢物组学研究不同物种、不同基因类型或不同生态类型的植物在不同生长时期或受某种刺激干扰前后的所有小分子代谢产物,对其进行定性、定量分析,并找出代谢变化的规律。植物代谢物组学研究意义重大:(1)通过研究不同物种的代谢产物,可以指导植物分类学,对植物进行更加合理的分类;(2)通过研究不同基因型植物的代谢物,可以发现新的功能基因,促进转基因植物的研究,同时还可以对转基因植物及其在食用方面的安全性进行代谢…     

合欢不同部位的代谢组学分析

目的 通过代谢组学方法探讨合欢非药用部位的药用价值，以缓解其资源压力。方法 采用非靶向代谢组学的方法对合欢花及非药用部位合欢叶、茎中的代谢物进行筛选，结合生物信息学工具对其进行多元统计分析，分析代谢物之间相关性和不同部位代谢物的差异性。结果 合欢代谢物主要为脂肪酸、萜、糖、氨基酸、亚麻酸、胺、醇和多元醇、黄酮等类化合物，合欢的茎、叶和花中共有的代谢物主要有萜、黄酮和氨基酸等类成分，黄酮和黄酮醇生物合成、天门冬氨酸和谷氨酸代谢被认为是形成合欢不同组织差异代谢物的重要富集代谢途径。结论 合欢茎和叶中含有类似合欢花中的代谢物，茎、叶可能被用来代替合欢花作为药用资源，为合欢不同部位代谢物的研究和利用生物技术合成次生代谢产物提供参考。     

基于代谢组学方法的湿热证“异病同证”研究

目的：从代谢组学变化层面揭示“湿热证”异病同证的物质基础。方法：以慢性乙型病毒性肝炎、非酒精性脂肪性肝病及慢性肾小球肾炎的典型湿热证患者各30例为研究对象,以健康者30例为对照,联合选用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱仪和气相色谱-飞行时间质谱仪两个代谢物检测平台,对血清样本进行全谱代谢组学检测。并运用多维统计方法对数据进行分析,以探索三种不同疾病湿热证的共性及特异性变化物质。结果：通过比较不同疾病湿热证组间代谢组学差异物质,并与健康组对照,发现肌苷、尿苷、天门冬氨酸、油酸甘油酯、乳酸盐是三种疾病湿热证的共同变化物质。结论：基于代谢组学技术发现,上述三种不同疾病的典型湿热证之间,既有反映不同疾病的差异性物质,又存在与湿热证相关的共性物质,从而在代谢水平上为中医“异病同证”理论提供了客观依据。     

高原缺氧代谢组学研究进展

高原环境下由于供氧不足,使得机体需氧代谢和能量供给水平减弱,进一步造成机体循环功能下降、组织/器官中营养物质和能量供应水平降低、体内废物排出速度减慢,是引起高原疾病的关键原因。由于众多代谢途径受到影响,体内内源性小分子代谢物水平也随之发生大幅改变,代谢组学已越来越多地被应用到高原缺氧疾病、发病机制,甚至药效研究中。综述国内外研究文献,对高原缺氧的发病机制以及相关治疗药物干预的临床和临床前代谢组学研究进行分析和整理,发现高原缺氧下机体内源性代谢物及代谢通路发生显著变化,一些药物干预对通路代谢显示一定调节作用;并对代谢组学技术在高原缺氧疾病应用中存在的问题及对未来的应用展望进行归纳,提示采用代谢组学方法研究高原缺氧有望为机制研究和药物筛选提供一个良好的技术手段。     

基于代谢组学的难治性肾病综合征脾肾阳虚证尿液生物标志物筛选研究

目的研究难治性肾病综合征(RNS)脾肾阳虚证患者的尿液代谢组学特征。方法收集15例RNS脾肾阳虚证(试验组)患者和16例健康人(对照组)的尿液样本,运用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术检测代谢图情况,采用正交-偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)进行模式判别和差异代谢物筛选。结果 2组尿液代谢物谱明显不同。与对照组相比,试验组亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸水平上调,琥珀酸、马尿酸水平下调。结论 RNS脾肾阳虚证患者尿液代谢图谱发生改变,发生改变的5种代谢物可能为该病证的生物标志物,差异代谢物提示机体出现氨基酸代谢、三羧酸循环紊乱及肝肾功能异常。     

木香关键成分抗乳腺癌代谢组学相关性研究

目的：探讨木香关键成分抗乳腺癌代谢组学相关性。方法：基于GC-TOF/MS的细胞代谢组学研究方法探索木香关键成分Cos、Dehy及Cos-Dehy作用于MCF-7细胞（人乳腺癌细胞） 24 h后细胞内代谢物的变化。结果：甲醇-水-氯仿（1 200μL,800∶200∶200,v/v/v）提取的代谢物个数在700～800之间；Cos组、Dehy组、Cos-Dehy组之间能呈现一定的分离趋势，表明这3组对于MCF-7细胞具有不同的作用，但对细胞内代谢物的调控方向可能一致。结论：Cos、Dehy及Cos-Dehy作用于MCF-7细胞后，可能通过ROS含量的升高、MTP的降低破坏了线粒体结构，从而引起各种代谢的紊乱。     

代谢组学与中医药现代研究

代谢组学是系统生物学的关键技术和研究方法，在方法学上具有融整体、动态、综合、分析于一体的特点，符合中医治疗疾病和中药作用的整体性原则。中医病证引起代谢物组的共性分析和生物标记物的发现，可促进“证”本质的研究和中医辨证的科学化和定量化，深层次理解中医脏象理论，预测疾病的发生，反应肠道内生态环境状况以及整体性评价中药及复方综合疗效、安全性和作用机制。中药体内代谢物组的分析，可促进中药效应物质基础的阐明，建立科学的中药质量控制方法，确保临床中药产品的安全、有效。代谢组学和中医药学的有效组合，一定能进一步加快中医药学研究的现代化进程。     

旋覆花不同部位代谢组比较分析

目的:探索旋覆花Inula japonica Thunb.次生代谢产物成分及其在旋覆花不同部位分布的差异性。方法:采用非靶向代谢组学方法对旋覆花根、茎、叶、花的代谢组进行比较分析。结果:共鉴定出675个代谢物,通过多元统计分析筛选出350个差异代谢物。其中,在23个黄酮类化合物中筛选出15个显著差异代谢物。代谢途径分析表明,淀粉和蔗糖代谢,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢,植物激素信号转导代谢途径显著富集。结论:旋覆花不同组织中代谢物分布不同,不同组织间差异代谢物重要代谢途径的解析为旋覆花的合成生物研究提供参考。     

复方贞术调脂方对老龄小鼠肠道组织内源性代谢物的干预作用研究

目的:运用代谢组学方法探讨复方贞术调脂方对自然衰老C57BL/6小鼠肠道组织中内源性代谢物的影响。方法:C57BL/6雌性小鼠分为3组,包括青年组(2月龄)、老龄组(24月龄)和复方贞术调脂方给药组。采用超高效液相色谱-飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)联用技术对3组小鼠肠道内源性代谢物进行检测。结果:3组小鼠的肠道组织中共鉴定出16个与衰老相关的差异代谢物。给药后,13个差异代谢物发现有显著性向青年组调节的趋势,经过对差异代谢物的分析,发现属于肠道组织化学成分的脂质和属于肠道分泌物的胆汁酸的代谢产物发生了变化。结论:老龄小鼠肠道组织的脂质和胆汁酸代谢明显异常,复方贞术调脂方可能通过调节脂质和胆汁酸代谢,从而发挥延缓肠道衰老的作用。     

不同证型更年期综合征妇女血浆UPLC-QTOF/MS代谢组学特征研究

目的研究肾阴虚型、肝气郁结型及肝肾阴虚型更年期综合征妇女血浆超高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱(UPLC-QTOF/MS)代谢组学特征,探讨UPLC-QTOF/MS代谢组学技术在妇女更年期综合征中医分型中的应用价值。方法对肾阴虚型、肝气郁结型、肝肾阴虚型更年期综合征妇女及健康同龄妇女各25例的血浆样品进行UPLCQTOF/MS检测,建立正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)模型,比较不同证型更年期综合征妇女血浆代谢物谱的差异,寻找潜在的生物标志物。结果 OPLS-DA分析表明,不同证型更年期综合征及健康同龄妇女血浆UPLC-QTOF/MS代谢物谱能够被明确区分,鉴定出包括氨基酸、脂肪酸、磷脂、糖类、酯类以及醇类等16个潜在生物标志物在3组中存在明显差异。与健康同龄妇女相比,不同证型更年期妇女血浆内3种氨基酸含量异常(P<0.05),8种脂肪酸及有机酸类含量异常(P<0.05),磷脂、醇类、酯类、酮体及糖类各1种含量异常(P<0.05),不同证型更年期妇女发生明显氨基酸代谢、脂肪酸代谢、磷脂代谢、能量代谢以及糖代谢等代谢紊乱。结论不同证型更年期综合征妇女血浆UPLC-QTOF/MS代谢物谱存在显著差异,能从代谢组学分析中确定其特异生物标志物,据此在一定程度上区分更年期综合征的不同中医证型。     

冠心病中医证型代谢组学研究进展

冠心病已成为危害人类生命健康的严重心血管疾病。代谢组学为研究冠心病的发生发展机制及其诊断提供了科学依据。本文通过回顾近年来冠心病代谢组学研究的相关文献，对冠心病中医证型的代谢组学特征进行分析总结，有助于完善代谢组学的异常生物标志物谱库，对冠心病中医证型分型及疾病早期诊断和治疗具有重要意义。