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基于代谢组学方法探索葛根芩连汤方剂治疗2型糖尿病大鼠的效果研究
目的 运用代谢组学的分析方法探索葛根芩连汤方剂治疗2型糖尿病大鼠的效果,包括模式轮廓比较、生物标志物筛查与代谢通路推断等.方法 将健康雄性SD大鼠分为3组,依次为正常对照组、2型糖尿病模型组和葛根芩连汤(8.2 g/kg)治疗组;除正常组外,其余各组大鼠均给予高脂饲料并联合链脲佐菌素以确立2型糖尿病疾病模型.随后连续灌胃给药3周,并于末次给药后12小时内收集大鼠尿液样本;运用HPLC/MS-IT-TOF手段进行高分辨质谱检测,同时应用OPLS-DA多元模式手段以比较各组大鼠尿液的代谢轮廓差异以及潜在的生物标志物,并推断其可能影响到的代谢通路.结果 本研究共筛查出15个生物标志物,包括多肽氨基酸类物质、磷酯类物质、核苷酸类物质以及其它类物质;涉及的代谢通路主要为嘌呤代谢.结论 2型糖尿病的疾病发生与嘌呤代谢存在着紧密的联系,尤其是核苷酸类物质作为其中的关键作用靶点;葛根芩连汤通过多靶点调节嘌呤代谢异常以至于整个机体内部的疾病紊乱状态,从而促使其转归为正常水平.
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心血瘀阻证大鼠血浆代谢网络模型分析
目的：探讨心血瘀阻证大鼠血浆代谢网络模型。方法：代谢通路分析采用KEGG数据库，代谢产物分子注释、相关的酶或转运蛋白及其相关性质分析采用HMDB数据库，代谢网络模型可视化采用metPA网络软件。结果：9个代谢产物参与了15条代谢通路，其中泛酸盐和CoA生物合成、丙酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成通路影响值P<0.05。结论：泛酸盐和CoA生物合成、丙酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成通路参与大鼠心血瘀阻证的病理过程。
关键词： 代谢组学 心血瘀阻证 代谢通路 泛酸盐和CoA生物合成 丙酸代谢 不饱和脂肪酸生物合成 -
运用细胞代谢组学策略探究薯蓣皂苷元的抗肿瘤作用机制
目的:应用基于UPLC-MS/MS的细胞代谢组学研究策略,从肿瘤细胞整体层面探究薯蓣皂苷元的抗肿瘤作用机制.方法:采用噻唑蓝法考察薯蓣皂苷元对12种肿瘤细胞的抑制作用,获得相应的半抑制浓度(IC50),检测分析薯蓣皂苷元干预48 h后细胞内的代谢物,采用化学计量学和多维数据统计方法比较干预后的细胞与空白组细胞代谢物的差异,并分析其代谢通路.结果:在薯蓣皂苷元的干预下,细胞内共有11种代谢物发生了显著变化,主要涉及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,氨酰-tRNA的生物合成,谷氨酰胺和谷氨酸代谢,嘌呤代谢,精氨酸和脯氨酸代谢5条代谢通路;薯蓣皂苷元对于不同细胞系的抑制作用差异显著.结论:该研究丰富了薯蓣皂苷元的体外抗肿瘤谱,在体外细胞水平和代谢通路上提供了该药物抗肿瘤作用的可能机制,为薯蓣皂苷元的后续肿瘤药理学研究提供实验依据.
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玄参对脾虚水湿不化大鼠模型的影响及其肝脏代谢组学分析
目的:探索玄参对脾虚水湿不化大鼠模型的影响,并利用代谢组学方法对生物标志物和代谢通路进行分析.方法:高脂低蛋白饲料喂养加尾部负重游泳的方法建立脾虚水湿不化大鼠模型,玄参水煎液高、低剂量给药2周后检测各给药组肝脏指数、血清蛋白、血脂、胃肠功能和水负荷的变化情况,给药剂量分别为1.35,5.40 g·kg-1.利用UPLC-Q-TOF-MS检测肝组织中内源性小分子代谢物,电喷雾正离子模式(ESI+)和负离子模式(ESI-)对样品进行检测,m/z 100 ～1 500;利用主成分分析(PCA)和偏小二乘法-判别分析(PLS-DA)比较空白组、模型组,玄参高、低剂量组内源性小分子代谢物的变化情况;对差异代谢物进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)代谢通路分析.结果:与模型组比较,玄参高剂量组的胃排空率和D-木糖排泄率显著升高;玄参低剂量组能升高血清白蛋白、总蛋白含量;玄参高剂量组能降低总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇含量和水负荷指数.代谢组学方法共鉴定出21个生物标志物,找到7条主要代谢通路,主要涉及胰岛素分泌、甘油磷脂代谢、嘌呤代谢、胆汁酸分泌、磷脂酶D信号通路、糖基磷脂酰肌醇锚的合成、内源性大麻素的生物合成等.结论:玄参对脾虚水湿不化模型大鼠的影响与改善消化功能、抑制糖代谢、改善血脂代谢等有关.
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健脾清化方对糖尿病大鼠血液基因表达谱的影响
目的:探讨健脾清化方对2型糖尿病大鼠血液基因转录水平表达调控的作用机制.方法:采用链脲菌素(STZ)诱导建立2型糖尿病大鼠模型,随机分为空白组、模型组和健脾清化方中药组,连续灌胃4周.抽提大鼠总核糖核酸(RNA),采用昂飞(Affymetrix)基因芯片杂交,进行聚类分析、基因功能(G0)分析和信号通路分析.结果:中药组基因谱与模型组的表达差异较大.中药组差异表达基因共392条.中药组对丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、酪氨酸激酶-转录因子(JAK-STAT)信号通路、血管内皮生长因子(VEGF)信号通路等的表达调控作用明显.结论:健脾清化方可能通过代谢通路中某些基因的表达来调控糖尿病大鼠血液转录水平,从而降低糖化血红蛋白,改善血糖水平.
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冠心病心血瘀阻证患者尿液代谢组学的通路分析
目的:探讨冠心病心血瘀阻证患者尿液代谢组学的通路.方法:通路的生物学分析使用KEGG数据库进行检索和构建,代谢产物分子注释、相关的酶或转运蛋白及其相关性质分析使用HMDB代谢组学数据库进行检索,代谢产物路径可视化采用MetPA网络软件构建.结果:冠心病心血瘀阻证患者代谢通路显示,6个差异性代谢产物共参与了10条代谢路径,其中“半乳糖代谢”、“酮体的合成和降解通路”影响值分别为0.00276和0.0000.结论:冠心病心血瘀阻证患者中“半乳糖代谢”、“酮体的合成和降解通路”发生变化参与其病理过程.
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当归不同炮制品挥发油给药大鼠的尿液代谢组学研究
分析当归(Angelica sinensis,AS)不同炮制品挥发油对正常大鼠尿液代谢产物的影响,揭示其影响大鼠体内可能的代谢途径.该实验将50只雄性Wister大鼠随机分成空白对照组和当归炭挥发油(volatile oils from charred AS,C-ASVO)、酒当归挥发油(volatile oils from parched AS with alcohol,J-ASVO)、土当归挥发油(volatile oils from parched AS with soil,T-ASVO)、油当归挥发油(volatile oils from parched AS with oil,Y-ASVO)组,每组10只,正常对照组灌胃等体积的0.5％的聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(吐温-80),各当归炮制品挥发油组每次灌胃挥发油剂量为0.176 mL·kg-1,连续给药3d,利用大鼠代谢笼收集各组大鼠48 h的尿液.采用气相色谱质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)对大鼠尿液代谢物进行检测,并采用主成分分析方法(principal component analysis,PCA),正交偏小二乘分析方法(orthogonal partial least-squares discriminant analysis,OPLS-DA)进行多元统计分析,通过变量重要性投影(variable importance in the projection,VIP)和t检验来选择差异代谢物.利用metabolic pathway analysis (MetPA)数据库构建差异代谢物的代谢通路.结果显示,与空白对照组相比,当归不同炮制品挥发油给药组大鼠尿液中31种代谢物有显著变化(P＜0.05),并且当归不同炮制品挥发油对正常大鼠尿液代谢产物的影响存在差异,其中以J-ASVO的影响程度略强于C-ASVO,T-ASVO和Y-ASVO.它们对体内代谢的影响可能主要集中于能量代谢、氨基酸代谢、脂质代谢以及糖代谢.该研究补充了当归不同炮制品挥发油药物代谢和作用机制,为其中药药理作用深层次的研究提供思路.
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从罕见骨骼疾病研究到对复杂骨病的认识
罕见骨骼疾病是一类主要累及骨骼系统的罕见遗传性疾病.目前已发现的罕见骨病达400余种.随着技术的进步,对罕见骨病的研究发现了很多揭示骨代谢重要调控通路的致病基因,这对于阐明该类骨病及复杂骨病如骨质疏松症的分子遗传机制、推动其靶向精准治疗具有重要意义.本文通过介绍罕见骨病的研究现状,揭示其与复杂骨病的重要关联,为骨代谢或其他疾病的诊治及研究提供新思路.
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基于高分辨质谱的180天受控生态密闭系统环境人体小分子代谢物变化规律研究
目的 制定科学合理的营养保障措施,探讨受控生态密闭系统环境下营养代谢变化规律.方法 招募4名受试者进入密闭舱开展180天受控生态环境实验,实验期间分别收集4名受试者的晨尿.运用高分辨质谱(UHPLC-Q/Exactive)检测尿液中的小分子代谢物,建立偏小二乘判别分析模型筛选密闭环境下显著变化的代谢物,研究受控生态密闭系统环境对人体营养代谢的影响,并通过代谢通路分析识别密闭环境下的代谢变化.结果 共有70个小分子代谢物发生了显著的变化,反映了密闭环境下对人体蛋白分解、能量代谢、脂质氧化、肠道菌群结构等的影响.结论 长期受控生态密闭系统环境下人体小分子营养代谢产物发生了变化,需要有针对性的采取营养防护措施.
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基于组学数据库整合工具的代谢通路分析应用
组学技术方法和工具研究系统生物学的发展产生海量的基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等组学数据. 基于多平台组学数据整合的代谢通路分析为全面深刻了解生物医学系统提供了前提条件. 本文综述了近年来基于组学数据库和整合工具的代谢通路分析方面的研究进展,包括新的数据整合方法和数据库分析平台.
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利用转录组测序挖掘掌叶大黄蒽醌类生物合成相关基因
蒽醌为中药大黄的主要活性成分,也是大黄质量控制的指标成分.为研究大黄蒽醌类生物合成通路,用Illumina HiSeqTM 2000 150PE对掌叶大黄幼苗转录组文库进行高通量测序,得到11.04 G数据,736 309 74条高质量reads (SRA数据库注册号SRP160030).Trinity do novo组装产生93 646个unigenes,平均长度l 108 nt.功能注释表明所有unigenes在NR、NT、Swiss-port、PFAM、KOG等数据库得到注释,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类57分支,KEGG分析发现1107条unigenes参与19个次生代谢标准通路.172条unigenes编码蒽醌类生物合成相关的MVA、MEP、莽草酸及聚酮途径28个关键酶.125条CYP450基因可能参与次生代谢物的修饰,73条与糖基转移酶相关.RT-PCR和测序成功验证7个蒽醌及黄酮类候选全长unigenes.MISA还发现18 885个SSRs.该研究首次获得掌叶大黄幼苗转录组基因表达特征及蒽醌类生物合成通路基因,为后续基因功能鉴定、次生代谢途径解析及蒽醌类生物合成与调控分子机制研究提供基础资料.
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雷公藤配伍甘草降低肝毒性的代谢通路探讨
本研究采用大鼠评价雷公藤配伍甘草降低肝毒性的效果,并应用代谢组学技术手段分析这一减毒过程体内小分子代谢物的变化及可能涉及到的代谢通路.前期通过不同分组大鼠给予雷公藤或雷公藤配伍甘草的实验干预,观察大鼠的一般状态、肝组织病理改变、肝功能生化指标及炎症因子的变化.结果显示,雷公藤组肝组织损伤明显,配伍后肝组织未见明显损伤;生化指标及炎症因子也提示雷公藤配伍甘草后可有效降低其肝毒性,由此可见,雷公藤配伍甘草对肝脏起到一定的减毒保护作用;随后采用HPLC-MS/MS-IT-TOF对各组大鼠血清代谢差异进行表征,通过多元统计分析方法筛选出脂肪酸、甘油酯、甘油磷酸、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱等15个潜在生物标志物,主要涉及甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、α-亚油酸代谢和糖基磷脂酰肌醇末端生物合成等7个代谢通路.基于上述实验结果,本文发现雷公藤配伍甘草能有效降低其肝毒性,甘油磷脂代谢可能是雷公藤肝毒性及配伍甘草减毒的关键代谢通路,从而为实现减毒调控提供参考.
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与脑梗死关联的氨基酸代谢通路研究进展与发现
本文通过检索文献,分析近年来应用代谢组学手段检测到的与脑梗死相关氨基酸以及代谢通路的文章,讲述了氨基酸的代谢变化与脑梗死的相关性,发现在脑梗死产生、演变过程中产生作用或者发生异常的有7种氨基酸以及多条代谢通路,并且从分子微观层面上描述了脑梗死的发生机制,发现脑梗死机制多集中于三羧酸循环能量代谢失衡、缺血缺氧以及兴奋毒性作用.
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刺五加转录组和差异性表达分析
目的 获得刺五加Eleutherococcus senticosus转录组数据库和差异表达基因.方法 采用皂苷高含量组和低含量组2个样本作为受试材料,采用二代测序方法中的Illumina HiSeq 4000进行转录组测序,并进行系统的生物信息学分析.结果 共获得8.34 Gb数据,拼接得到77 087条Unigenes,与5个基因数据库进行比对,可归类于55个Geneontology (GO)分类中,涉及到116个KEGG标准代谢通路.通过差异性分析发现,差异性表达基因共530条,其中上调基因占42.08％,下调基因占57.92％,相差较大.进行GO和Pathway富集,得到408个GO注释和40个代谢通路.结论 对刺五加转录组进行拼接、组装和功能注释,得到大量转录本信息,为刺五加分子生物学研究提供了宝贵的基因组数据库资源.
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稳定同位素示踪技术在内源性物质代谢调控中的应用进展
随着高灵敏度检测方法的快速发展,稳定同位素示踪技术受到越来越多的重视.该技术通过示踪原子追踪标记化合物在机体内的活动规律,依据中间代谢产物的同位素峰分布来判断其具体的代谢途径,通过计算通量对整个代谢通路进行综合分析,从而探究疾病的发生机制及药物代谢的途径和过程.近年来,稳定同位素示踪技术在生物医药领域的应用逐年增加,现主要针对其在糖、脂、氨基酸及激素等内源性物质代谢调控中的应用研究进展进行综述.
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基于代谢组学技术的白芍养血柔肝作用机制研究
目的 通过分析血虚肝郁模型大鼠血清内源性代谢物的变化,利用代谢组学技术研究白芍对异常代谢物的调节作用,探讨白芍养血柔肝功效的作用机制.方法 采用辐照复合慢性束缚应激方法建立大鼠血虚肝郁模型,以液质联用为核心技术,以主成分分析(PCA)、偏小二乘判别分析(PLS-DA)方法为数据分析的主要手段,筛选出可能的生物标志物,并分析白芍的干预机制.结果 白芍通过影响磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰胆碱、神经酰胺、脱氧胞苷、甜菜碱等21种小分子代谢物,对体内代谢轨迹的扰动起到一定的回调作用,能够改善大鼠因外界刺激因素(如辐照、束缚、孤养)诱发的血虚肝郁状态.结论 白芍养血柔肝功效的作用机制可能与鞘脂代谢、甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、α-亚油酸代谢等相关代谢通路有关.
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基于RNA-seq的银线草转录组分析
目的 获得银线草Chloranthus japonicus根茎转录组信息特征.方法 用高通量测序平台Illumina HiSeqTM 2000150PE进行银线草根茎转录组测序分析.结果 转录组测序共获得68 458 750条高质量序列(clean reads),Trinity de novo组装获得56 096个unigenes,平均长度801 nt.BLAST分析显示分别有25 773 (45.94％)、17 801 (31.73％)、16 082 (28.67％)、9 649 (17.20％)个unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类40分支,涉及131个KEGG标准代谢通路,其中包括16个次生代谢标准通路.进一步分析获得170个基因参与单萜、二萜、倍半萜、三萜等萜类化合物生物合成通路.同时,转录组预测编码蛋白框序列1 887个;高等植物转录因子54个家族.借助MISA软件发现8 987个简单重复序列(SSRs),二碱基重复SSRs数量丰富,有5 948个,出现频率为66.2％,五碱基重复SSRs相对较少,占1.3％.结论 基于RNA-seq分析获得银线草根茎转录组信息特征及萜类合成代谢通路关键基因,为后期银线草活性成分次生代谢途径解析及调控研究奠定基础.
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白鲜根转录组高通量测序与数据分析
目的 获得白鲜Dictamnus dasycarpus根转录组信息特征.方法 以白鲜根为研究对象,采用Illumina HiSeqTM 2000150PE进行高通量转录组测序并进行数据分析.结果 转录组测序共获得69 643 286条高质量序列(clean reads),Trinity de novo组装获得49 050条unigenes,平均长度841 nt.BLAST分析显示分别有31 636 (64.49％)、22 367 (45.60％)、19 246(39.23％)、12 595 (25.68％)条unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类42分支,涉及132个KEGG标准代谢通路,其中包括18个次生代谢标准通路.进一步分析获得90个基因参与多种生物碱生物合成通路.蛋白编码框序列1 908个,高等植物转录因子55个家族;借助MISA软件发现4 579个SSRs,三碱基重复丰富,有2 021个,出现频率为44.1％;五碱基重复SSRs仅占3.5％.结论 利用高通量测序技术获得白鲜根转录组信息特征,为后期白鲜基因功能鉴定、次生代谢途径解析及其调控机制研究奠定基础.
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基于高通量测序技术的黄三七根茎转录组数据分析
目的 获得黄三七Souliea vaginata根茎转录组信息特征.方法 以黄三七根茎为对象,采用二代高通量测序平台Illumina HiSeqTM 2000 150PE进行转录组测序并进行系统的生物信息学分析.结果 转录组测序分析共获得63 322 086条高质量序列(clean reads),Trinity de novo组装获得52 575个unigenes,平均长度909 nt.BLAST分析显示分别有28 842 (54.86％)、10 712 (20.37％)、9245 (17.58％)、11 559 (21.99％)条unigenes在NR、Swiss-port、KOG、KEGG数据库得到注释信息,可归为GO分类的生物过程、细胞组分和分子功能3大类45分支,涉及126个KEGG标准代谢通路,其中包括17个次生代谢标准通路.蛋白编码框序列2 215个,包含高等植物转录因子55个家族;借助MISA软件发现4 609个SSRs,三碱基重复SSRs数量丰富,有2 106个,出现频率为45.7％,五碱基重复SSRs相对较少,占2.9％.结论 利用高通量测序技术和生物信息分析获得黄三七根茎转录组信息特征,为后期黄三七功能基因鉴定、次生代谢途径解析及其调控机制研究奠定基础.
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慢性疲劳综合征中学生运动前后尿液差异代谢物的比较
目的:探讨慢性疲劳综合征(CFS)中学生运动前后尿液的差异代谢物及其代谢通路特征,阐述慢性疲劳综合征的代谢机制.方法:依据美国疾病预防控制中心关于CFS的筛选标准,选取8名17～ 19岁男性CFS中学生作为受试对象,同时选择来自同一学校的8名同龄、同性别健康中学生作为对照组.受试者进行一次改良的哈佛台阶运动(上下台阶30次/min,持续3 min),采集运动前后的尿液,以液相-质谱联用(LC-MS)法检测其差异代谢物;采用多维统计法对所检测到的代谢物进行主成分分析(PAC)和正交偏小二乘判别分析(OPLS-DA);通过MetPA数据库分析与差异代谢物相关的代谢通路.结果:与对照组相比较,运动前CFS组筛选出肌酸、吲哚乙醛、植物鞘氨醇和焦谷氨酸4个差异代谢物,其含量均显著下降(P＜0.05或P＜0.01);运动后CFS组检测出11个差异代谢物,依次是壬二酸、甲基腺苷、乙酰肉碱、癸酸、皮质酮、肌酸、左炔诺孕酮、泛酸、焦谷氨酸、黄嘌呤核苷和黄尿酸,其中除甲基腺苷和肌酸比对照组显著升高(P＜0.05)外,其他9个差异代谢物均较对照组显著降低(P＜0.05或P＜0.01).将上述15个差异代谢物分别输入MetPA数据库进行代谢通路权重得分分析,结果显示,运动前CFS组只检测出精氨酸-脯氨酸代谢通路紊乱,标记代谢物为肌酸;而运动后检测出精氨酸-脯氨酸代谢、泛酸与辅酶A生物合成、类固醇激素生物合成3条代谢通路存在障碍,标记代谢物依次是:肌酸、泛酸和皮质酮.结论:运动干预前,CFS中学生的精氨酸-脯氨酸代谢通路紊乱被检出;施加运动后,又检测出其类固醇激素生物合成代谢通路与泛酸和辅酶A代谢通路也存在代谢紊乱情况.
