皮膚損傷的細胞代謝特征譜研究.pdf

1、燒燙傷是全球重要的公共健康問題，皮膚由于液體燙傷，接觸性燙傷，火焰，紫外/紅外照射，輻射，電化學等因素引起多層或全部皮膚細胞的破壞而造成燒燙傷。燒傷和直接創(chuàng)傷將誘使系統(tǒng)免疫反應綜合癥，在嚴重燒傷患者中，血漿外滲進入組織引起全身性炎癥反應和血管通透性增加造成組織水腫。燒燙傷發(fā)生過程中修飾機體代謝主要表現(xiàn)為能量消耗增加，分解代謝增強，特征標記蛋白丟失，肌肉蛋白質(zhì)重新分配，導致機體組織的重組和重構(gòu)。重度燒傷創(chuàng)面愈合后往往會導致疤痕組織形成和攣

2、縮橫跨關(guān)節(jié)，限制運動，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。考慮皮膚燒燙傷的分子機理尚不完全明晰，因此建立皮膚細胞損傷的代謝特征譜將有助于理解皮膚損傷的分子特征，鑒定新的靶點和靶點群，用于防治燒燙傷藥物功能組分的發(fā)現(xiàn)與表征，以及組織修復與再生方法的設(shè)計開發(fā)，更好治療燒燙傷，提高患者的生存質(zhì)量?；诖耍狙芯炕谌擞郎琴|(zhì)細胞(HaCaT)，利用三種典型的化學試劑(雙氧水－H2O2,苯酚－PH，脂多糖－LPS),實驗模擬誘導皮膚損傷的病理學過程，整合

3、應用NMR和GC/MS的代謝組學分析方法表征皮膚損傷的細胞代謝特征譜，從系統(tǒng)代謝角度表征不同化學因素誘導皮膚細胞損傷的代謝特征譜，結(jié)合掃描電鏡可視化表征，確定最適皮膚損傷細胞模型，用于皮膚損傷代謝機理研究和確有療效中藥功能組分的快速篩選和功能研究，同時發(fā)現(xiàn)與鑒定皮膚損傷發(fā)生發(fā)展的特征型代謝標記物，以動態(tài)監(jiān)控臨床燒燙傷治療過程和治療效果評估。
　　首先，本研究基于多尺度濃度優(yōu)化建立基于H2O2, PH和LPS誘導的細胞損傷模型，優(yōu)化

4、細胞代謝物的提取、富集、衍生化和氘代試劑的濃度，并對分析儀器表征參數(shù)進行全局優(yōu)化，建立一套普適于細胞代謝組研究的基于NMR和GC/MS的代謝組分析方法。整合生物數(shù)據(jù)分析軟件與在線數(shù)據(jù)庫檢索分析，對獲得的高通量代謝組數(shù)據(jù)進行模式識別分析，鑒定皮膚損傷發(fā)生過程中對區(qū)組有顯著貢獻作用的特征差異性代謝物。并對鑒定出的代謝物進行代謝通路歸屬構(gòu)建，基于代謝通路生物功能的修飾變化理解皮膚損傷發(fā)生過程中的分子特征和機理。
　　其次，本研究利用所優(yōu)

5、化建立的細胞代謝組學分析方法，建立與表征上述三種化學因素誘導的細胞損傷模型的代謝特征譜。通過多種模式識別方法整合應用于獲得的代謝特征譜原始數(shù)據(jù)分析，本研究從不同因素誘導損傷細胞的提取物中共發(fā)現(xiàn)和鑒定27個與皮膚損傷顯著關(guān)聯(lián)的特征差異性代謝產(chǎn)物。這些代謝物主要包括氨基酸：丙氨酸，天冬酰胺，精氨酸，谷氨酰胺，纈氨酸，組氨酸，脯氨酸，亮氨酸，異亮氨酸，正亮氨酸，鳥氨酸，天冬氨酸和谷氨酸；與能量循環(huán)相關(guān)的蘋果酸，檸檬酸，葡萄糖，阿洛糖，丙酮酸，

6、甘油，硬脂酸，脂類，乳酸，呋喃糖；以及其它：肌酸，膽堿，腺苷，肌酸酐，谷胱甘肽。其中NMR細胞代謝特征譜分析發(fā)現(xiàn)與鑒定的特征差異代謝物包括組氨酸，脯氨酸，乳酸，谷胱甘肽，賴氨酸，鳥氨酸，天冬酰胺，肌酸，檸檬酸，脂類，天冬氨酸，丙氨酸，膽堿，蘋果酸，精氨酸，天冬酰胺，腺苷，纈氨酸和谷氨酰胺代謝物?；贕C/MS的細胞代謝特征譜分析發(fā)現(xiàn)和鑒定的主要是天冬氨酸，甘油，亮氨酸，乳酸，谷氨酸，阿洛糖，果糖，賴氨酸，葡萄糖，絲氨酸，脯氨酸，谷氨酰胺

7、，丙氨酸，麥芽糖，正亮氨酸，丙酮酸，硬脂酸，甘油，異亮氨酸，纈氨酸代謝物。其中脯氨酸，乳酸，谷氨酰胺，纈氨酸，丙氨酸，天冬氨酸和賴氨酸是兩個代謝組分析方法重疊發(fā)現(xiàn)與表征的代謝產(chǎn)物。進一步對這些顯著性差異性的代謝物進行分類，富集和代謝通路歸屬分析，結(jié)果顯示這些特征差異代謝物主要歸屬于糖酵解、脂代謝、磷酸戊糖途徑，三羧酸循環(huán)，和尿素循環(huán)。生物功能關(guān)聯(lián)分析結(jié)果證實這些修飾代謝產(chǎn)物功能的改變，以及代謝通路表達活性的變化有效詮釋了皮膚損傷發(fā)生的分

8、子特征和代謝機理，其與臨床燒燙傷的病理過程呈現(xiàn)高度一致性。
　　綜上所述，本研究成功建立基于NMR和GC/MS的全局性細胞代謝組分析方法，有效應用于皮膚損傷的細胞代謝特征譜研究，從系統(tǒng)代謝角度認識不同化學因素誘導皮膚細胞損傷的生物化學變化過程，進而從實驗模型角度加深理解皮膚損傷的代謝特征和機理。同時發(fā)現(xiàn)與鑒定皮膚損傷發(fā)生發(fā)展過程中的特征性代謝標記物，以監(jiān)控燒燙傷的臨床治療過程和治療效果評估。并且從特征性代謝產(chǎn)物及其代謝通路的調(diào)控與