正常妊娠期間健康孕婦尿液代謝組學(xué)動(dòng)態(tài)改變及其與金屬暴露的相關(guān)關(guān)系研究.pdf

1、在正常妊娠期間，為了適應(yīng)胎兒生長(zhǎng)發(fā)育的需要，母體在糖、蛋白質(zhì)及脂類等物質(zhì)的代謝方面面臨著顯著的改變。在妊娠早期，合成代謝占主要地位，以滿足孕晚期及哺乳期機(jī)體對(duì)能量的需求。在此期間，空腹血糖和空腹胰島素水平均未發(fā)生明顯的改變，而母體對(duì)胰島素的敏感性下降。隨著孕期的進(jìn)展，空腹血糖發(fā)生進(jìn)行性的下降，肝臟的葡糖糖合成作用明顯增加。在孕晚期，則以分解代謝為主，表現(xiàn)為顯著的升高的胰島素抵抗及顯著降低的胰島素敏感性水平，從而導(dǎo)致孕婦體內(nèi)葡萄糖和自由脂

2、肪酸濃度顯著的升高。此外，為了滿足孕期母體和胎兒的體重迅速增加的需要，氨基酸和蛋白質(zhì)代謝異?；钴S。尿素循環(huán)和支鏈氨基酸代謝也被明顯抑制。這些變化被認(rèn)為是一種必要的、不可缺少的生理性改變。在此背景下，正常妊娠誘導(dǎo)的機(jī)體代謝組的動(dòng)態(tài)變化軌跡是值得研究的課題。以往的研究，多是基于橫斷面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即在不同的孕期招募不同的研究對(duì)象，而個(gè)體間的差異有可能對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生干擾?；诳v向隊(duì)列設(shè)計(jì)的尿液代謝組學(xué)研究還鮮有報(bào)道。
　　本研究應(yīng)用基于

3、UPLC-QTOFMS的非靶向代謝組學(xué)方法測(cè)定232名健康孕婦第一孕期、第二孕期及第三孕期的尿液內(nèi)源性小分子代謝物群的動(dòng)態(tài)改變軌跡。同時(shí)，為了探討金屬暴露對(duì)正常妊娠母體新陳代謝的影響，本研究又應(yīng)用ICP-MS的方法檢測(cè)了這些研究對(duì)象在第一孕期、第二孕期及第三孕期的尿液金屬內(nèi)暴露整體水平。為了進(jìn)一步探討金屬內(nèi)暴露與機(jī)體代謝組學(xué)改變之間的相互關(guān)系，本研究引入基于Panel data的縱向數(shù)據(jù)分析模型，表征了金屬內(nèi)暴露與氨基酸代謝產(chǎn)物之間的相

4、關(guān)關(guān)系。
　　第一部分基于UPLC-QTOFMS的正常妊娠相關(guān)的代謝組學(xué)動(dòng)態(tài)改變研究
　　目的：探討正常妊娠期間，健康孕婦尿液代謝組學(xué)的動(dòng)態(tài)改變。
　　方法：232名健康孕婦被納入本研究隊(duì)列，分別搜集這些研究對(duì)象的孕早期、孕中期和孕晚期尿液樣本，經(jīng)適當(dāng)處理后，應(yīng)用 UPLC-QTOFMS檢測(cè)尿液代謝譜組成，應(yīng)用PLS-DA及SDSD校正等方法，篩選出隨著孕期發(fā)展而顯著改變的代謝物。然后將篩選出來(lái)的質(zhì)譜數(shù)據(jù)與 HMDB、

5、PubChem等數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確質(zhì)荷比比對(duì)，實(shí)現(xiàn)代謝物的理論性鑒定。并根據(jù)KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果，分析了這些代謝物的代謝網(wǎng)絡(luò)，著重分析了正常妊娠誘導(dǎo)的氨基酸代謝和糖代謝網(wǎng)絡(luò)的改變。
　　結(jié)果：健康孕婦孕早期、孕中期和孕晚期的尿液的代謝物成分顯著不同。在孕中期，有121個(gè)代謝物顯著上升，115個(gè)代謝物顯著下降；在孕晚期，有85個(gè)代謝物顯著上升，150個(gè)代謝物顯著下降。代謝通路分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：在孕中期和孕晚期，分別有8個(gè)氨基酸代

6、謝中間產(chǎn)物和8個(gè)糖代謝中間產(chǎn)物發(fā)生了顯著的改變，主要涉及到色氨酸代謝、精氨酸和脯氨酸代謝、酪氨酸代謝、谷胱甘肽代謝等經(jīng)典氨基酸代謝通路，以及胰島素抵抗、葡萄糖醛酸化、糖異生、三羧酸循環(huán)、N-糖基化、纖維素的消化與吸收等糖代謝相關(guān)代謝通路。
　　結(jié)論：在正常妊娠的不同階段，機(jī)體的新陳代謝狀態(tài)顯著不同。這些在不同孕期顯著改變的代謝物，對(duì)于理解正常妊娠誘導(dǎo)的新陳代謝應(yīng)激機(jī)制、篩選妊娠相關(guān)的分子標(biāo)志物具有重要的意義，也為妊娠相關(guān)疾病如妊娠

7、糖尿病、妊娠期抑郁、先兆子癇等的發(fā)病機(jī)制研究提供了重要的基線資料。
　　第二部分正常妊娠期間健康孕婦尿液中多種金屬的暴露水平的動(dòng)態(tài)改變研究
　　目的：探討正常妊娠期間，健康孕婦尿液中多種金屬的暴露水平的動(dòng)態(tài)改變。
　　方法：采用ICP-MS技術(shù)對(duì)232名健康孕婦第一孕期、第二孕期和第三孕期的尿液中Al、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、As、Se、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb等16種金屬或類金屬元素進(jìn)行定量

8、檢測(cè)，并用 Wilcoxon秩和檢驗(yàn)比較不同孕期尿液中的各金屬含量變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外，用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)不同孕期內(nèi)各金屬的相關(guān)性進(jìn)行了探討，用|r|≥0.6和 p<0.05的原則來(lái)篩選各孕期內(nèi)最相關(guān)的金屬對(duì)并繪制相關(guān)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖。
　　結(jié)果：正常妊娠期間，健康孕婦尿液金屬暴露譜發(fā)生明顯的改變，主要表現(xiàn)在：Co元素的含量隨孕期的進(jìn)展而不斷增高；V、Mn、Cu、Ba、Pb等元素的含量在第二孕期顯著上升，在第三孕期仍保持在較高

9、的水平；Al、Fe、Zn、As、Sr、Tl等元素在第三孕期顯著上升。相關(guān)性分析顯示，Se、Cs和 Tl等元素與其它多種金屬元素之間有顯著的相關(guān)關(guān)系，表明正常妊娠期間金屬與金屬之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)。
　　結(jié)論：?jiǎn)我粫r(shí)點(diǎn)的金屬暴露水平并不能準(zhǔn)確的反映整個(gè)妊娠期間母體的金屬暴露情況；對(duì)于整個(gè)妊娠期間的金屬暴露水平，應(yīng)該采用多時(shí)點(diǎn)、動(dòng)態(tài)的暴露數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)估。
　　第三部分基于 Panel模型的正常孕期金屬暴露與典型代謝物之間的

10、相互關(guān)系研究
　　目的：探討正常妊娠期間，金屬內(nèi)暴露與孕婦尿液氨基酸代謝中間產(chǎn)物的相互關(guān)系。方法：根據(jù)前兩部分對(duì)健康孕婦尿液代謝組學(xué)和金屬暴露譜的檢測(cè)結(jié)果，以孕婦尿液16種金屬(Al、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、As、Se、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb)的暴露數(shù)據(jù)為自變量，以氨基酸代謝的典型中間產(chǎn)物(2-oxoarginine、3-indoleacetonitrile、Creatinine、Indole、Indo

11、le-5,6-quinone、N2-succinyl-l-glutamic acid5-semialdehyde、N-methyltryptamine和 N-succinyl-l,l-2,6-diaminopimelate)為應(yīng)變量進(jìn)進(jìn)行了panel回歸擬合。
　　結(jié)果：根據(jù)panel回歸結(jié)果，16種金屬元素中，有7種金屬元素與氨基酸代謝中間產(chǎn)物顯著相關(guān)。主要表現(xiàn)為：Cd的暴露顯著影響了2-oxoarginine、Creatini

12、ne、Indole、N2-succinyl-l-glutamic acid5-semialdehyde、N-methyltryptamine和 N-succinyl-l,l-2,6-diaminopimelate。Co的暴露顯著影響了2-oxoarginine、3-indoleacetonitrile、Creatinine、Indole、Indole-5,6-quinone、N2-succinyl-l-glutamic acid5-se

13、mialdehyde、N-methyltryptamine和 N-succinyl-l,l-2,6-diaminopimelate。Cs的暴露顯著影響了N2-succinyl-l-glutamic acid5-semialdehyde。Cu的暴露暴露顯著影響了Creatinine、N2-succinyl-l-glutamic acid5-semialdehyde和N-succinyl-l,l-2,6-diaminopimelate。Mn

14、的暴露暴露顯著影響了Creatinine和 N2-succinyl-l-glutamic acid5-semialdehyde。Tl的暴露暴露顯著影響了2-oxoarginine、Indole、N2-succinyl-l-glutamic acid5-semialdehyde和N-methyltryptamine。V的暴露暴露顯著影響了2-oxoarginine、Indole-5,6- quinone、N2-succinyl-l-glu