基于氣質(zhì)聯(lián)用的代謝組學(xué)研究及其在兒童肥胖與2型糖尿病中的應(yīng)用.pdf

1、代謝組學(xué)作為繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后的又一系統(tǒng)性地研究生命體系的策略，已廣泛應(yīng)用于疾病診斷及作用機(jī)理、藥物毒理學(xué)、藥效評(píng)價(jià)、基因功能及中藥質(zhì)量控制等領(lǐng)域。在代謝組學(xué)研究中存在著兩個(gè)重大的挑戰(zhàn)：一是對(duì)代謝物組的定性定量分析，二是對(duì)代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的挖掘和解釋，如尋找相關(guān)生物標(biāo)記物以及如何將代謝組學(xué)的結(jié)果與臨床實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)等。本論文將針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題展開研究，一是建立基于GC/MS聯(lián)用技術(shù)的代謝物組的定性定量分析方法，二是發(fā)展基于化學(xué)

2、計(jì)量學(xué)多元思想的代謝組學(xué)方法，并將其應(yīng)用于以下幾個(gè)方面的研究：兒童肥胖的潛在生物標(biāo)記物的篩選及其代謝組學(xué)結(jié)果與臨床參數(shù)的關(guān)系；空腹血糖受損(impaired fasting glucose,IFG)以及2型糖尿病的潛在生物標(biāo)記物的篩選；2型糖尿病強(qiáng)化治療的藥效評(píng)價(jià)及治療相關(guān)潛在生物標(biāo)記物的篩選；兒童肥胖與2型糖尿病之間的聯(lián)系。主要內(nèi)容包括：
　　 一、采用硅烷化衍生健康人血漿樣本，GC/MS檢測(cè)，并輔助以自動(dòng)解卷積軟件和化學(xué)計(jì)量

3、學(xué)多元分辨技術(shù)，建立了血漿代謝組學(xué)定性定量分析技術(shù)平臺(tái)。該方法能同時(shí)檢測(cè)出血漿中的糖、氨基酸、脂肪酸、有機(jī)酸等重要的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物。色譜峰采用自動(dòng)質(zhì)譜解卷積和識(shí)別系統(tǒng)(Automated mass spectral deconvolution and identificationsystem,AMDIS)以及化學(xué)計(jì)量學(xué)多元分辨技術(shù)如直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影法(heuristic evolving latent projections,HE

4、LP)等進(jìn)行定性定量分析。所建立的方法為尿樣、腦脊液等其它生物體液和組織的代謝組學(xué)定性定量分析平臺(tái)的建立提供了基礎(chǔ)。（第二章）
　　 二、將代謝組學(xué)方法應(yīng)用于兒童肥胖相關(guān)代謝紊亂的發(fā)現(xiàn)、潛在生物標(biāo)記物的篩選以及代謝組學(xué)結(jié)果與臨床參數(shù)關(guān)系的研究。運(yùn)用所建立的定性定量分析平臺(tái)對(duì)正常體重兒童、超重兒童以及肥胖兒童的血漿樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析。采用非相關(guān)線性判別分析(uncorrelated linear discriminant ana

5、lysis, ULDA)發(fā)現(xiàn)三類樣本的代謝模式具有顯著差異，表明兒童肥胖中存在著代謝紊亂。典型相關(guān)分析(canonical correlation analysis,CCA)結(jié)果表明代謝組學(xué)結(jié)果和臨床指標(biāo)之間具有良好的線性關(guān)系，并且臨床參數(shù)中的腰臀比(waist-hip ratio,WHR)比用來(lái)篩查兒童肥胖的體重指數(shù)(body-mass index,BMI)在這個(gè)線性關(guān)系中具有更重要的作用。另外，ULDA和CCA的結(jié)果均表明異亮氨酸、

6、絲氨酸、2，3，4-三羥基丁酸和苯丙氨酸為兒童肥胖的潛在生物標(biāo)記物。該方法為將代謝組學(xué)的結(jié)果應(yīng)用于臨床打下了基礎(chǔ)。（第三章）
　　 三、糖尿病前期相關(guān)生物標(biāo)記物的篩選對(duì)糖尿病的預(yù)防具有重要作用。采用基于GC/MS的代謝組學(xué)方法得到了健康對(duì)照以及IFG患者的血漿代謝譜。主成分分析(principal component analysis,PCA)表明兩類樣本有離散趨勢(shì)。偏最小二乘-判別分析(partial leastsquares

7、-discriminant analysis，PLS-DA)結(jié)合單變量t-檢驗(yàn)的結(jié)果表明，乳酸、2-酮基異己酸、丙氨酸、α-羥基丁酸、尿素、磷酸、α-甘油磷酸、棕櫚酸和硬脂酸等9種物質(zhì)的水平在IFG病人中顯著性升高，而甘油單棕櫚酸酯和甘油單硬脂酸酯則顯著性降低。進(jìn)一步的相關(guān)性分析表明，2-酮基異己酸和硬脂酸與血糖呈正相關(guān)，而甘油單棕櫚酸酯和甘油單硬脂酸酯則與血糖呈負(fù)相關(guān)，另外，在兩類樣本中具有顯著性差異的11種代謝物的線性組合與血糖呈正

8、相關(guān)。結(jié)果表明所發(fā)展的代謝組學(xué)方法能在考慮代謝物之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上有效地篩選疾病的生物標(biāo)志物。（第四章）
　　 四、應(yīng)用基于PLS-DA的代謝組學(xué)方法篩選2型糖尿病潛在的生物標(biāo)記物。首先采用基于GC/MS的代謝組學(xué)方法對(duì)健康組及2型糖尿病組血漿樣本進(jìn)行定性定量分析，隨后采用PLS-DA篩選相關(guān)生物標(biāo)記物。應(yīng)用蒙特卡羅的思想隨機(jī)得到各個(gè)代謝物所對(duì)應(yīng)PLS-DA的回歸系數(shù)，繼而得到它們的分布，并由分布來(lái)決定代謝物水平的變化，繼而篩

9、選出2型糖尿病潛在的生物標(biāo)記物。該方法為疾病生物標(biāo)記物的篩選提供了一種新思路（第五章）
　　 五、將基于GC/MS的代謝組學(xué)方法應(yīng)用于2型糖尿病強(qiáng)化治療的藥效評(píng)價(jià)及治療相關(guān)生物標(biāo)記物的篩選。采用PCA分析治療后的代謝模式與治療前以及健康對(duì)照的代謝模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療后的代謝模式與治療前具有明顯差異，并有向健康組靠攏的趨勢(shì)。PLS-DA的結(jié)果表明，乳酸、α-羥基異丁酸、磷酸、甘油單棕櫚酸酯與甘油單硬脂酸酯等五種代謝物在2型糖尿病患者

10、組中的水平顯著性地高于健康組，而在治療后則顯著性地降低，因此可作為2型糖尿病強(qiáng)化治療的潛在的生物標(biāo)記物。該方法為建立基于代謝組學(xué)的藥效評(píng)價(jià)平臺(tái)以及篩選藥物治療相關(guān)的生物標(biāo)記物提供了基礎(chǔ)。（第六章）
　　 六、為了尋找兒童肥胖與2型糖尿病之間的代謝聯(lián)系，采用基于GC/MS的代謝組學(xué)方法，并結(jié)合ULDA和CCA等多元統(tǒng)計(jì)方法，分析了兒童肥胖與2型糖尿病代謝組學(xué)結(jié)果之間的聯(lián)系，以及它們分別與相對(duì)應(yīng)臨床參數(shù)的關(guān)系。結(jié)果表明，WHR在兒童