医学代谢组学

Medicine Metabolomics

医学代谢组学整体解决方案
医学代谢组学整体解决方案
脂肪酸(Fatty Acid)是天然油脂加水分解生成的脂肪族羧酸化合物的总称,目前已发现的天然脂肪酸有 200 多种,广泛存在于动植物油脂中。
脂肪酸在生命过程中具有十分重要的作用,是构成人体脂肪和类脂的基本物质,是细胞膜磷脂的重要成分,还可直接调节细胞膜的组成及蛋白质与膜内受体等。随着脂肪营养研究的深入,脂肪酸的营养作用、生物功能以及与疾病健康的关系日益受到人们广泛的关注。
代谢组学在医学中的应用领域
案例分析:胰腺癌代谢组学研究

Metabolic biomarker signature to differentiate pancreatic ductal adenocarcinoma from chronic pancreatitis

期刊:Gut     影响因子:19.819
发表时间:2018年     发表单位:德国葛莱夫斯瓦尔德大学

研究内容

慢性胰腺炎 (CP) 在不同人群中发病率在 4 - 23/10 万之间,是胰腺癌(PDAC)的危险因素。这两种疾病的常用诊断方法包括 B 超、CT、肿瘤标志物测定。CA19-9 是胰腺癌的标志物,但 CA19-9 也可能在非恶性疾病患者中水平升高。目前很多患者发现的胰腺癌已处于晚期,80%-85% 的患者处于不可切除的阶段。CP 的存在进一步阻碍了诊断,但早期发现可使生存率提高 30%-40%。因此,早期发现 CP 患者的胰腺癌具有明确的医学需求。目前的非侵入性诊断试验只能区分大约 2/3 的胰腺癌患者 (PDAC) 和慢性胰腺炎患者 (CP),本文旨在寻找来源于血液的代谢生物标志物,优化阴性预测值。

研究思路

无监督主成分分析(PCA):用主成分 3 和 4 对237 例胰腺癌 PDAC 患者和 239 例 CP 患者(训练集 + 测试集血浆和血清样本)进行分离。

图 1 PDAC 患者和 CP 患者的主成分分析图

训练集数据方差分析:在血清和血浆中检测到PDAC 和 CP 之间共有的 29 种差异代谢物(如图)。为构建胰腺癌的有效诊断模型,应用弹性网络算法筛选出 9 种血浆代谢物(除 CA19-9)。

图 2 PDAC 患者和 CP 患者显著变化的代谢产物

区分PDCA患者与CP患者的生物标志物其诊断准确性远远高于单独的CA19-9。训练集:AUC=0.96 (95% CI 0.93-0.98); 测 试 集:AUC=0.94 (95% CI 0.91-0.97),灵敏度为 89.9% ,特异性为 91.3%。进一步证实了生物标志物诊断胰腺癌的准确性优于单独的 CA19-9。

图 3 PDAC 患者和 CP 患者生物标志物的 ROC 曲线

参考文献

Julia Mayerle,Holger Kalthoff,Regina Reszka,et al. Metabolic biomarker signature to differentiate pancreatic ductal adenocarcinoma from chronic pancreatitis[J]. Gut, .2018

中医药领域

中药材药效评价:中药材的质量直接关系到中医药的临床治疗效果,和西药相比,中药的成分复杂,但更强调对机体内外环境的整体调节,利用代谢组学可对中药材的药效进行评价研究。

中药复方配伍规律探究:中药复方配伍规律是中医复方的关键,药物配伍后功效发生变化,代谢组学研究结果反应了代谢网络整体的变化规律,适用于对复方配伍及其规律的科学理论探究。

生物标志物筛选:发现与疾病相关的生物标志物,并确定涉及的代谢通路,对中医诊断及精准疗效评估具有重要参考意义。

中医方证研究:按照“生物标志物 - 方剂效应评价 - 体内药效物质基础”的研究思路,已提出中医方证代谢组学(Chinmedomics)的概念,也是近年来兴起的研究中药方剂有效性及其药效物质基础的整合策略。

研究案例
案例分析

多组学联合分析有关治疗慢性脑灌注不足疾病

4,5caffeoylquinic acid and scutellarin, identified by integrated metabolomics and proteomics approach as the active ingredients of Dengzhan Shengmai, act against chronic cerebral hypoperfusion by regulating glutamatergic and GABAergic synapses

期刊:Pharmacological Research     影响因子:5.574
发表时间:2020年     发表单位:北京药物研究所

研究背景

灯盏生脉是治疗慢性脑灌注不足(CCH)、痴呆等脑血管疾病的一种疗效显著的中成药,广泛应用于缺血性脑血管病的恢复期。本研究旨在探讨灯盏生脉抗 CCH 的活性物质及作用机制。

研究方法

以 CCH 模型大鼠为研究对象,采用代谢组学和蛋白质组学相结合的方法,研究了灯盏生脉的神经保护作用。采用高效液相色谱 - 质谱联用(HPLC-MS/MS)法分析了脑组织中灯盏生脉的暴露组分,并在谷氨酸诱导的神经元兴奋性损伤细胞模型上对暴露组分进行了检测,以验证灯盏生脉的有效成分和作用机制。

研究结果

通过蛋白质组学和代谢组学分析,我们观察到在灯盏生脉的治疗中,包括谷氨酸性和 γ- 氨基丁酸性突触在内的相互连接的神经递质转运途径有显著改善。此外,灯盏生脉对谷氨酸和 γ- 氨基丁酸相关蛋白 vGluT1 和 vIAAT有明显的调节作用,提示灯盏生脉可能参与突触前膜兴奋性和抑制性神经递质的囊泡转运。灯盏生脉还可调节突触后膜中花生四烯酸(AA)、磷脂、溶血磷脂的代谢及磷脂酶 A2 的表达。谷氨酸诱导的神经元兴奋性损伤细胞模型实验验证了灯盏生脉的有效成分和作用机制,结果表明,灯盏生脉的有效成分有 5 种,其中 4,5- 咖啡酰奎宁酸(4,5-CQA)和灯盏花素(SG)可同时影响谷氨酸性和 γ- 氨基丁酸性突触代谢 NMDA 的 NR2b 亚基和 γ-氨基丁酸 A 型(GABAA)的 α1 亚基作为相关受体。

图 1 实验设计

图 2 代谢组研究结果

图 3 蛋白组研究结果

图 4 研究结论

参考文献

Sheng N, Zheng H, Li M, Li M, Wang Z, Peng Y, Yu H, Zhang J. 4,5caffeoylquinic acid and scutellarin, identified by integrated metabolomics and proteomics approach as the active ingredients of Dengzhan Shengmai, act against chronic cerebral hypoperfusion by regulating glutamatergic and GABAergic synapses. Pharmacol Res. 2020 Feb;152:104636