基于代謝組學的腎盂腎炎尿液代謝表型譜研究.pdf

1、群體性尿路感染是由致病細菌感染尿道引發(fā)的泌尿系疾病。當致病細菌感染上行繼而引發(fā)腎盂腎炎，宿主人體代謝反饋模式的改變以及相應的免疫清除過程被激活，分子表型上呈現(xiàn)病人尿液中系列小分子代謝物和關聯(lián)代謝通路譜發(fā)生繼發(fā)性修飾和偏離。因此，有效構建腎盂腎炎發(fā)生發(fā)展的特征性代謝表型譜，將有助于我們從代謝維度認識腎盂腎炎的發(fā)病機理，從修飾小分子的量變角度支撐其治療和藥物新靶點的發(fā)現(xiàn)。本研究基于核磁共振(NMR)和液質聯(lián)用(LC/QTOF MS, LC/

2、TQ MS)整合平臺開發(fā)建立非靶向和靶向相結合的代謝組分析方法，進行腎盂腎炎患者和相應健康人群的比較尿液代謝表型譜研究，一方面，通過突變和修飾小分子代謝物的鑒定和定量表征，識別具有臨床診斷價值的候選代謝標記物，以支撐腎盂腎炎的臨床早期預警和診斷；另一方面，將所鑒定的突變和修飾的小分子代謝物進行生物信息學分析和代謝通路歸屬重構，從靶向代謝通路活性的修飾變化角度理解腎盂腎炎發(fā)生發(fā)展的代謝機理。
　　嚴格根據臨床診斷和臨床生物樣品的采集

3、規(guī)范，收集伴發(fā)血尿腎盂腎炎患者的中斷尿液樣品，同時依照病人對應的生理參數(shù)招募健康志愿者，并收集其中斷尿液樣品。代謝組學方法開發(fā)過程中在線全程優(yōu)化樣品制備、儀器分析參數(shù)和模式識別方法和參數(shù)，特征代謝通路構建的方法與模式，和生物信息學支撐的功能關聯(lián)與分析方法，成功開發(fā)建立高效穩(wěn)定的尿液代謝組學分析方法，應用于腎盂腎炎的代謝表型組研究。通過三種分析平臺的整合應用，獲得尿液代謝組學的原始譜圖數(shù)據，首先利用相關生物信息學軟件對譜圖數(shù)據進行基線校準

4、、歸一化、去卷積和判別式分析，獲得代謝組原始數(shù)據的三維矩陣。進一步采用Heatmap、非監(jiān)督的主成分分析法(Pincipal Component Analysis, PCA)和監(jiān)督型偏最小二乘判別分析法(Partial Least Squre-Discriminate Analysis, PLS-DA)，對尿液代謝組數(shù)據矩陣進行區(qū)組判別分析，可視化健康人群與腎盂腎炎病人群體尿液代謝表型組的差異。參考PLS-DA的VIP-plot（VIP

5、>1）并整合相關數(shù)據庫檢索和靶向分析鑒別突變修飾代謝產物，本研究結果顯示腎盂腎炎病人群體與健康人群的尿液代謝表型組顯著區(qū)分，結合上述VIP判別原則，共發(fā)現(xiàn)和鑒定顯著貢獻尿液表型組區(qū)分的43個突變修飾代謝物。這些代謝產物主要集中于糖類物質及其代謝中間體，氨基酸類、核苷酸類和免疫相關反應物質。通過生物信息學檢索和文獻篩查辨識21個具有直接的生物學意義相關性的內源性化合物。糖類代謝物：葡萄糖（glucose）、UDP-葡萄糖醛酸酯（UDP-g

6、lucuronate）、L-谷氨酸鹽（L-glutamate）、異丁酸鹽（Isobutyrate）以及中間體4-羥基丁醇（4-hydroxybuty）、煙酸（ Nicotinic acid）、硫辛酰胺（lipoamide）；氨基酸類：酵母氨酸（Saccharopine）、賴氨酸（Lysine）、酪氨酸（Tyrosine）、甲硫氨酸（Methionine）、半胱氨酸（Cysteine）、天冬氨酸（Aspartate）、精氨酸（Argini

7、ne）、脯氨酸（proline）、腐胺（putrescine）、吡哆醛（pyridoxal）和色氨酸（Tryptophan）；免疫以及核酸類代謝物：前列腺素E（PGE）、胞嘧啶（Cytosine）、組胺（Histamine）。通過對這些化合物代謝通路的歸屬和構建以及生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)這些代謝物的修飾變化和通路活性改變能夠從不同角度闡釋腎盂腎炎發(fā)生發(fā)展的特征代謝表型和代謝機理。這些結果的獲得將為研究腎盂腎炎發(fā)病機制、臨床診斷和治療提供實