基于UPLC-Q-TOF/MS代谢组学探究虹鳟鳃对热应激的生理反应

全球气温日趋升高导致的水温上升可引起虹鳟(Oncorhynchus mykiss)代谢紊乱,为解析其在热应激下的代谢变化特征,研究基于UPLC-Q-TOF/MS代谢组学技术,探究了虹鳟鳃靶器官在高温暴露(20℃和24℃)及恢复到初始温度(14℃)下的代谢生理反应。研究结果表明,与对照组相比,在20℃、24℃高温组和14℃恢复组中分别鉴定出128、130和108种差异显著代谢物。在高温暴露下,亚油酸、花生四烯酸等与脂质代谢相关的代谢物及还原型辅酶Ⅱ(NADPH)、谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽二硫化物(GSSG)等与细胞氧化还原状态相关的代谢物均发生显著改变。富集分析表明这些代谢物主要涉及虹鳟鳃的甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、亚油酸代谢、花生四烯酸代谢、磷酸戊糖途径和谷胱甘肽代谢等代谢通路,但在温度恢复到14℃后,除鞘脂代谢外,其他代谢途径均未恢复至正常状态。上述结果表明,热激导致了虹鳟鳃靶器官的脂质代谢紊乱,可能导致鳃细胞膜的结构和功能的损伤,诱使鳃细胞出现炎症反应,并产生免疫应答。同时,虹鳟鳃细胞通过磷酸戊糖途径产生的NADPH来调节谷胱甘肽代谢中GSH/GSSG比值以提高细胞的抗氧化能力来...     

基于UPLC-MS/MS技术的代谢组学方法研究麸皮对杨树桑黄代谢的影响

桑黄孔菌属.Sanghuangporus是一类具有重要药用价值的大型真菌,目前被国际公认为抗肿瘤效果最好的药用真菌之一.本研究以添加麸皮栽培的杨树桑黄Sanghuangporus vaninii子实体为研究对象,基于液质联用技术的广泛靶向代谢组学研究,从杨树桑黄子实体中检测出355种代谢产物,差异代谢物86种,上调51...     

基于UPLC-QTOF/MS的胆囊癌血清非靶向代谢组学研究

目的:胆囊癌(Gallbladder carcinoma,GBC)是一种常见的胆道系统恶性肿瘤,五年生存率极低,目前临床上缺少有效的诊断标志物。故本研究探索胆囊癌患者与健康人血清的差异性小分子代谢物,用于胆囊癌的定性诊断。方法:本研究以超高效液相色谱联用四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)技术为平台,以32例胆囊癌患者和32例健康人血清为研究对象,进行非靶向代谢组学研究分析,用SIMCA-P软件进行PCA和OPLS-DA建模分析,结合T检验结果和代谢物在两组中的差异倍数来筛选潜在小分子代谢标志物,并通过二元逻辑回归分析建立联合诊断模型。结果:溶血磷脂酰胆碱(18:1)(LysoPC(18:1))和十八烷胺(Octadecylamine,ODA)两个代谢物在胆囊癌患者和健康对照组血清中具有显著性差异,差异倍数达到2倍以上。经过二元逻辑回归分析建立诊断模型,两者构建联合诊断的诊断模型为Logit[P=GBC]=26.090*[LysoPC(18:1)]-8.877*[ODA]-113.075,据此建立受试者工作特征曲线(Receiver operating characteristic,ROC)曲线,曲线下面积(Area under the curve,AUC)为0.986,灵敏度为97.1%,特异性为94.6%。结论:LysoPC(18:1)和ODA可作为胆囊癌的潜在诊断标志物,为胆囊癌的诊断提供参考。     

基于UPLC-MS/MS技术的野生及栽培韭菜籽的代谢组学研究

多星韭为贵州省赫章县喀斯特地貌区重要的野生植物资源之一,具有较高的开发利用价值。为分析野生多星韭(Allium wallichii )籽与栽培韭菜(A. tuberosum)籽代谢产物差异及其通路,该研究利用UPLC-MS/MS物质分离鉴定技术,对2种韭籽化学成分进行广泛靶向代谢组学分析。结果表明:(1)共检测到782种代谢产物。(2)主成分分析(PCA)显示样本间存在差异,正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)共筛选出12类显著变化(P<0.05,VIP≥1)的差异代谢物,涉及492种,其中上调和下调幅度在前20的代谢物包括黄酮、甾体皂苷、黄酮醇、酚酸类、异黄酮、游离脂肪酸、三萜皂苷、生物碱、吲哚类生物碱、氨基酸及其衍生物等。(3)KEGG注释到84条差异代谢通路,其中差异代谢物显著富集(P<0.01)通路4条,此外还构建了未注释到的显著差异代谢物甾体皂苷的生物合成通路。该研究结果为韭籽有效成分代谢途径解析及药理活性物质研究提供了参考,也为赫章县野生多星韭的开发保护与多元化利用提供了新思路。     

基于GC-MS的植物代谢组学研究

代谢组学是系统生物学的重要组成部分。在众多代谢组学分析技术中,气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术较为成熟,分辨率高、灵敏度高、重现性好,拥有大量标准质谱图数据库且成本相对低廉,很早就应用到植物代谢组学研究领域,迄今仍然是主要分析平台之一。现从GC-MS技术的核心原理、衍生化方法以及数据采集、分析和数据库等方面介绍了GC-MS植物代谢组学分析技术。同时,综述了该技术在基因功能研究、植物代谢遗传机理、植物抗逆、生物技术和生物育种中的应用。     

黄独微型块茎低温离体保存的GC/MS代谢组学分析

GC/MS检测方法采用初步探明黄独低温离体保存微型块茎的差异代谢物。与黄独微型块茎25℃离体保存相比较,黄独微型块茎4℃离体保存的差异性代谢物有丙氨酸（Alanine）、儿茶素（Catechin）、N,N-双（2-羟乙基）甲胺（N,N-Di-（2-Hydroxyethyl）-methanamine）、水杨酸（Salicylic acid）、柠檬酸（Citric acid）和山梨糖（Sorbose）等。在黄独微型块茎4℃离体保存中,丙氨酸（Alanine）参与氰基氨基酸代谢;儿茶素（Catechin）参与次生代谢产物生物合成、黄酮类化合物的生物合成和苯丙素的生物合成;水杨酸（Salicylic acid）参与多环芳烃降解、微生物在不同环境中的代谢、植物激素信号转导、次生代谢产物生物合成、二恶英降解、苯丙氨酸代谢、芳烃降解、植物激素生物合成、铁载体组非核糖体肽合成和苯丙素的生物合成等。柠檬酸（Citric acid）参与来自鸟氨酸、赖氨酸和烟酸的生物碱生物合成、组氨酸和嘌呤的生物碱生物合成、微生物在不同环境中的代谢、植物次生代谢产物的生物合成、2-氧代羧酸代谢、萜类和类固醇的生物合成、原核生物固碳途径、次生代谢产物生物合成、来自莽草酸途径的生物碱生物合成、来自萜类化合物和聚酮的生物碱生物合成、柠檬酸循环（TCA循环）、植物激素生物合成、乙醛酸和二羧酸代谢、双组分系统、苯丙素的生物合成以及来自鸟氨酸,赖氨酸和烟酸的生物碱生物合成等。黄独低温离体保存微型块茎差异代谢物的初步发现为进一步了解其低温离体保存的分子机制奠定了基础,也为低温离体保存黄独微型块茎的破除休眠以及其后续萌发提供了理论依据。     

基于UHPLC-MS/MS技术的三种不同基质栽培肺形侧耳的代谢组学研究

桉树因其优异的特性在我国拥有广大的种植面积,在其栽培和生产加工过程会产生大量的桉树皮和桉木屑等副产物,其剩余物资源较丰富。目前已有利用桉木屑栽培食用菌的报道,为了解桉树皮和桉木屑与杂木屑栽培的肺形侧耳(Pleurotus pulmonarius)代谢物的差异,该研究采用超高效液相色谱-串联质谱(Ultra-High Performance Liquid Chromatography tandem Mass Spectrometry,UHPLC-MS/MS)技术,结合正交偏最小二乘法-判别分析法(Orthogonal Projections to Latent Structures Discriminant Analysis,OPLS-DA)对不同栽培基质条件下肺形侧耳子实体的代谢物进行了非靶向代谢组学研究。以变量权重值(Value Importance in Projection,VIP)>1结合T检验P<0.05为标准进行筛选。结果表明:(1)处理组B(桉木屑)与对照组A(杂木屑)之间有45种差异代谢产物和8种差异代谢物通路,处理组C(桉树皮)与对照组A之间有53种差异代谢产物和15种差异代谢物通路,处理组B与处理组C之间有39种差异代谢产物和5种差异代谢物通路。(2)根据KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路富集分析处理组C和对照组A得到4条显著的代谢通路,分别为精氨酸生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、泛酸和辅酶A生物合成和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,处理组B和处理组C得到1条显著的代谢通路为组氨酸代谢,而处理组B和对照组A中无显著性代谢通路(P>0.05)。综上表明,利用桉树皮和桉木屑作为肺形侧耳的主要栽培基质(尤其是桉木屑),可以降本增效和实现资源再利用。该研究结果为桉树加工副产物应用于食用菌栽培提供了参考。     

基于UPLC-QTOF-MS代谢组学研究灰树花发酵的代谢差异

为了解天麻苦荞复配液的添加对灰树花深层发酵过程中代谢产物的差异性,采用超高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）技术结合多变量统计分析方法,对发酵7d的灰树花菌丝体细胞代谢物进行分析。主成分（PCA）模型显示添加天麻苦荞复配液的菌丝体细胞与对照组菌丝体细胞相比代谢产物差异明显（P<0.05）,通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）,以VIP（varible importance in the projection）>1和P<0.05为条件进行筛选和鉴定得到44种差异代谢物,包括糖类6种、氨基酸类13种、维生素类5种、核苷酸类7种、有机酸类10种、脂肪酸类3种。其中,与对照组相比鼠李糖、D-半乳糖、D-甘露醇、果糖-6-磷酸等7种物质含量显著下调,D-木糖醇、异亮氨酸、赖氨酸、泛酸、二十二碳六烯酸、D-葡萄糖醛酸、琥珀酸等37种物质含量显著上调。通过对差异代谢物进行通路分析,得到具有显著影响的代谢通路14条,推测了灰树花胞外多糖合成通路。由此推断天麻苦荞复配液的添加对灰树花胞外多糖的增效作用和提升营养品质的原因,为今后深层次研究外源添加物对灰树花发酵过程的影响提供理论依据。     

基于炎症大鼠代谢组学的马钱子炮制减毒存效机制研究

运用动物模型、血浆药物化学及代谢组学方法,探讨马钱子炮制前后干预炎症大鼠作用机制。按不同剂量灌胃小鼠,以死亡率初步考察炮制前后毒性;建立大鼠蛋清性足跖肿胀模型,通过肿胀率和炎性因子水平评价炮制前后抗炎效果;采用高分辨质谱结合多元统计学,鉴定入血后的移行成分及相应的代谢产物;比较分析各实验组代谢轮廓及差异生物标志物,并构建其代谢通路。结果显示,高剂量下马钱子砂烫品的毒性要明显低于生品。生品和砂烫品均能显著降低大鼠足肿胀率和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)的水平,炮制前后在抗炎效果上差异无统计学意义(P>0.05)。通过血浆药物分析,鉴定出了12个移行成分,以及相应60个代谢产物,S-plot鉴定出10个差异性化合物。代谢组学实验共发现10个内源性代谢物含量发生显著变化(P<0.05),生物标志物主要涉及苯丙氨酸代谢、甘油磷脂代谢、谷氨酸及谷氨酰胺循环、精氨酸和脯氨酸代谢等途径。通过本研究确证马钱子生品和砂烫品均有较好抗炎治疗作用,高温炮制可以降低马钱子毒性;入血后有效成分应多为生物碱,经过I相反应就容易被体内清除;马钱子炮制抗炎、镇痛、减毒机制主要与氨基酸和脂质代谢相关。该实验结果进一步阐明了起效物质基础及体内作用机制,为后续炮制工艺改进和新药研发等提供科学支撑。     

代谢组学与营养学研究

代谢组学(metabonomics)是近几年来基于核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)、质谱(mass spectrometry,MS)和高效液相色谱(HPLC)等发展起来的一种新的"组学"技术,是通过分析生物体液及组织中所有小分子物质来研究有机体内物质代谢规律和健康状况的一门学科。代谢组学在功能基因组学、病理生理学、药理毒理学和营养学等方面有着广泛的应用前景。本文综述了代谢组学的研究进展和在营养学方面的应用。     

基于代谢组学的功能性蛹虫草成分研究

对功能性蛹虫草、野生蛹虫草、柞蚕蛹虫草及冬虫夏草的代谢组学进行非靶向成分比较分析,并对功能性蛹虫草的常见生物活性成分进行定量分析。结果表明,功能性蛹虫草共检测出代谢产物成分2 213种,占成分总量的72.67%,其特有成分497种,与冬虫夏草、柞蚕蛹虫草和野生蛹虫草相比具有显著的成分优势。除目前已经报导的部分成分外,还含有丰富的特殊性代谢产物,如灵芝酸、茯苓新酸、人参皂苷、仙茅皂苷、苦玄参苷、黄芪皂苷、金铁锁环肽、王不留行环肽、甾醇、丹酚酸等。常规成分定量分析表明功能性蛹虫草子实体中虫草素和喷司他丁含量均较高,麦角甾醇、SOD酶、维生素E含量均显著高于对照组。大量药物活性物质在蛹虫草代谢产物成分体系中得到表达,对于揭示蛹虫草保健价值的物质基础具有重要意义。     

植物代谢组学数据分析和数据库

植物代谢组学是近年发展起来的进行植物生物学研究的新兴学科,目前的难点和热点是数据分析和信息挖掘。现针对植物代谢组学数据分析和信息挖掘过程中涉及的几个主要方面进行了概述,内容包括数据特点、分析流程、软件和数据库。系统地介绍了植物代谢组数据分析预处理、常用统计分析原理和适用条件、数据分析中的注意事项、常用软件和数据库的优缺点,最后探讨了植物代谢组数据分析的问题和新发展动态。     

基于代谢组学的南方菟丝子和金灯藤质量比较研究

目的:比较研究南方菟丝子和金灯藤的化学成分,对差异性成分进行定量.方法:采用基于UPLC-QTOF-MS/MS的代谢组学方法对南方菟丝子和金灯藤中小分子化学轮廓进行表征,利用多变量数据统计方法发现各自的特征性成分,整合HPLC-UV方法对45批南方菟丝子和金灯藤商品药材差异性成分进行定量分析.结果:南方菟丝子和金灯藤化...     

代谢组学研究技术及其应用

介绍代谢组学的研究技术,主要包括核磁共振技术,色谱-质谱联用技术,同时介绍常用的数据处理方法和数据库.对目前代谢组学在医药领域、生物研究领域、资源环境,以及农业和食品领域的应用情况进行综述.     

基于比较代谢组学解析藤仓赤霉菌CGMCC 17793高产GA4机制

新型赤霉素(gibberellin) GA4因其独特的优势而具有广阔的应用前景。为探究GA₄生物合成调控机制,本研究以藤仓赤霉菌(Gibberella fujikuroi) GA₄生产菌株S (CGMCC 17793)和野生菌株Y (GenBank登录号：NRRL 13620)为研究对象,利用液相色谱-质谱联用(liquid chromatograph-mass spectrometer,LC-MS)代谢组学技术,结合主成分分析(principal component analysis,PCA)与偏最小二乘-显著性分析联合法(partial least squares-discrimination analysis,PLS-DA)等对两种菌株在同一发酵时间以及菌株S在不同发酵时间的差异代谢物进行筛选与鉴定,并利用KEGG数据库和MBROLE 2.0分析相关代谢通路。结果表明,与菌株Y相比,菌株S在发酵3、6、9 d时,显著上调和下调的代谢物分别为107种和66种、136种和47种、94种和65种。与生产菌株S发酵3 d时相比,6、9 d时显著上调和下调的代谢物分别为29种和40种、52种和67种。菌株S与菌株Y同一发酵时间的差异代谢物主要富集在氨基酸代谢、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA cycle)和萜类生物合成等通路。菌株S不同发酵时间的差异代谢物主要富集在氨基酸代谢与糖代谢等合成途径。通路注释与分析结果说明,菌株S通过促进氨基酸与糖代谢、TCA循环产生更多乙酰CoA,增强了甲羟戊酸途径,从而使萜类化合物合成的前体物质异戊烯焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate,IPP)含量增加,最终提高了GA₄产量。本研究探究了藤仓赤霉菌GA₄代谢规律,为调控藤仓赤霉菌提高GA₄产量提供了理论基础。     

基于LC-MS的冠心病人源菌群小鼠代谢组学研究

目的 使用基于液态色谱-质谱联用法( liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)的非靶向代谢组学技术研究冠心病人源菌群小鼠特征性代谢产物.方法 28只无菌雌性C57BL/6J小鼠分为对照组( CON)和模型组(CAD),分别接种健康志愿者和冠心病患者的新鲜粪便悬液,移植...     

基于代谢组学的转基因水稻生物安全评价方法研究

代谢组学因其全面无偏向性、非靶标轮廓分析的技术优势,成为目前转基因生物安全评价技术研究的热点.以转基因抗虫水稻及其非转基因受体为研究对象,采用基于超高效液相色谱-四级杆-飞行时间串联质谱(UPLC-QTOF/MS)分析的转基因作物代谢组评价技术流程,对代谢组提取方法、数据处理方法、分析平台等进行了探索.结果 表明,应用...     

基于稳定同位素的代谢组学临床研究进展

基于稳定同位素示踪的代谢组学不仅能检测疾病发生发展及治疗过程中相关代谢物的变化,还可以对生物体系的代谢物进行定量分析并描述代谢特性。目前,稳定同位素示踪的代谢组学技术可在受试者体内直接追踪到代谢网络的单个原子,更有利于发现与疾病病因和诊断及药物疗效评估相关的生物标志物。现就稳定同位素示踪代谢组学在临床研究中的应用做简要概述,以期为将来更好地开展代谢组学在临床方面的研究提供重要依据。     

空间分辨代谢组学进展和挑战

空间分辨代谢组学即整合质谱成像和代谢组学技术,对动/植物组织和细胞中内/外源性代谢物的种类、含量和差异性空间分布进行精准测定。质谱成像技术因其具有无标记、非特异、高灵敏度、高化学覆盖、元素/分子同时检测等优势,被广泛应用于动/植物组织中各类代谢物、多肽和蛋白的时空分布研究。首先介绍了代谢组学和质谱成像技术的研究现状,然后重点综述了空间分辨代谢组学在动物组织、植物组织和单细胞水平上的前沿应用。最后展望了空间分辨代谢组学技术的现有瓶颈和未来发展方向。空间分辨代谢组学是继代谢组学之后又一门新兴的分子成像组学技术,能够无标记、可视化检测动物组织中外源性药物的吸收、分布、代谢和排泄,以及植物组织中多种代谢产物的生物合成、转运途径和积累规律。该技术将推动靶向药物发现、病理机制解析和动植物生长发育密切关联的空间代谢网络调控等前沿应用研究。     

基于质谱技术的细胞代谢组学研究进展

细胞代谢组学作为一个新兴领域,能解决基本的生物学问题,还能观察细胞内的代谢情况。细胞代谢物浓度可以近似地反映一个组织、器官或细胞的表型。随着代谢组学的发展,以质谱分析为基础的代谢组学技术研究细胞的代谢物,其灵敏度高、分辨率好,能进行多组分的检测,并能获取分子的结构信息,这有利于细胞生物学的研究。该文结合目前代谢组学的技术,对细胞代谢物研究的意义及基于质谱技术的细胞代谢组学的应用进行了综述。