核磁共振技术及其在生命科学中的应用

核磁共振(NMR)是一种不破坏样品的无损伤分析技术,是分子结构分析不可或缺的手段。随着新技术、新方法的不断发展,其研究领域和应用范围已扩展到了几乎所有的自然科学领域。本文简要介绍了核磁共振波谱技术的基本原理、多维NMR以及在结构鉴定、构象分析、医学临床检测、蛋白质组学、代谢组学等方面的应用。同时,本文还就NMR技术的发展前景提出了一些看法。     

核磁共振技术及其在生命科学中的应用

核磁共振（NMR）是一种不破坏样品的无损伤分析技术,是分子结构分析不可或缺的手段。随着新技术、新方法的不断发展,其研究领域和应用范围已扩展到了几乎所有的自然科学领域。本文简要介绍了核磁共振波谱技术的基本原理、多维NMR以及在结构鉴定、构象分析、医学临床检测、蛋白质组学、代谢组学等方面的应用。同时,本文还就№技术的发展前景提出了一些看法。     

核磁共振技术在生物物理学领域中的应用

核磁共振波谱法(NMR)是利用核磁共振波谱对纯化合物进行结构测定,并定性或定量分析其微结构的一种研究手段.随着脉冲傅立叶变换技术和超导磁体的发展和普及.15N和31P等核磁共振谱(以15N和31P原子为测定对象得出的图谱),以及诸如二维核磁共振谱等新技术和新方法不断涌现并完善,核磁共振波谱法在生物学领域的应用也越来越广泛.在调研大量国外文献基础上,介绍NMR方法在生命科学研究方面的应用研究成果.     

核磁共振在生物学医学方面应用的进展

核磁共振(NMR)技术在医学生物学中具有广泛的用途,它既能研究活的动物器官中的蛋白质、核酸等生物大分子的代谢过程,也能研究像水、金属离子小分子含量和分布状态。它还能使整个组织器官成像,用以无损伤地诊断身体内部器官的病变。总之其优越性是其他方法,如放射性同位素、X射线计算机断层术等无法比拟的,所以它近年来发展很快。一、核磁共振谱仪在生物医学中的应用 NMR谱仪最初用它研究生物大分子,后来用于完整的细胞、细胞器、器官,进而研究体内     

高分辨魔角旋转核磁共振和主成分分析研究人类低级星形细胞瘤和脑膜瘤的代谢组特征

采用高分辨魔角旋转核磁共振（HRMAS ^1H NMR）技术结合主成分分析（PCA）方法研究了39例人体脑肿瘤组织的代谢组特征．39例肿瘤样本分别来自39个脑肿瘤患者,包括15例低级星形细胞瘤,13例纤维型脑膜瘤和11例过渡型脑膜瘤．核磁共振波谱分析结果表明,脑肿瘤组织的代谢组中丰要含有脂肪酸、乳酸、胆碱代谢物（如胆碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱）、氯基酸（如丙氨酸、谷氨酸、谷氮酰胺、牛磺酸）、N-乙酰天门冬氨酸（NAA）和谷胱甘肽等代谢物．通过对核磁共振谱进行主成分分析（PCA）,发现低级星形细胞瘤和脑膜瘤的代谢组之间具有明显的差异,而在过渡型和纤维型两个亚类脑膜瘤之间该差别相对较小．与脑膜瘤相比,低级星形细胞瘤中甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱、肌醇与肌酸的含量较高,而丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、谷胱甘肽和牛磺酸的含量较低．NAA的含量在低级星形细胞瘤中尽管较低但能观察到,而脑膜瘤中却未发现NAA的信号．结果衷明,HRMAS ^1H NMR和多变量统计分析相结合的组织代谢组学方法,不仅能有效区分不同类型的脑肿瘤,而且还可以为脑肿瘤提供丰富的代谢组信息,这些信息对研究肿瘤发生发展的机制具有潜在的意义．     

蛋白质NMR样品制备技术

在结构基因组学和结构生物学的研究中,核磁共振技术被广泛地用于测定蛋白质在溶液中的空间结构及其动力学,研究蛋白质与配体的相互作用。但是,核磁共振技术的应用在很大程度上受到样品制备技术的制约。该文就蛋白质NMR样品的制备技术进行综述,主要介绍几种常用的重组蛋白质表达体系、蛋白质同位素标记技术以及缓冲液的选择等方面的进展。     

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。     

二维核磁共振谱在多糖结构研究中的应用

二维核磁共振谱（2D NMR）是获取多糖结构信息,尤其是在多糖序列分析方面的有力工具。本文重点介绍了在多糖结构解析中常用的几种2D NMR谱以及2D NMR解析多糖结构的方法。     

Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白在胃癌组织中的表达和肿瘤转移的关系

目的:探讨了Wnt信号通路相关蛋白在胃癌组织中的表达及与肿瘤转移的关系。方法:选取2011年6月到2012年6月我院胃癌术后47例肿瘤标本作为研究对象,并选取同一患者的正常胃组织作为对照研究。采用实时荧光定量PCR和Western blot对胃癌组织和正常胃组织Wnt信号通路相关蛋白进行分析,并分析了肿瘤转移和非转移患者Wnt信号通路相关蛋白的变化。结果:与正常胃组织比较,胃癌组织中Wnt1、Wnt3、Wnt3a、β-catenin、CyclinD1和c-Myc等分子的mRNA水平明显上调,差异有显著统计学意义(P0.05)。胃癌组织中总β-catenin和核内β-catenin蛋白较正常胃组织明显增加,而磷酸化β-catenin较正常组明显下降、差异有显著统计学意义(P0.05)。与非转移组比较,转移组患者胃癌组织中Wnt1、Wnt3、Wnt3a等分子mRNA水平显著上调,差异有统计学意义(P0.05)。结论:Wnt信号通路异常激活在胃癌发生和癌细胞转移中发挥着重要的作用,为临床治疗提供了一定靶点。     

肿瘤干细胞起源及其生物学特性

肿瘤干细胞与正常成体干细胞在自我更新与增殖分化能力、表型标记和强耐药性等诸多方面存在着相类似的生物学特征,所以肿瘤干细胞被推测为肿瘤发生的细胞起源。基于肿瘤干细胞与正常干细胞之间的相似性质和肿瘤发生的分子机制,科学家建立了一系列从肿瘤组织或肿瘤细胞系分离肿瘤干细胞的实验方法和研究肿瘤干细胞起源的动物实验模型。现就目前在肿瘤干细胞起源和生物学特性领域的研究作概括阐述。     

用核磁共振研究生物活组织(一)

1946年F.Bloch等物理学家为研究中子等基本粒子的特性,发现了核磁共振(NMR)现象,从而把波谱学推进到射频区。开始,NMR仅是物理学家的工具,但很快就被应用于有机化学,极大地推动了有机化学的发展。五十年代后期,它又扩展到生物学的研究领域,从而对     

肝癌的生化研究 Ⅰ.3’-甲基-4-二甲基氨基偶氮苯引起大白鼠肝癌癌变过程中核酸嘧啶化合物代谢酶系的变化

肿瘤组织的核酸代谢和正常组织有所不同,已有不少工作证实,Skipper,Bennett等观察到肿瘤组织利用甘氨酸、甲酸等小分子化合物合成核酸嘌呤的能力较正常组织强,而利用嘌呤碱、嘌呤核苷及嘌呤核苷酸的能力则不如正常组织。de Lamirande等发现核酸嘌呤化合物代谢酶系活力在大白鼠Novikoff肝癌组织和正常组织中有明显区别,如黄嘌呤氧化酶和尿酸酶活力在肿瘤组织中完全不能测到。但有关核酸嘧啶化合物在癌组织中代谢的报导则较少,Reichard和Skold曾报告艾氏腹水癌尿嘧啶核苷磷酸     

核磁共振技术在土壤-植物-大气连续体研究中的应用

植物体内的水分状态与传输过程是土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输理论的核心内容,也是研究植物水分利用与调控的基础.植物体内水分的传输过程受外界环境影响较大,植物需要通过对体内水分状态的适当调整来适应环境变化和维持自身的生长发育.由于蒸发通量、压力室、高压流速仪、热脉冲等传统检测方法往往会对植株造成破坏和损伤,因此难以准确反映和定量描述植物体内水分传输的真实过程.核磁共振技术(NMR)由于其无损、非侵入的特点,在植物水分分布和传输相关研究中日益得到关注.本文概述了NMR在检测植物体内水分分布、传输以及含量测定等方面的研究进展,还分析了目前NMR技术在SPAC系统研究中存在的问题及可能的解决方法,并指出NMR技术将来可能在植物水分生理、植物与环境互作以及水分代谢等相关研究领域的应用.NMR技术在SPAC系统研究中的应用在我国仍处于初级阶段,开发户外便携式、开放式检测仪器是NMR技术在SPAC研究领域进一步应用和推广的关键所在.     

应用实时荧光定量RT-PCR检测宫颈癌及其外周血中VEGF表达的研究

目的:研究血管内皮生长因子在宫颈癌患者癌和癌旁组织及外周血循环细胞中的表达情况,分析其在肿瘤生长与转移中的作用。方法:采用基于TaqMan探针技术的实时荧光定量RT-PCR法检测了50例宫颈癌患者癌及癌旁组织和40例正常宫颈组织标本中VEGF mRNA的表达情况及其对应的外周血中的VEGF mRNA表达,分析其与临床病理参数之间的关系。结果:宫颈癌组织及癌旁组织中VEGF mRNA的表达水平无明显差异,但均与正常宫颈组织的表达水平差异有显著性;宫颈癌组织中VEGF mRNA的表达与肿瘤的组织学类型无明显的相关性;而与肿瘤的临床病理分期、病理分化程度、淋巴结转移、肿瘤直径、深肌层浸润间均呈显著的正相关。宫颈癌患者外周血中VEGF的表达明显高于对照组水平,与淋巴结是否转移密切相关,但与其他临床病理参数无关。结论:实时荧光定量RT-PCR可以敏感且特异性的检测出宫颈癌组织及外周血中VEGF mRNA的表达,且方法准确可靠,操作方便,在肿瘤的微转移的诊断监测方面有一定的应用价值。VEGF有可能成为治疗恶性肿瘤的一个潜在的分子靶点。     

CXCR4/CXCL12 在肿瘤中的研究进展

研究表明趋化因子及其受体在胚胎发育、干细胞迁移以及各种免疫反应中发挥重要作用,是许多生理及病理过程中细胞运动的重要因素。趋化因子受体CXCR4是一个由352个氨基酸构成的、7次跨膜的G蛋白偶联受体。趋化因子CXCL12为其特异性受体。研究发现,CXCR4/CXCL12在多种肿瘤中都有表达,在肿瘤的生长、血管生成、转移等方面发挥着重要作用。与正常组织相比,肿瘤组织及转移灶CXCR4高表达。因此,对CXCR4/CXCL12轴在肿瘤病生理中的作用机制进行进一步研究,很可能为肿瘤的治疗及对肿瘤转移的预防提供一个新的思路。我们现在就对其在肿瘤病生理中的作用做一综述。     

Wnt/beta-catenin 信号通路相关蛋白在胃癌组织中的表达和 肿瘤转移的关系

目的：探讨了Wnt信号通路相关蛋白在胃癌组织中的表达及与肿瘤转移的关系。方法：选取2011 年6 月到2012 年6 月我 院胃癌术后47 例肿瘤标本作为研究对象,并选取同一患者的正常胃组织作为对照研究。采用实时荧光定量PCR 和Western blot 对胃癌组织和正常胃组织Wnt 信号通路相关蛋白进行分析,并分析了肿瘤转移和非转移患者Wnt信号通路相关蛋白的变化。结 果：与正常胃组织比较,胃癌组织中Wnt1、Wnt3、Wnt3a、beta-catenin、CyclinD1 和c-Myc 等分子的mRNA 水平明显上调,差异有显 著统计学意义（P<0.05）。胃癌组织中总beta-catenin 和核内beta-catenin蛋白较正常胃组织明显增加,而磷酸化beta-catenin 较正常组明显 下降、差异有显著统计学意义（P<0.05）。与非转移组比较,转移组患者胃癌组织中Wnt1、Wnt3、Wnt3a 等分子mRNA水平显著上 调,差异有统计学意义（P<0.05）。结论：Wnt信号通路异常激活在胃癌发生和癌细胞转移中发挥着重要的作用,为临床治疗提供了 一定靶点。     

JS-K抗肿瘤效果机制的研究进展

研究显示一氧化氮(NO)在体内参与多种信号通路的传导,在机体的肿瘤形成等多种病理和生理过程中发挥着重要作用。谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)在很多肿瘤的表达都是升高的,在肿瘤细胞中发挥着维持氧化还原平衡、解毒和促使肿瘤细胞发生耐药等方面的的作用;而JS-K是近年来新合成的一种一氧化氮(NO)前体药,其可以在体内被谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)酶解生成NO,进而发挥抗肿瘤效应。研究显示JS-K对机体的多种肿瘤都表现出明显的抑制作用,而对正常的组织则没有明显的损伤作用。由于肿瘤的组织来源不同,JS-K表现出的杀伤肿瘤的机制也不尽相同。本课题组通过广泛的文献阅读,系统地综述JS-K杀伤各系统肿瘤的作用机制,为JS-K杀伤肿瘤的进一步的机制研究提供一些有益的思路,和为将来JS-K的临床应用提供理论基础。     

干细胞的异常分化与肿瘤发生

干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。越来越多的研究表明,干细胞异常分化可导致肿瘤。并且在肿瘤组织中存在部分细胞,它们具有干细胞的多种特性,被称为肿瘤干细胞(cancer stem cell,CSC)。肿瘤干细胞理论的提出,为肿瘤的治疗与研究提供了新的方向。本文综述了正常干细胞异常分化、肿瘤干细胞的存在和特性、肿瘤干细胞靶向治疗的前景及所面临的问题等方面的研究进展。     

皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法

目的 随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法。方法 首先,建立四层皮肤模型,采用数值分析方法研究角质层对BIS测量的阻碍作用。其次,使用去除角质层的皮肤模型研究混有不同半径和浸润深度的皮肤肿瘤组织电学特性。最后,使用凝胶处理后的猪皮组织实验验证肿瘤浸润深度(h)的影响。结果 角质层仿真结果表明,去除角质层的皮肤对激励信号的响应更明显。皮肤肿瘤模型仿真表明,当肿瘤半径(R_tumor)及h>1.5 mm时能够区分肿瘤组织与正常组织。同时根据实验结果中正常组织与肿瘤组织虚部弛豫阻抗(Z_imag-relax)定义了组织病变度(ε_worse,为肿瘤组织虚部阻抗相对于正常组织虚部阻抗变化的百分比),并绘制了肿瘤组织浸润深度(Depth)与Z_imag-relax的拟合曲线。当...     

核磁共振技术在药物检测中的应用进展CSCD

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术已发展成为新化合物结构鉴定和天然产物药物分析不可缺少的工具。因其具有非破坏性和无侵入性等特点,广泛应用于药物领域,从合成产物的表征到生物系统分子结构和构象的测定以及分析分子间相互作用等研究都离不开这个工具。核磁共振能提供丰富且精确的结构信息,如拉莫尔频率、化学位移、自旋-自旋偶合、偶极偶合和弛豫时间等参数,成为结构解析的“金标准”。本文总结了核磁共振技术在药物发现、药物相互作用、药物代谢组学以及固态核磁共振技术在固态药物分析中的应用进展。