社会经济代谢研究:内涵、发现和展望

社会经济代谢是指由于人类活动导致的物质和能量在社会经济系统内部和边界上的迁移和转换。社会经济代谢研究已经成为产业生态学的核心领域。本文结合典型案例介绍了社会经济代谢研究的内涵和基本步骤,总结了社会经济代谢研究的主要发现:提供了追踪物质在社会经济系统的来源、去向和流动路径的方法与模型;揭示了物质材料及其社会经济代谢过程对现代化生产和生活方式的支撑作用;阐明了人类活动驱动与物质代谢相关的生态环境问题的机制;提供了评估资源利用效率、资源供需趋势和城市矿产开发潜力的模型与基础数据。最后指出了社会经济代谢研究的发展方向:增加研究对象并深化对每种对象的研究精度;拓展或细化研究系统的时空边界;引入并融合新的数据来源和研究方法;将社会经济代谢中的物质流对接到与其相关的生态环境影响;建立可共享、可拓展、可累积的数据平台。     

越冬饥饿胁迫对草鱼机体生化组成和糖脂蛋白代谢相关基因转录水平的影响

为了探讨草鱼(Ctenopharyngodon idellus)在越冬期间能量利用的代谢适应机制, 将草鱼初始体重[(1053.33±16.11) g]置于室外水泥培育池, 分别在自然越冬饥饿0、1、2、4、8、12和16周后进行采样, 进行肌肉常规成分、血清能量代谢物、组织糖原、甘油三酯含量及AMP活化蛋白激酶和糖脂蛋白代谢相关基因转录水平的检测。结果显示: 越冬饥饿1周后, 草鱼肌肉各常规成分含量显著变化(P<0.05); 随着越冬饥饿时间的延长, 血清甘油三酯(TG)、甘油(Glycerol)、总蛋白(TP)、总胆固醇(TCHO)和血糖(GLU)含量先显著降低(P<0.05), 随后保持稳定, 游离脂肪酸(Free fatty acids)含量显著上升(P<0.05); 肝胰脏糖原和肌肉糖原及肝胰脏、肌肉和脂肪组织TG含量显著降低(P<0.05); 血清ATP、ADP和AMP含量显著降低, ADP+AMP/ATP比值显著升高(P<0.05); 肝胰脏、肌肉及腹腔脂肪ampk α1、ampk α2基因表达显著上升(P<0.05), 下游糖脂及蛋白代谢相关基因转录水平显著上升(包括atgl、hsl、cpt1α、cd36等脂分解相关基因; gk、pfk、pk等糖酵解相关基因; gldh、 igf-1等蛋白分解相关基因)或显著下调(acc、fas等脂合成相关基因; creb、foxo1、pgc-1α、pepck、g6pase、glut2等糖异生相关基因; tor、s6k等蛋白合成相关基因)(P<0.05)。研究表明, 草鱼在越冬饥饿期间, 血清、肝胰脏、肌肉和脂肪组织生化组成发生了上述变化的同时, 越冬饥饿胁迫激活了AMPK通路, 促进了各组织糖酵解、脂质分解、脂肪酸β氧化、脂肪酸转运及蛋白分解的进程, 抑制了糖原合成、脂质合成和蛋白合成的过程, 进而维持了机体能量稳态。     

烯醇化酶1多肽共价修饰改变细胞的生长和代谢模式

文章利用斑马鱼胚胎成纤维细胞(PAC2), 研究烯醇化酶1(Enolase1, ENO1)多肽生化功能及其共价修饰的影响。首先体外合成甲基修饰、乙酰修饰、磷酸修饰和未修饰的ENO1多肽, 分别处理PAC2细胞, 然后检测处理细胞CCK-8、胞内外乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)和二磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate, 2-PG)相对含量; 以及线粒体和溶酶体完整性; 同时利用PCR ARRAY试剂盒比较葡萄糖代谢通路变化。结果表明不同修饰的多肽处理后, 细胞增殖, 溶酶体和线粒体形态, 以及糖代谢通路发生了不同程度的改变。为了进一步研究乙酰化修饰ENO1多肽促进细胞增殖的代谢机制, 又将乙酰化修饰的多肽和空白对照处理的PAC2细胞进行转录组测序。转录组分析进一步显示乙酰化修饰的ENO1多肽可以改变糖、脂、蛋白质代谢途径, 并激活与癌症和病毒感染病的KEGG通路。研究结果提示烯醇化酶1的多种生化功能可能是蛋白翻译后不同化学修饰的结果。     

研究报告：金抗体替代ELISA中的天然抗体用于溶菌酶检测

目的酶联免疫吸附测定(ELISA)被广泛用于抗体或抗原的检测,并被视为临床实践中的金标准,可提供相对可靠、灵敏和特异的检测结果。ELISA的本质是抗原与相应抗体之间的特异性相互作用。然而,天然抗体固有的不稳定性是ELISA的一个难以克服的弱点,并可能导致检测结果的重现性差甚至错误的诊断结果。本课题组先前应用构象工程方法开发了一种基于金纳米粒子的人工抗体(简称金抗体)。金抗体可以像天然抗体一样特异性地与抗原相互作用,并且具备远优于天然抗体的稳定性。出色的稳定性使金抗体可能成为天然抗体更好的替代物,用于ELISA中。方法经过必要的优化并与辣根过氧化物酶(HRP)耦联后,制得酶标金抗体10HRP-(Au-400P1),然后用酶标金抗体代替天然酶标抗体用于ELISA检测中。结果通过一系列的实验证明,抗溶菌酶金抗体可用于ELISA特异性检测1～16 mg/L范围内的鸡蛋清溶菌酶(HEWL)样品。结论金抗体可以替代天然抗体用于ELISA检测,并具有优于传统ELISA法的检测准确性和一致性。     

发酵豆粕替代鱼粉对大口黑鲈幼鱼生长、脂质代谢、血清非特异性免疫及肠道菌群的影响

为探讨发酵豆粕替代鱼粉对大口黑鲈(Micropterus salmoides)幼鱼生长、脂质代谢、血清非特异性免疫及肠道菌群的影响, 试验在基础饲料中用发酵豆粕分别替代0、10%、20%、30%和40%鱼粉, 用晶体氨基酸平衡各组间蛋氨酸与赖氨酸的差异, 配制成共5种等氮等能(CP47%, GE19 MJ/kg)的试验饲料, 分别为FM、FSM10、FSM20、FSM30和FSM40。将初始体重为(22.05±0.09) g的大口黑鲈随机分成5组, 每组设3个重复, 养殖58d。生长试验结果表明: 各组之间增重率(WGR)、特定生长率(SGR)、肥满度(CF)、肝体比(HSI)和脏体比(VSI)均无显著差异(P>0.05), 但替代组饲料系数(FCR)均显著高于FM对照组(P<0.05), FSM40组的存活率(SR)和干物质表观消化率(ADDM)显著低于其余各组(P<0.05)。脂质代谢方面结果显示, FSM30和FSM40组的血清甘油三酯(TG)水平显著低于FM对照组(P<0.05), FSM40组的血清总胆固醇(T-CHO)水平显著低于FM对照组(P<0.05)。血清非特异性免疫方面结果表明, FSM40组的溶菌酶(LZM)和超氧化物歧化酶(SOD)活性有显著增加的变化(P<0.05)。对肠道菌群进行了Illumina Mi Seq高通量测序分析, 结果表明: 各组肠道菌群的Alpha多样性指数(Sobs、Shannon、Simpson、Ace和Chao)无显著差异(P>0.05), 但OTU数量发生了变化。在门水平上, 优势菌群为软壁菌门(Tenericutes)、变形菌门(Proteobacteria)和梭杆菌门(Fusobacteria); 而属水平上, 优势菌群为支原菌属(Mycoplama)、邻单胞菌属(Plesiomonas)和鲸杆菌属(Cetobacterium)。FSM20组与FM对照组相比, 软壁菌门和支原菌属的相对丰度显著提高(P<0.05), 变形菌门和邻单胞菌属的相对丰度显著降低(P<0.05)。综上所述, 在试验条件下, 大口黑鲈饲料中发酵豆粕替代20%鱼粉不会对大口黑鲈幼鱼生长、脂质代谢、血清非特异性免疫及肠道菌群多样性造成负面影响, 且能显著降低肠道中邻单胞菌属在内的有害菌的相对丰度, 因此, 发酵豆粕替代鱼粉的适宜比例为20%。     

一株雀纹天蛾核型多角体病毒的鉴定及其基因组序列分析

从自然死亡的雀纹天蛾幼虫分离到一株雀纹天蛾核型多角体病毒。通过扫描及切片透射电镜发现,该病毒为单粒包埋型核型多角体病毒,命名为ThjaSNPV(Theretra japonica single nucleopolyhedrovirus)。病毒全基因组重测序后拼接显示,该病毒基因组全长134 899 bp,GC含量37.28%,与豆天蛾单粒包埋型核型多角体病毒株DZ1基因组序列相似性高达96.24%。ThjaSNPV含有131个开放阅读框（ORF）其中55个为正链基因,76个为负链基因,与宿主同为天蛾科的豆天蛾单粒包埋型核型多角体基因组相比,雀纹天蛾单粒包埋型核型多角体病毒新注释到7个基因：chitin-binding protein(ORF9),ODV-E18(ORF11),lef-11(ORF27),hypothetical protein(ORF41),lef-10(ORF42),pif-6(ORF66),P6.9(ORF88)。ThjaSNPV的DNA光裂酶基因（DNA photolyase,ORF53）中不具有豆天蛾NPV中的1bp碱基的缺失,只编码一个大的完整DNA裂合酶。3...     

基于生物信息学分析KCNQ1OT1在胃癌中的作用

长非编码RNA KCNQ1OT1在多种肿瘤中高表达,但是在胃癌中的研究较少并且研究结果不一致,其在胃癌中具体的作用机制也缺乏相关研究。通过癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas, TCGA)公共数据库分析发现:KCNQ1OT1在胃癌中普遍高表达,且高表达KCNQ1OT1的胃癌病人预后不良,它与胃癌多种临床因素密切相关,尤其是与TP53的突变有明显的相关性,而且其表达与免疫细胞浸润明显相关;KCNQ1OT1在胃癌肿瘤细胞系中普遍高表达,敲低后可抑制胃癌肿瘤细胞的增殖能力,共表达网络分析发现,其表达与肿瘤代谢有密切的相关性;谷氨酰胺酶1(glutaminase 1, GLS1)在胃癌中普遍高表达,与预后不良密切相关,KCNQ1OT1与GLS1的表达具有明显的相关性,敲低KCNQ1OT1的表达可抑制GLS1 mRNA的表达,而过表达GLS1可以部分逆转敲低KCNQ1OT1造成的胃癌细胞增殖能力的下降,因此推测KCNQ1OT1可能通过GLS1调控胃癌肿瘤细胞的生长。本研究通过大数据及实验验证了KCNQ1OT1在胃癌中的表达及功能,提示KCNQ1OT1有可能通过调控谷氨酰胺代谢来促进了胃癌的发生发展,这为分子靶向治疗胃癌的临床研究提供了新的靶点和思路。     

肿瘤中甲硫氨酸代谢及其相关基因的表达调控

甲硫氨酸(methionine)作为人体必需氨基酸,生理功能多样,在肿瘤代谢重编程过程中具有重要意义。研究发现,多种肿瘤细胞对外源性甲硫氨酸存在依赖性,该效应被称为Hoffman效应。在人体内,甲硫氨酸经甲硫氨酸循环代谢,参与一碳单位代谢、叶酸循环,以及多胺、谷胱甘肽、半胱氨酸和核苷酸等多种物质的合成。肿瘤中常出现甲硫氨酸代谢的改变,并伴随甲硫氨酸代谢相关酶基因表达的异常,其中以甲硫氨酸腺苷转移酶(methionine adenosyltransferase, MAT)相关基因表达改变及甲硫腺苷磷酸化酶(methylthioadenosine phosphorylase,MTAP)基因的缺失最为常见,二者可分别引起甲硫氨酸循环及甲硫氨酸补救合成途径的异常,进而导致甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine, SAM)的生成减少和甲硫腺苷(methylthioadenosine, MTA)的堆积,其与肿瘤的发生、发展和转移等活动密切相关。由甲硫氨酸的代谢改变和代谢酶的基因表达异常,分别衍生出2种不同的治疗策略,即甲硫氨酸限制疗法和靶向治疗。本文将从甲硫氨酸代谢出发,阐述肿瘤中甲硫氨酸依懒性、肿瘤细胞MAT和MTAP相关基因的表达调控,并概述甲硫氨酸相关肿瘤治疗方案的新进展与新问题,为肿瘤治疗方案的进一步探索提供新思路。     

小分子药物BNTA通过上调Insig1缓解高胆固醇引起的骨关节炎

骨关节炎(osteoarthritis,OA)是运动系统常见的退行性疾病,具有高发病率和高致残率。骨关节炎的发病机制目前尚不明确,既往研究认为骨关节炎发病主要与创伤因素相关,而近期研究表明,以胆固醇代谢异常为主的代谢性因素同样与骨关节炎密切相关,骨关节炎的治疗以早期对症治疗和晚期手术治疗为主,尚无针对病因的特效药物。既往研究中发现,有一种具有软骨保护作用的小分子药物BNTA,其在创伤引起的骨关节炎中具有较好的疗效,但其对高胆固醇引起的骨关节炎的作用尚不明确。本研究为探究BNTA对高胆固醇引起的骨关节炎的治疗作用及其机制,采用高胆固醇饮食构建了大鼠骨关节炎模型,取膝关节石蜡切片进行组织学评估,使用油红O染色评估大鼠软骨细胞内的脂质积聚情况,使用RT-qPCR、免疫荧光和免疫组化评估软骨细胞合成代谢、分解代谢及胆固醇代谢相关基因和蛋白质的表达。结果显示,BNTA可缓解高胆固醇大鼠骨关节炎模型中的病理表现,改善OARSI评分。在大鼠软骨细胞中,BNTA可促进合成代谢相关基因col2、sox9、acan的表达,抑制分解代谢相关基因mmp13、adamts5的表达,可改善高胆固醇引起的大鼠软骨细胞脂质积聚。在大鼠软骨细胞和高胆固醇大鼠骨关节炎模型中BNTA均可上调Insig1表达。本研究证实,高胆固醇可在体内和体外实验中加重骨关节炎,可引起大鼠软骨细胞脂质积聚增加。在体内和体外实验中BNTA均能缓解高胆固醇引起的骨关节炎表型,改善软骨细胞内的异常脂质积聚,其作用可能为通过上调Insig1抑制细胞内的胆固醇生物合成,从而缓解脂质异常积聚。     

不同程度精索静脉曲张对不育男性精浆生化标志物及精子DNA完整性的影响

摘要 目的：探讨不同程度精索静脉曲张（varicocele,VC）对不育男性精浆生化标志物及精子DNA完整性的影响。方法：选取2017年8月至2020年9月至我院生殖医学中心男性专科门诊就诊并进行精浆生化及精子DNA完整性检查的不育患者138例,按照有无VC分为VC不育组62例,非VC不育组76例,选取同期就诊无VC的正常生育者60例作为本研究的对照组,根据精索静脉曲张程度将VC不育组患者分为VCⅠ度组、VCⅡ度组、VCⅢ度组。比较VC不育组、非VC不育组与正常生育组精浆生化标志物及精子DNA碎片率（DNA fragmentation index,DFI）,分析比较VC不育各亚组间精浆生化标志物及精子DFI变化情况。结果：精浆生化标志物分析：VC不育组精浆α-葡萄糖苷酶较非VC不育组及正常生育组明显减低（P＜0.05）,且VC不育各亚组间精浆α-葡萄糖苷酶水平依次减低,三组间两两比较有显著性差异（P＜0.05）;精浆锌、柠檬酸、果糖在VC不育组、非VC不育组与正常生育组比较无统计学差异（P＞0.05）,在VC不育各亚组间比较均无显著性差异（P＞0.05）;精子DFI分析：VC不育组精子DFI较正常生育组升高（P＜0.05）,非VC不育组精子DFI较正常生育组升高（P＜0.05）,VC不育组精子DFI较非VC不育组比较未见明显差异（P＞0.05）;VC不育各亚组间精子DFI逐渐升高,三组间两两比较精有显著性差异（P＜0.05）。结论：VC的发生与进展程度与精子DFI及精浆α-葡萄糖苷酶水平异常具有相关性,其二者可作为评价VC的有效指标,并为VC的分度提供一定的依据。