靶标代谢组学技术在不同代谢物群研究中的应用(2)
作者:佚名; 更新时间:2017-02-01

  核苷类化合物是维持生命活动所需的基本物质,是构成DNA和RNA的基本物质,因其具有广泛的生理活性,可以用于抗肿瘤抗病毒[22]等的治疗。某些疾病的发生也与核苷类物质的代谢异常相关,因此,核苷类化合物含量的变化可以作为生物标志物,用于某些疾病的诊断[23-29].目前,HPLC、毛细管电泳(capillaryelectrophoresis,CE)、HPLC-MS以及GC-MS等分析方法已用于核苷类物质的分析。

  谢玉萍等[30]采用HPLC-ESI/MS/MS技术,结合MRM模式,建立了同时检测19种核苷的方法。该方法具有灵敏度高、选择性强、定量准确及分析速度快等优点,可用于分析不同生长状态的大肠杆菌中核苷的种类和含量随时间的变化趋势。

  Struck等[27]建立了一种定量分析泌尿生殖系统癌症患者尿样中核苷的方法,利用HPLC-ESI-QQQ/MS/MS技术,结合MRM模式,在17min内同时检测12种核苷,观察核苷代谢变化,为进一步研究核苷类物质作为癌症生物标志物的可能性提供了方法。

  Stentoft等[31]建立了一种简单且重复性好的前处理方法,采用LC-MRM/QQQ/MS/MS技术,同时准确定量分析了奶牛血浆中20种不同结构性质的嘌呤嘧啶代谢物,并且通过分析不同基质(血浆、尿液、牛奶)和不同物种(牛、鸡、猪、大鼠、人)采集的血液中嘌呤嘧啶代谢物,考察了该方法的适用性。修饰核苷是机体的代谢产物,在转录后由多种特定的甲基转移酶和连接酶作用于多聚核苷分子而形成,其作用与维系自身结构和调节功能有关。Li等[32]收集了25名健康人和51名冠状动脉疾病(coronaryarterydisease,CAD)患者的尿样,预处理后,采用固相萃取法提取、纯化甲基化的核苷,继而采用HPLC-ESI-SRM/MS/MS技术共分析了6种甲基化的核苷(N3-甲基胞苷、N1-甲基腺苷、N6-甲基腺苷、N2-甲基鸟苷、N1-甲基鸟苷和N2,N2-二甲基鸟苷),其中N6-甲基腺苷在CAD患者与健康对照组尿液中的含量变化具有明显的差异。表明尿液中N6-甲基腺苷的含量变化可能与冠状动脉疾病相关。

  Xia等[29]采用HPLC-UV/MS/MS对2型糖尿病患者中糖尿病性肾病患者肌酐和嘧啶循环相关代谢物进行定量分析。发现患者血浆中胞嘧啶、胞苷、胸苷含量显着增高,而尿苷、胸腺嘧啶及脱氧尿苷含量没有显着变化。该研究结果表明,胞嘧啶、胞苷、胸苷含量变化可用于糖尿病病情发展的检测及治疗效果的评价。

  4氨基酸类化合物

  氨基酸(aminoacid,AA)是构成蛋白质的基本单位,赋予蛋白质特定的分子结构形态;作为细胞的信号分子,可调节基因的表达和蛋白质的磷酸化级联反应;AA还能转化为其他的物质(如丙酮酸盐、2-氧化戊二酸和延胡索酸等)进一步进入三羧酸循环,参与能量代谢。此外,AA代谢作为中心碳代谢的重要部分,发挥着关键作用。越来越多的研究表明AA的代谢变化可用于疾病的分析[33-36].因此,建立一种简单、可靠的AA定量分析方法具有重要的意义。AA种类较多且结构相似,大部分没有紫外和荧光响应,为提高分离度和检测灵敏度,一般将其衍生化后再进行定性定量分析。已发展的AA测定方法有很多,常见的有GC-MS[37]、LC-MS[38-41]及CE-MS[42-44]技术。Piraud等[45]利用LC-MRM/MS技术建立了一种新的无需衍生化来检测AA的方法,为遗传性AA代谢紊乱的检测提供了技术支持。Salazar等[40]利用6-氨基喹啉-N-羟基琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯进行衍生化,采用稳定同位素标记和MRM模式,应用AccQ·Tag-UPLC-ESI-MS/MS技术对拟南芥叶提取物中的AA进行定量分析。该方法通量高,选择性好,可以实现在10min内检测38种代谢物,检测限达1.02×10-11mol/L,较其他方法灵敏度提高1~5个数量级。

  慢性阻塞性肺病(chronicobstructivepulmonarydisease,COPD)是呼吸系统常见病之一。近年来,COPD的基础研究和治疗方法都不断深化。Ubhi等[35]采用LC-MS/MS技术研究不同类型COPD患者血清样品,检测34种AA和二肽代谢变化,发现AA代谢变化可用于COPD的诊断及区分COPD的不同亚型。特别是γ-氨基丁酸的含量变化可用于监测疗效及具有恶病质的胰腺癌复发情况。

  非对称二甲基精氨酸(asymmetricdimethylargi-nine,ADMA)是一氧化氮合酶(nitricoxidesynthase,NOS)竞争性抑制剂[46],通过抑制血管内皮细胞NOS抑制一氧化氮(nitricoxide,NO)合成,NO合成和分泌减少,会导致血管张力调节机制受损[47].Yi等[48]建立了一种LC-ESI-SIM/MS方法定量分析了T2DM患者血浆中L-精氨酸、ADMA和对称性二甲基精氨酸。研究发现与对照组相比,ADMA的含量在T2DM患者中显着增高,表明ADMA的含量变化可能与心血管疾病相关。

  5结语

  靶标代谢组学可用于验证发现代谢组学提出的假说,进行基于假说的探索性实验,针对特定代谢物,研究代谢模型。采用MRM技术和同位素稀释或质量标签标记的方法对筛选出来的标志物定量,进行临床确证。代谢物的准确定量将使代谢组学研究更全面更可靠,有助于更清晰地研究疾病机制,达到疾病预警、指导和评价治疗的目的。

  靶标代谢组学和非靶标代谢组学各具优势同时存在不足。考虑到非靶标和靶标分析各自的特征和优势,中科院大连化学物理研究所研究小组提出了拟靶向的概念[50].拟靶向技术方案的核心思想是将非靶向分析的高通量、无偏向的代谢物信息获取和靶向方法的高特异性检测和准确定量相结合,从而实现对待测样本中已知及未知的多个代谢物离子靶标进行同时检测。该法在保证检测灵敏度及对代谢组信息覆盖的同时,显着提高了数据的线性范围以及重复性等指标,保证了后续的基于代谢组数据的标志物发现及验证。基于这一概念,其实验室先后建立了基于GC-MS、LC-MS的拟靶向方法,并应用于植物代谢组学[49-50]、血清肝癌标志物的筛选[51]及胃癌早期诊断标志物的发现[52]等研究。

  为了使代谢组学研究更全面、结果更准确,应有效结合非靶标和靶标分析技术,两种分析模式相结合,优势互补。利用非靶标分析,从整体上把握代谢轮廓,锁定关键代谢路径,寻找潜在生物标志物;利用靶标分析方法对关键代谢物进行准确定量,研究其在时间和空间上的变化规律。

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