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背景和目的:我国的载人航天事业正处于高速发展的阶段,未来可能输送更多的航天员进入太空执行载人航天任务,因此急需加强航天员医监医保的相关工作。失重因素充斥在宇宙中,可以对生物体造成广泛的作用,已有文献阐述失重对人角质形成细胞的影响。代谢组学主要应用于探究分子量很小(<150 Da)的分子物质,用于对生物体内所产生的细胞代谢相关产物进行定量分析,从而寻找代谢物与生理、病理变化的相关作用。本实验应用旋转细胞培养系统(Rotating Cell Culture System,RCCS)模拟微重力环境,通过运用UHPLC-LTQ-MS代谢组学检测,进而研究人永生化角质形成细胞HaCaT在模拟微重力环境中代谢产物的变化及其作用以及涉及的相关代谢通路,为失重环境下生物体皮肤代谢相关变化及损伤修复提供理论依据。研究方法:(1)采购人表皮永生化角质形成细胞株,构建RCCS模拟微重力培养体系,选取处于生长对数期细胞状态良好的4~10代角质形成细胞,随机分为两组:即正常重力组(normal gravity group,NG)和模拟微重力组(simulated microgravity group,SMG),每组6个样本,各自培养1 d、2 d、3 d后收取细胞,进行UHPLC-LTQ-MS代谢组学实验,得到代谢物总离子流色谱图后,将数据导入代谢组学处理软件Progenesis QI进行基线校正、峰识别等初步数据处理,去除杂质提纯代谢产物,通过LC-MS上机实验得到初步质谱数据。将“数据矩阵”文件中的数据矩阵导入SIMCA-P+14.0软件包,第一步运用无监督的主成分分析方法(Principal Component Analysis,PCA)识别各样品之间总体分布以及各组间的离散程度,随后运用有监督的(正交)偏最小二乘法分析((Orthogonal)Partial Least Squares Discrimination Analysis,(O)PLS-DA)来剖析总离子模式下样本的整体区别,借此发现各实验组间表达有差别的小分子物质。在偏最小二乘分析中,将变量权重值(Variable Important in Projection,VIP)大于1的物质筛选出来作为差异代谢物。此外,对所有样本进行200次置换检验,以减少模型过拟可能性,以确保模型具有较高的拟合度。(2)经过第一阶段过滤出的目标代谢物进行分析研究,通过代谢组学数据库命名,并将差异代谢物输入KEGG数据库进行代谢通路的构建与功能分析,确定相关代谢物参与的生物功能与代谢通路,并遴选出可能作为指标的代谢物。结果:(1)LC/MS代谢组学结果显示,HaCaT细胞在微重力环境1 d中共有74种差异代谢物,其中有16种上调,58种下调;2 d中共有89种差异代谢物,其中有15种上调,74种下调;3 d中共有100种差异代谢物,其中23种上调,77种下调;3d中表达均有差异(VIP>1且P<0.05)的代谢物作为目标代谢标记物有49个,其中鞘氨醇、谷氨酸、二十二碳五烯酸、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺等下调,脱水山梨糖醇等物质表达上调。(2)对筛选出的差异代谢物进行进KEGG代谢物鉴定及通路分析,主要涉及鞘脂类、苯丙酮、蛋白质合成、氨基酸等代谢活动,相关通路包括鞘脂信号通路(sphingolipids signal pathway)、叉头框转录因子O(fork head box transcription factor O,FoxO)信号通路、磷脂酶D信号通路等生物学过程。结论:(1)UHPLC-LTQ-MS是一种有效发现微重力环境中目标代谢产物的方法,为失重应激损伤机制探讨和创伤修复措施提供新的研究和应用思路。(2)失重对角质形成细胞的蛋白质代谢、糖脂代谢及柠檬酸循环、磷脂代谢、氨基酸代谢等产生影响。(3)鞘氨醇类、二十二碳五烯酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸等有望成为失重环境中皮肤角质形成细胞损伤修复预后判断的生物标志物。