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机体的各个器官和组织通过血液循环中的各类代谢物、信号分子等的相互协调从而发挥自身的功能。越来越多的研究证明,乳酸是在机体中起到重要作用的一种代谢物质。乳酸随血液循环进入有机体的各个组织中,在多种细胞、组织、器官内起关键性调控作用。一旦乳酸在机体中的代谢循环发生障碍,会导致乳酸在有机体中蓄积,例如糖酵解、糖异生中的酶活性缺乏或者后天药物利用不当、糖尿病、组织缺氧或者线粒体疾病、癌症等。因此,探究乳酸蓄积对机体的代谢影响对于乳酸相关疾病的临床治疗提供更好的指导是有必要的。
代谢组学是一门新兴学科,核磁共振波谱作为一种常见的代谢组学研究方法,其优势在于无需事先了解某种疾病、样本制备简单、所需样本量少,并且具有较高的重现性。
在本课题中,我们遵循随机均分原则,将C57BL/6小鼠分为两组。为了排除机体受注射刺激产生应激而产生代谢物变化,我们按平均体重给对照组每日腹腔注射0.9%生理盐水,乳酸组每日注射1g/kg乳酸钠。每周测量一次随机血糖和体重。前期乳酸组小鼠血糖较正常组有所上升,后期回复至正常水平。两组小鼠体重和血液pH值在实验期间无差异。连续给药8周,然后处死,取血液、心脏、肾脏、脑、肝脏、肌肉组织,一部分用于乳酸检测,结果显示乳酸组小鼠血液、脑、肝脏乳酸水平明显高于正常组,心脏、肾脏、肌肉乳酸水平无明显改变。剩余部分用于采集1H NMR图谱。通过模式识别、多元分析以及代谢物定量分析,发现以下结果:一、乳酸蓄积后,两组小鼠血液存在明显的代谢差异,且乳酸组的代谢物水平整体呈现下降的趋势,主要表现为脂类代谢物LDL/VLDL、乙酸、3-羟基丁酸、酮体含量水平降低,能量类代谢物延胡索酸、葡萄糖含量显著下降。二、乳酸组与正常组小鼠的脑组织存在显著的代谢差异,其代谢水平呈现整体下降的趋势,主要表现为能量类代谢物水平下降,如琥珀酸、肌酸、AMP、ADP、IMP,氨基酸类代谢物缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、牛磺酸、酪氨酸、苯丙氨酸含量减少,磷酸胆碱类代谢物磷酸胆碱、胆碱、甘油磷酸胆碱含量明显下降,以及神经递质类物质含量显著降低,如γ-氨基丁酸、天冬氨酸、NAA、谷氨酸等。三、乳酸蓄积后,乳酸组小鼠的肝脏组织出现显著的代谢物含量变化,主要体现在葡萄糖、酪氨酸、天冬氨酸含量显著上升,脂类代谢物乙酸、3-羟基丁酸水平降低,能量代谢物肌酸、IMP、AMP、ATP、琥珀酸、延胡索酸含量减少,抗氧化物牛磺酸、谷胱甘肽、促氧化还原反应的辅酶类烟酰胺、烟酸水平下降,以及生物膜相关物质胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱的含量明显下降。四、正常小鼠在乳酸蓄积后,心脏、肾脏和肌肉组织的代谢模式无显著差异,代谢物变化较少。
综上所述,小鼠经过长期乳酸处理后,反映全身状态的血液呈现脂质代谢、能量代谢下降的状况;而在局部器官组织中,大脑主要集中在能量代谢、氨基酸代谢、磷酸胆碱代谢以及神经递质代谢下降,表明乳酸蓄积可能造成学习记忆功能的损伤;肝脏组织表现为脂质代谢紊乱,能量代谢、磷酸胆碱代谢以及抗氧化物代谢下降,可能引起肝脏的氧化应激、线粒体功能异常和肝细胞凋亡等;心脏、肾脏、肌肉组织代谢变化不明显。因此,后续的课题研究重点将集中在乳酸对认知功能和肝功能的影响。
代谢组学是一门新兴学科,核磁共振波谱作为一种常见的代谢组学研究方法,其优势在于无需事先了解某种疾病、样本制备简单、所需样本量少,并且具有较高的重现性。
在本课题中,我们遵循随机均分原则,将C57BL/6小鼠分为两组。为了排除机体受注射刺激产生应激而产生代谢物变化,我们按平均体重给对照组每日腹腔注射0.9%生理盐水,乳酸组每日注射1g/kg乳酸钠。每周测量一次随机血糖和体重。前期乳酸组小鼠血糖较正常组有所上升,后期回复至正常水平。两组小鼠体重和血液pH值在实验期间无差异。连续给药8周,然后处死,取血液、心脏、肾脏、脑、肝脏、肌肉组织,一部分用于乳酸检测,结果显示乳酸组小鼠血液、脑、肝脏乳酸水平明显高于正常组,心脏、肾脏、肌肉乳酸水平无明显改变。剩余部分用于采集1H NMR图谱。通过模式识别、多元分析以及代谢物定量分析,发现以下结果:一、乳酸蓄积后,两组小鼠血液存在明显的代谢差异,且乳酸组的代谢物水平整体呈现下降的趋势,主要表现为脂类代谢物LDL/VLDL、乙酸、3-羟基丁酸、酮体含量水平降低,能量类代谢物延胡索酸、葡萄糖含量显著下降。二、乳酸组与正常组小鼠的脑组织存在显著的代谢差异,其代谢水平呈现整体下降的趋势,主要表现为能量类代谢物水平下降,如琥珀酸、肌酸、AMP、ADP、IMP,氨基酸类代谢物缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、牛磺酸、酪氨酸、苯丙氨酸含量减少,磷酸胆碱类代谢物磷酸胆碱、胆碱、甘油磷酸胆碱含量明显下降,以及神经递质类物质含量显著降低,如γ-氨基丁酸、天冬氨酸、NAA、谷氨酸等。三、乳酸蓄积后,乳酸组小鼠的肝脏组织出现显著的代谢物含量变化,主要体现在葡萄糖、酪氨酸、天冬氨酸含量显著上升,脂类代谢物乙酸、3-羟基丁酸水平降低,能量代谢物肌酸、IMP、AMP、ATP、琥珀酸、延胡索酸含量减少,抗氧化物牛磺酸、谷胱甘肽、促氧化还原反应的辅酶类烟酰胺、烟酸水平下降,以及生物膜相关物质胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱的含量明显下降。四、正常小鼠在乳酸蓄积后,心脏、肾脏和肌肉组织的代谢模式无显著差异,代谢物变化较少。
综上所述,小鼠经过长期乳酸处理后,反映全身状态的血液呈现脂质代谢、能量代谢下降的状况;而在局部器官组织中,大脑主要集中在能量代谢、氨基酸代谢、磷酸胆碱代谢以及神经递质代谢下降,表明乳酸蓄积可能造成学习记忆功能的损伤;肝脏组织表现为脂质代谢紊乱,能量代谢、磷酸胆碱代谢以及抗氧化物代谢下降,可能引起肝脏的氧化应激、线粒体功能异常和肝细胞凋亡等;心脏、肾脏、肌肉组织代谢变化不明显。因此,后续的课题研究重点将集中在乳酸对认知功能和肝功能的影响。