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目的构建体外苯并[a]芘(B(a)P)诱导人支气管上皮细胞(BEAS-2B)恶性转化模型,从代谢组学的层面,探究细胞恶性转化过程中小分子代谢物的动态变化,为筛选肺癌早期生物标志物和寻找简便的早期筛查方法提供新的线索。方法1.使用已知致癌物苯并[a]芘诱导BEAS-2B细胞构建恶性转化模型。以终浓度5μg/ml的B(a)P对BEAS-2B细胞进行干预,设为实验组;以终浓度0.1%的二甲基亚砜(DMSO)作用于BEAS-2B细胞,设置为溶剂对照组。通过倒置显微镜观察细胞的形态;CCK-8实验评价细胞的增殖能力;细胞划痕实验评价细胞的迁移能力;采用流式细胞仪检测细胞的周期变化;平板克隆形成实验检测细胞的克隆形成状态。同时通过酶联免疫吸附试验监测细胞恶性转化过程中细胞色素P450和环氧化物水解酶的活性变化。2.细胞功能实验数据以均数±标准差((?)±s)进行统计描述,相同代数下的B(a)P组与DMSO组之间的比较采用t检验,多组间采用单因素方差分析,同组内不同代细胞与0代细胞的比较采用Dunnett’s t检验。检验水准设定为α=0.05。3.使用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF MS)技术,在正负离子模式下分别对实验组和对照组细胞内液和外液进行非靶向代谢组学分析。运用Progenesis QI V2.0软件对获得的总离子流图进行去噪、峰识别和归一化等数据预处理;通过单变量和多变量统计分析相结合,筛选出变量权重值(VIP)>1.0、最大变化倍数(FC)>1.5和P<0.05的差异代谢物。根据保留时间、误差范围内分子量及相应的二级碎片信息,运用HMDB、KEGG和Chem Spider等网络数据库对有差异的代谢物进行识别、鉴定。采用Metabo Analyst 5.0进行代谢通路分析,筛选出BEAS-2B细胞恶性转化过程中差异代谢通路。结果1.BEAS-2B细胞恶性转化模型的建立随着传代次数的增加,B(a)P组细胞逐渐出现变形、体积增大、边界不清以及空泡数量增加等异常形态,0-30代的DMSO组细胞未发现明显形态学变化;B(a)P组细胞的增殖能力与迁移能力不断增强,平板克隆形成率不断增加,在20-30代时均显著高于DMSO组细胞(P<0.05);细胞周期方面,B(a)P组S期细胞所占比例逐渐增加,而G1期和G2期细胞的比例呈下降趋势,DMSO组细胞周期未发现明显变化。在0-30代时,B(a)P组细胞的细胞色素P450的活性均低于DMSO组(P<0.05),且随着传代次数的增加而减弱;0代时,B(a)P组细胞的环氧化物水解酶的活性略低于DMSO组,5代之后酶活性逐步增强并高于DMSO组。2.BEAS-2B细胞恶性转化过程中非靶向代谢组学分析细胞内液和细胞外液分别识别出705个和444个代谢物。以VIP>1、FC>1.5、P<0.05为标准进行差异代谢物的筛选,在细胞内液筛选出包括花生四烯酸、D-丙氨酸和肌苷酸在内的17种主要差异代谢物,在细胞外液中筛选出包括瓜氨酸、乙酰半胱氨酸在内的10种主要差异代谢物,其在细胞恶性转化过程中均有显著变化。嘌呤代谢、嘧啶代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢以及甘油磷脂代谢等多种代谢途径出现异常。这些重要的差异代谢物和代谢通路可能是肺癌发生发展过程中的关键分子事件。结论苯并[a]芘诱导BEAS-2B细胞恶性转化过程中代谢谱发生改变。细胞内液中花生四烯酸、D-丙氨酸和肌苷酸等17种代谢物与细胞外液中瓜氨酸、乙酰半胱氨酸等10种代谢物的表达水平发生显著变化;嘌呤、嘧啶代谢等多种能量和氨基酸代谢通路发生紊乱,细胞的正常增殖和能量供应异常。这些重要的差异代谢物和代谢通路可为肺癌早期生物标志物的筛选提供实验依据。