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随着人类生活水平的提高和生活方式的改变,糖尿病(DM)的发病率逐日升高,其已成为继心脑血管疾病之后的人类健康第二大杀手,而其中超过90%的患者为2型糖尿病。糖尿病是由遗传、生活饮食习惯、环境、自身免疫等多种原因引起的代谢性疾病,其最典型特点是慢性高血糖。而糖类作为人体三大营养物质之一,其代谢过程与另外两大类脂肪和蛋白质代谢息息相关。因此,糖尿病患者不仅存在糖代谢异常,往往还伴随着蛋白质和脂肪代谢紊乱。长期以往,更会导致多器官多系统并发症。且临床尚无对策根治,治疗手段多为终生对症治疗。其不可治愈性严重影响患者的生活质量,也对国家造成沉重的财政负担。 糖尿病发病隐匿,早期常常无明显症状,而且由于大多数患者缺乏相关知识,以致大部分病患明确诊断之时往往已有三到七年病程。迄今为止,2型糖尿病的诊断依赖糖化血红蛋白(HbA1c)、空腹血糖(FPG,fasting plasma glucose)、口服葡萄糖耐量试验(OGTT,oral glucose tolerance test)和随机血糖这些实验室指标,存在许多不便与不足,迫切需要广泛开展糖尿病高危人群筛查和早期诊断的研究,寻找新的生物标志物。 代谢组学作为系统生物学的下游分支,在疾病的早期诊断、治疗效果的评价、药物药效和毒性考察等角度有其自身的优势。其与系统生物学其他分支即基因组学、转录组学和蛋白质组学相比,更具备“全局观点”。代谢组学与分析化学、生物学等多领域知识相结合,合理运用处于前沿科技的各种先进仪器,检测生物体内整个代谢产物谱,并运用统计学分析筛选潜在的生物标志物,对生命体的生理机能和状况进行探究。一定程度上,代谢产物能让我们从宏观角度窥探上游基因和蛋白质层面的变化,具有放大基因和蛋白质水平的微小变化的作用。 本论文将采用超高效液相色谱(UPLC)分离系统和四级杆飞行时间串联质谱(Q-TOF/MS)检测系统,建立适用于血浆代谢组学的非靶向分析方法,并对其进行灵敏度、精密度和可重复性等方法学验证。考察一批2型糖尿病患者和健康志愿者血浆样本,分析两组之间血浆小分子代谢物的差异,以探究2型糖尿病潜在的生物标志物,为找到2型糖尿病的发病机制提供新的可靠的科学证据。 首先本文介绍了代谢组学基本概念和相关内容,然后罗列了代谢组学的基本流程,结合2型糖尿病血浆代谢组学研究现状,提出了本论文的研究目的在于探究2型糖尿病潜在生物标志物,为其发病机理的研究提供科学依据。 其次,我们进行了血浆非靶向代谢组学的UPLC-Q-TOF/MS分析方法研究,参考18个标准品的提取情况,采用有机溶剂作为蛋白沉淀剂,进行了蛋白沉淀剂的种类、比例和用量的单因素优化,最终确定当采用甲醇/乙腈(体积比1:1),且血浆和蛋白沉淀剂的比例为1:4时,清除蛋白效果最优。并对液相分离的梯度洗脱条件进行优化,找到最适宜的洗脱程序。方法学验证结果表明:本方法重现性、精密度与稳定性良好,满足代谢组学研究重复性和稳定性的要求。 接下来是非靶向分析方法探究2型糖尿病血浆代谢组学和脂质组学研究。本研究采集了60例2型糖尿病患者和60例正常志愿者血浆样本,对其进行前处理后用UPLC Xevo G2-XS Q-TOF进行谱图采集,然后导入Progenesis QI和EZinfo软件进行数据前处理和无监督的PCA和有监督的OPLS-DA分析,通过: (1)方差分析P值Anova p-value ≤ 0.05; (2)最大差异倍数Max fold change ≥ 2; (3)最小变异系数Minimum CV ≤ 20; (4)变量最重要性投影VIP值≥ 1这4个筛选条件,各筛选出一批小分子代谢物,结合数据库检索分析,鉴定出14个差异代谢物,其中包括4个氨基酸、2个鞘脂类、3个甘油磷脂类,4个甘油酯类。结合代谢通路分析,提示2型糖尿病患者除了糖类代谢异常,还存在蛋白质和脂肪代谢紊乱。 综上所述,本研究为 2 型糖尿病的诊断和分子层面发病机制提供了一定参考,在代谢性疾病诊断和治疗评估等方面具有广阔应用前景。