靶向代谢组学在猫眼草黄素调控青蒿素抗性相关氨基酸代谢中的应用

来源 :扬州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shijunfengmm
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目的:本研究旨在建立性能稳定的内源性氨基酸靶向代谢组学平台,兼容血清和多组织样品,研究青蒿素敏感/抗性疟原虫感染小鼠模型中氨基酸代谢规律,筛选与青蒿素抗性疟密切相关差异氨基酸及其代谢通路,探讨两种疟疾模型下代谢受扰动的共性和特异性,为研究青蒿素抗性疟原虫入侵宿主体内的代谢机制提供科学依据。青蒿素抗性疟原虫的出现加剧了疟疾清除的压力。在前期非靶向代谢组学分析中发现,猫眼草黄素(Chrysosplenetin,CHR)可协同青蒿素(Artemisinin,ART),双向调节青蒿素敏感/抗性疟原虫引起宿主的代谢表型差异。本论文通过进一步构建质谱靶向代谢组学平台,对前期筛选的13种目标代谢物进行验证和确认,明确与CHR调节作用相关的氨基酸,并对潜在作用的氨基酸代谢途径进行分析,明确CHR调控青蒿素抗性疟原虫引起宿主特异性扰动的潜在氨基酸及其作用,探究CHR作为ART耐药小分子抑制剂的代谢调节机制。方法:1、内源性氨基酸靶向代谢组学平台的构建 基于高效液相色谱串联三重四级杆质谱(HPLC-MS/MS)技术,构建同时测定13种代谢物的靶向代谢组学平台。分别优化每种目标氨基酸的质谱条件,并摸索13种代谢物同时检测的最优液相条件,包括色谱柱、流动相组成,考察是否兼容血清和组织样品。最后对该平台的选择性、标准曲线的线性范围、检出限及定量限、日内及日间精密度、基质效应及回收率和样品稳定性进行评价。2、基于靶向代谢组学的青蒿素敏感/抗性疟原虫感染小鼠氨基酸代谢差异研究 构建青蒿素敏感/抗性疟原虫感染小鼠模型,分别收集血清、肝脏、脾脏、肾脏和肠组织样品。基于构建的内源性氨基酸靶向代谢组学平台进行数据采集,并对获取数据进行统计学分析,筛选差异氨基酸,并作相关通路富集分析。基于KEGG数据库,绘制全局代谢通路图,探讨两种疟疾模型的氨基酸代谢扰动。3、猫眼草黄素调控青蒿素敏感/抗性疟原虫感染小鼠氨基酸代谢研究 在构建青蒿素敏感/抗性疟原虫感染小鼠模型上,将小鼠随机分为空白对照组、ART单用治疗组和ART-CHR(1:2)复配组,连续灌胃给药7天后分别收集血清、肝脏、脾脏、肾脏和肠组织样品。同样方法进行数据采集,并对获取数据进行深入分析,探究ART与CHR联用前后对青蒿素敏感/抗性疟原虫感染后宿主氨基酸代谢的调控差异。结果:1、论文构建了 13种内源性代谢物同时测定的LC-MS/MS靶向代谢组学平台。该平台的选择性、标准曲线的线性范围、检出限及定量限、日内及日间精密度、基质效应及回收率和样品稳定性均符合方法学要求。2、利用构建的内源性氨基酸靶向代谢组学平台,完成了青蒿素敏感/抗性疟原虫感染小鼠生物样品分析。两种疟疾小鼠表现出不同氨基酸代谢特征。青蒿素敏感疟原虫感染小鼠共扰动了 11种代谢物,改变了血清中甘氨酸(Glycine,Gly)、丝氨酸(Serine,Ser)、赖氨酸(Lysine,Lys)、苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe)、谷氨酰胺(Glutamine,Gln)、色氨酸(Tryptophan,Trp)和氧化三甲胺(Trimethy-amine N-Oxide,TMAO)水平,肝脏中 Ser、缬氨酸(Valine,Val)、牛磺酸(Taurine,Tau)、Phe、丙氨酸(Alanine,Ala)、Gln、Trp和TMAO水平,脾脏中Val、Phe、Tau和Trp水平和肾脏中Val、Gln、Tau、Phe、异亮氨酸(Isoleucine,Ile)、Trp 和 TMAO水平,以及肠组织中 Trp、Lys、Tau和TMAO被扰动。青蒿素抗性疟原虫感染小鼠共扰动了 9种氨基酸,扰动了血清中 Ile、、Lys 和 TMAO 水平,肝脏中 Ser、Gln、Gly、Tau 和 TMAO,脾脏中 Val、Ala和Tau,肾脏中Val、Tau和TMAO,以及肠组织中的Tau和TMAO。青蒿素敏感疟原虫和抗性疟原虫感染小鼠的代谢模式也有显著性差异,血清、肝脏中的氨基酸差异更大,而肠组织中未见差异。3、利用构建的内源性氨基酸靶向代谢组学平台,完成了青蒿素敏感/抗性疟小鼠接受ART单用和ART-CHR(1:2)联合给药后的生物样品分析。青蒿素敏感疟小鼠接受ART治疗后,血清中Trp水平下调,肝脏中脯氨酸(Proline,Pro)上调,肾脏中Phe上调,肠组织中Gln和Ile水平改变。接受ART-CHR(1:2)治疗后,血清中Gly上调,Trp下调,Gly、Pro和苏氨酸(Threonine,Thr)较ART给药存在含量差异;肝脏中Phe和Thr较ART给药有差异,而脾脏中Ser、Gly、Val和Trp有差异;肾脏中TMAO、Val、Phe和Ile水平改变,另外Ser、Val和Tau水平较ART高;肠组织中Gly、Tau、Gln和Ile水平改变,但两种给药并无代谢差异。青蒿素抗性疟小鼠接受ART治疗后,血清中Tau下调,肝脏中Pro、Phe、Gly、Gln和Trp水平改变,脾脏中TMAO下调,肾脏Pro、Val、Thr和Ile水平改变,肠组织中Ile、Phe、Trp和Tau改变。接受ART-CHR(1:2)治疗后,血清中Gln水平上调,但Trp、Ala、Val、Tau和Phe水平较ART组有含量改变;肝脏中Phe和Tau水平改变,但Gln和Trp高于ART组,Ala含量较低;在脾脏中氨基酸代谢谱存在显著差异,Ala、Tau、Lys和Trp水平改变;在肾脏中Pro、Thr和Ile变化趋势与ART给药一致,Phe和Tau还存在显著性差异;并且在肠组织中Ile、Phe、Trp的变化趋势也与ART给药一致,Ser、Phe和Pro也被显著性调节,此外TMAO、Tau和Thr在两个给药组间存在差异。结论:1、成功构建了内源性氨基酸靶向代谢组学平台,并且性能良好,适用于疟原虫感染小鼠血清和多组织(肝脏、脾脏、肾脏和肠组织)样品中13种物质的含量检测,确保了下一步对批量生物样本快速准确的靶向氨基酸分析;2、基于上述内源性氨基酸靶向代谢组学平台,检测青蒿素敏感/抗性疟小鼠生物样品中的氨基酸,血清、肝脏、脾脏、肾脏和肠组织均表现出显著的代谢谱差异,寻找到两种疟原虫感染小鼠模型中的差异氨基酸,主要与疟原虫增殖生长利用、免疫逃避、肠道菌群影响以及体内平衡有关。青蒿素抗性疟中特异性调节的Gly、Ile和Ala可能是其代谢特点,为解释抗性突变后的代谢差异机制奠定基础;3、青蒿素敏感/抗性疟小鼠分别经ART和ART-CHR(1:2)治疗后,表现出一定的代谢表型差异。CHR与ART复配后提高了 ART的抗疟疗效,在青蒿素抗性疟小鼠脾脏、肾脏和肠组织中最显著,抑制疟原虫的氨基酸利用,增强小鼠免疫能力以及改善肠道菌群环境。这些特征有助于解释CHR调控青蒿素抗性疟原虫扰动宿主的氨基酸代谢作用,为CHR作为ART耐药小分子抑制剂的研究与开发提供代谢数据支撑。
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