BMI变化对痰湿壅盛证高血压影响的分子机制探索

来源 :上海中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:robinjwj
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目的  1.明确痰湿壅盛证高血压合并BMI高值人群的内源性代谢物特征;  2.明确与痰湿壅盛证高血压患者BMI变化相应的代谢物和蛋白质变化特征;  3.揭示BMI变化与痰湿壅盛证高血压病情变化的关系及其分子机制。  方法  1.病例筛选与样品采集方法  在连续四年固定体检人群中,筛选30岁~80岁原发性高血压患者(SDB≥140mmHg和/或DBP≥90mmHg),辨证为痰湿壅盛证,BMI正常值或高值(18.5kg/m2≤BMI<24kg/m2为正常、BMI≥24kg/m2为高值)入组,同时筛选体检的健康人群为对照组。分别纳入横断面研究和纵向个体研究。首先横断面研究采用代谢组学方法,预测BMI与痰湿壅盛证高血压人群的相关性;后续进行个体纵向研究BMI变化与痰湿壅盛证高血压病情的关联,来验证分析横断面的研究结果,同时采用蛋白质组学方法研究蛋白作用通路,与代谢组学结合分析,相互验证。  由通过专业培训的人员做好每一位体检人员的中医相关症状体征问卷表后,用促凝真空采血管,空腹采集外周血3ml,统一编号,30min之内经过4℃离心分离(3000rpm,20min),提取血清样本后无菌分装,2个0.5ml的螺口EP管(标注编号),冷存后尽快移至课题组实验室-80℃冰箱长期保存。  2.代谢组学和蛋白质组学方法  横断面研究方法是采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱(UPLC-Q-TOF-MS)技术,应用主成分分析法(PCA)和正交偏最小二乘判别法(OPLS-DA)对检测获得的数据进行统计分析,比较获得横向组别的代谢特征及差异代谢物。  纵向个体研究是在横断面的代谢组学方法基础上,联合双向凝胶电泳(2-DE)与纳升级液相色谱串联质谱(Nano-LC-MS)检测方法,比较纵向个体组别蛋白表达特征和差异蛋白,通过Mascot软件检索SwissPRot数据库鉴定蛋白,获得自身BMI变化的痰湿壅盛证高血压患者的差异代谢物与蛋白标志物。  3.生物信息分子网络分析方法  采用分子网络和通路活性Overlay工具,比较和分析蛋白质标志物和代谢物数据集中分子表达的模式与显著分子网络及生物学通路可能的信号调控模式之间的差别,检验它们与已知的生物通路和过程的关联是否属于随机匹配;采用分子活性预测MAP工具,显示通路被预测为激活/抑制时,预期的信号传递模式及上游调节子可能的调控或激活关系,来说明数据集中蛋白质-代谢物表达的变化原因;最后,再运用Mechanistic Network算法和consistency score过程,明确引起蛋白质网络-代谢物网络表达变化的定量参数,以Activationz-score和Overlap p-value表示,通过transcription regulator(TR)模拟测算方法对参数进行整合排序分析,得出具有显著意义的、调控激活或抑制蛋白质-代谢物的关键分子和通路途径(canonicalpathway),即调控“BMI对痰湿壅盛证高血压疾病影响”的关键分子和信号通路。  结果  1.纳入样本的一般特征:通过四年的临床血样采集,筛选出163例血样用于横断面研究,92例血样用于纵向研究,其中BMI正常值健康人(N_HP)34例,BMI高值健康人(H_HP)37例,BMI正常值痰湿壅盛证高血压患者(N_HTN)组46例,BMI高值痰湿壅盛证高血压患者(H_HTN)46例,自身BMI由正常到高的痰湿壅盛证高血压患者(N_HTN→H_HTN)48例(24*2),自身BMI由高到正常的痰湿壅盛证高血压患者(H_HTN→N_HTN)44例(22*2)。  2.横断面代谢组学研究结果:身体指数对于健康人群没有内源性代谢的影响;在BMI正常值人群中,痰湿壅盛证高血压组存在8个明显差异的代谢物,其中痰湿壅盛证高血压组的亚麻油酰基肉碱、甘油磷酸胆碱、四氢孕酮、磷脂酰胆碱、11-顺视黄醇、溶血磷脂酰胆碱表达上调,苯乙醛、N-乙酰氨基乳糖表达下调;在BMI高值人群中,痰湿壅盛证高血压组间存在9个显著差异的代谢物,其中黄嘌呤、丙氨酸、氨基甲酰天门冬氨酸、谷氨酸、亚胺甲基四氢叶酸、天门冬氨酸、神经鞘氨醇表达上调;而磷脂酰胆碱、壬酸的表达下调。两组差异代谢物均以脂质代谢为主,结合结合终端代谢物指示能力的预测公式,本研究发现,在两组(伴或不伴BMI高)的差异代谢物中,共同代谢物为磷脂酰胆碱,且该代谢物在疾病中的权重值均排在第一位。  3.纵向个体研究代谢组与蛋白质组学结果:两组纵向人群共检测出的24个代谢物。N_HTN→H_HTN组中上调的代谢物有长醇二磷酸酶、磷脂酰乙醇胺、全反式十异戊二烯二磷酸、磷脂酰肌醇、腺苷高半胱氨酸、三磷酸胞苷,下调的为溶血性磷脂酰胆碱、磷脂酰胆碱、三磷酸腺嘌呤脱氧核苷酸、邻苯二甲酸二异癸酯;H_HTN→N_HTN组中上调的有焦谷氨酸、磷脂酰胆碱、N-乙酰-L-谷氨酸、八聚异戊二烯焦磷酸、视黄基-β-葡糖苷酸、3-甲基-2-氧基戊酸、18-羟基皮质酮,下调的有3β,5α,6β-胆甾烷三醇、2-氨基粘康酸半醛、吲哚乙酸、草酰琥珀酸、磷酸核糖胺咪唑羧化酶、呋喃甲酸、尿酸。两组代谢差异物比较分析,含有共同的代谢物磷脂酰胆碱,且调控方向相反的,提示磷脂酰胆碱在BMI与痰湿壅盛证高血压相关并相互影响的潜在关键代谢物,这跟横断面研究结果相符。  结合上述代谢组学分析数据,开展差异蛋白质组学分析,两组人群共分析鉴定出45种蛋白质,研究者推测这些差异蛋白质可能与BMI变化影响高血压自身血压变化有关。其中相同的有10种蛋白:载脂蛋白E(APOE)、α-巨球蛋白(A2M)、补体因子I(CFI)、补体因子H相关蛋白1(CFHR1)、色素上皮细胞衍生因子(SERPINF1)、载脂蛋白L1(APOL1)、角蛋白Ⅰ型细胞骨架10(KRT10)、载脂蛋白c-Ⅲ(APOC3)、补体C3(C3)、补体C4-A(C4A),表达方向相同的有APOC3、APOE、APOL1、CFI,表达方向相反的有A2M、C4A、CFHR1、KRT10、C3、SERPINF1。研究者认为趋势相同的蛋白应该是高血压维持状态的共性特征,这个同一趋势的蛋白质是高血压与健康人的差异之一;认为调控方向相反的是自身BMI改变对痰湿壅盛证高血压影响的关键蛋白标志物。  4.生物信息学分析结果  4.1对纵向研究组两类标志物分别进行生物信息解析,发现N_HTN→H_HTN组的10个差异代谢共涉及参与25条生物学信号通路,丰度排序在前的主要通路有5条:磷脂酰胆碱合成、磷脂酰乙醇胺生物合成、胆碱生物合成、甘油三酯生物合成、磷脂酶;H_HTN→N_HTN组的14个差异代谢涉及参与21条生物学信号通路,丰度排序在前的主要通路有5条:2-氨基3-羧基粘康酸半醛退化成戊二酰辅酶A、鞘磷脂代谢、磷脂酰胆碱合成、胆碱生物合成、肌苷-5-磷酸盐生物合成。N_HTN→H_HTN组的23个差异蛋白主要涉及参与9条生物学信号通路:肝X受体/维甲酸X受体激活、胆汁酸受体/维甲酸X受体激活、急性期反应信号、网格蛋白介导的内吞作用信号、动脉粥样硬化信号、巨噬细胞内一氧化氮和活性氧生成、凝血系统、巨噬细胞内白介素信号生成、补体系统;H_HTN→N_HTN组的22个差异蛋白主要涉及参与10条生物学信号通路:肝X受体/维甲酸X受体激活、胆汁酸受体/维甲酸X受体激活、急性期反应信号、网格蛋白介导的内吞作用信号、外源性凝血酶激活途径、巨噬细胞内一氧化氮和活性氧生成、外源性凝血酶激活途径。两组共同的代谢生物通路:胆碱生物合成Ⅲ、磷脂酶、磷脂酰胆碱合成Ⅰ、甘油三酯生物合成、RhoA信号,以脂质代谢为主;两组网络的连接分子:Phosphatidylcholine。蛋白分子网络中,两组共同的生物通路:胆汁酸受体/维甲酸X受体激活、肝X受体/维甲酸X受体激活、急性期反应信号、巨噬细胞内白介素信号生成、动脉粥样硬化信号、网格蛋白介导的内吞作用信号,两者网络的连接分子:AGT、F2、APOE、APOC3、LDL、HDL、PLC、ERK、PLD、IL1、C4A/C4B、SERPINF1、A2M等。  4.2将N_HTN→H_HTN组与H_HTN→N_HTN组找到的共同代谢物和蛋白导入IPA分析,分别合并分析两组的同类标志物、每一组的两类标志物以及两组两类标志物,通过TR模拟测算方法对参数进行整合排序,获得具有显著意义的、调控激活或抑制蛋白质-代谢物的关键分子和通路途径,即BMI对痰湿壅盛证高血压的影响机制是:与以特定代谢物“phosphatidylcholine”和特定蛋白“AGT、F2、APOE、APOC3、LDL、C4A/C4B、SERPINF1、A2M”变化为特征的相关3条通路“胆碱生物合成、肝X受体/维甲酸X受体激活、核糖体S6蛋白激酶信号、胆汁酸受体/维甲酸X受体激活”调控有关。  结论  1.横断面代谢组学研究发现磷脂酰胆碱是痰湿壅盛证高血压合并超重或肥胖发病中具有高预测指示价值的潜在内源性代谢标志物。结合纵向个体研究的代谢组学数据,验证了磷脂酰胆碱是痰湿壅盛证高血压的重要指征意义。UPLC-Q-TOF-MS技术能找到痰湿壅盛证高血压患者与健康对照人群之间存在的内源性差异代谢物,PCA图能清晰区别痰湿壅盛证高血压组和健康对照组的代谢物谱。结合2-DE和Nano-LC-MS技术能找到自身BMI变化的痰湿壅盛证高血压患者的差异代谢物与蛋白标志物。  2.通过生物信息学方法对纵向研究结果进行分析,采用聚类分析发现了两类标志物主要集中的生物过程,并发现了蛋白-代谢作用分子网络中的重要节点,以及内源性代谢分子及差异蛋白共同作用的主要生物学通路。即发现BMI对痰湿壅盛证高血压的影响机制是:与以代谢物(phosphatidylcholine)和蛋白(AGT、F2、APOE、APOC3、LDL、C4A/C4B、SERPINF1、A2M)变化为特征的相关通路(CholineBiosynthesis、LXR/RXR Activation、FXR/RXR Activation、p70S6K Signaling)调控有关。其中在BMI自身升高后导致痰湿壅盛证高血压患者血压升高的过程中,AGT、APOE、APOC3、LDL表达上调,phosphatidylcholine、A2M、C4A/C4B、SERPINF1、F2表达下调,在BMI自身降低后引起痰湿壅盛证高血压患者血压也降低的过程中,phosphatidylcholine、A2M、F2、C4A/C4B、SERPINF1表达上调,AGT、APOE、APOC3、LDL表达下调。  3.组学技术联合生物分子网络分析方法,找到了BMI变化影响痰湿壅盛证高血压病的物质基础,为痰湿壅盛证高血压患者的健康管理:非药物治疗的体重管理提供科学依据,同时也能为临床中医药祛痰除湿基础上高血压的网络靶点治疗提供科学基础。
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