应用组学技术探索寒湿泻与湿热泻腻苔的代谢差异

来源 :江西中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ren198525
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目的:应用代谢组学技术研究寒湿泻白腻苔与湿热泻黄腻苔的舌苔和粪便的代谢差异,探索其差异代谢物和相关的代谢途径改变,阐释泄泻病腻苔形成的生物学机制。方法:1.基于UPLC-MS技术的寒湿泻白腻苔与湿热泻黄腻苔舌苔代谢物非靶向代谢组学研究:2019年6月-12月以江西中医药大学附属医院脾胃肝胆病科寒湿泻患者白腻苔(BN组)11例、湿热泻患者黄腻苔(HN组)12例为实验组,以体检科健康志愿者薄白苔(ZC组)12例为对照组,应用UPLC-MS技术进行非靶向代谢组学研究,检测三组舌苔代谢物,运用主成分分析(PCA)、代谢指纹谱、正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)、聚类分析、差异分析等统计学方法对所得非靶向代谢组学数据进行分析,筛选代谢标志物并探索其代谢途径。2.基于GC-MS技术的寒湿泻白腻苔与湿热泻黄腻苔舌苔与粪便代谢物靶向代谢组学研究:基于第一部分研究的结果——泄泻患者的舌苔代谢物中存在显著的中长链脂肪酸代谢紊乱,于2020年6月至2021年6月于江西中医药大学附属医院采集脾胃肝胆病科寒湿泻白腻苔患者的舌苔(TBN组)和粪便(FBN组)、湿热泻黄腻苔患者的舌苔(THN组)和粪便(FHN组)、体检科健康薄白苔志愿者的舌苔(TZC组)和粪便(FZC组)各13例,采用GC-MS技术,以中长链脂肪酸为靶向代谢物,检测六组舌苔与粪便代谢物,运用PCA分析、偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)分析、差异分析、聚类分析等多元统计分析方法,筛选代谢标志物,探究其代谢途径。结果:1.非靶向代谢组学研究:1.1质量控制分析:经过对总体样本和质控样本进行主成分分析,可证明质控样本真实可靠,质量控制成功,得到的非靶向代谢组学数据质量好,构建的数据模型稳定可靠。1.2聚类分析:(1)各组组内样本相关性较大、离散度较小;(2)BN组与ZC组组间、HN组与ZC组组间的区分良好;(3)BN组与HN组的组间相关性较大。1.3代谢指纹谱:(1)在0-5min内和6-8min内,BN组和HN组的谱峰数量和持续时间显著多于ZC组,提示在这两个时间段内,BN组、HN组的代谢物的种类和丰度与ZC组存在着显著差异;(2)在5-6min内,BN组与HN组的谱峰存在差异,提示其代谢物存在一定的差异。1.4 OPLS-DA分析:(1)构建的BN组与ZC组组间模型、HN组与ZC组组间模型均区分良好、稳健可靠、累计解释率高,具有很高的预测率,BN组与ZC组组间、HN组与ZC组组间均具有显著的差异性;(2)构建的BN组与HN组组间模型重叠较多、分类效果较差,经过OPLS-DA分析模型验证后发现,两组间不存在过拟合现象,仍具有统计学差异。1.5差异分析:(1)BN组与ZC组组间的差异代谢物有221种,其中显著差异代谢物有23种,分别是表达量显著上升的十二烷二酸、3-葡萄糖苷、熏茄碱B、精氨酸苯丙氨酸等4种,和表达量显著下降的N-甲基芪芸碱、CDP-二酰基甘油、灵芝酸H、17,18-二己烯、神经节苷脂GM2、红头皂苷III、灵芝酸Ma、神经节苷脂GD3、20-氧代白三烯E4、血栓素B2、谷氨酰基胺、血清苷、异亮氨酸脯氨酸、噁烯-2,3-二醇、鲁比前列酮、诺托金塞诺苷T1、5’-羧基-γ-色醇、3,4-二羟基丁酸、戈松苷F5等19种,大部分显著差异代谢物均属于中长链脂肪酸,提示BN组存在中长链脂肪酸代谢紊乱;(2)HN组与ZC组组间的差异代谢物有231种,其中显著差异代谢物有27种,分别是表达量显著上升的十二烷二酸、3-葡萄糖苷、橙皮苷、10-羟基苯乙烯、精氨酸-4-硝基苯胺、9E-十八碳二烯酸、5Z-十二烯酸等7种,和表达量显著下降的有N-甲基芪芸碱、神经节苷脂GM2、17,18-二己烯、CDP-二酰基甘油、灵芝酸Ma、红头皂苷III、神经节苷脂GD3、20-氧代白三烯E4、血栓素B2、谷氨酰基胺、血清苷、异亮氨酸脯氨酸、去甲霉素、十六烷酰氧基膦酸、噁烯-2,3-二醇、鲁比前列酮、诺托金塞诺苷T1、5’-羧基-γ-色醇、精氨酸苯丙氨酸、3,4-二羟基丁酸等20种,大部分显著差异代谢物均属于中长链脂肪酸,提示HN组存在中长链脂肪酸代谢紊乱;(3)BN组与ZC组组间的显著差异代谢物有20种与HN组与ZC组组间的显著差异代谢物相同;(4)BN组与HN组组间差异代谢物有39种,其中具有统计学意义的差异代谢物有7种:橙皮苷、黄连素、诺比莱汀、坦格里汀、S-羟甲基谷胱甘肽、芹菜素、大豆苷元等。橙皮苷、诺比莱汀、坦格里汀、芹菜素、大豆苷元等均属于黄酮类,具有黄色或黄绿色;黄连素是具有强烈黄色的生物碱。芹菜素与细胞凋亡有关,其余六种差异代谢物均与炎症相关。1.6差异代谢物KEGG富集分析:(1)化合物分类分析:BN组与ZC组组间差异代谢物主要归属于脂类中的磷脂和类花生酸两类,HN组与ZC组组间差异代谢物的主要归属于磷脂和有机酸两类,而BN组与HN组组间差异代谢物主要归属于黄酮类;(2)Pathway聚类分析:BN组与ZC组组间、HN组与ZC组组间的代谢途径差异十分显著,均主要富集在前4层级,且富集了多条代谢途径;BN组与HN组组间的代谢途径差异不显著,且主要表现在前2-4层级的两条代谢途径上;(3)代谢途径分析:BN组与ZC组组间、HN组与ZC组组间相对更重要且可信的代谢途径改变均为脂类代谢途径下属的醚脂代谢途径表达下调,醚脂与不饱和脂肪酸结合形成的不饱和醚磷脂,是细胞对铁死亡敏感性的重要调节因子,醚脂代谢途径的表达下调与细胞对于铁死亡敏感性的下降密切相关;(4)BN组与HN组组间相对更重要的代谢途径改变为异黄酮生物合成途径。2.靶向代谢组学研究:2.1差异代谢物筛查:经多元统计分析筛选出的六组组间差异代谢物有C12:0(月桂酸)、C13:0(十三烷酸)、C16:1(棕榈酸酯)、C17:0(十七烷酸),C18:0(硬脂酸)和异构体(C18:1n9c、C18:2n6c、C18:3n3)、C20:0(花生四烯酸)、C22:0(山嵛酸)、C24:0(四十二烷酸),均属于长链脂肪酸。以下为各组间差异代谢物的具体丰度变化(注:代谢物之后的括号内为FC值):(1)TBN组与FBN组组间:C16:1(1.86)、C17:0(1.84)、C18:0(1.50)、C18:1n9c(0.77)、C18:2n6c(0.62);(2)THN组与FHN组间:C12:0(1.56)、C22:0(0.53)、C24:0(0.54);(3)TZC组与FZC组组间:C13:0(4.40)、C16:1(3.16)、C17:0(3.05)、C18:1n9c(0.69)、C18:2n6c(0.46);(4)TBN组与TZC组组间:C20:0(1.75);(5)THN组与TZC组组间:C16:1(1.25)、C17:0(1.26)、C18:2n6c(0.70)、C18:3n3(0.31);(6)TBN组与THN组组间:C16:1(0.81)、C17:0(0.80)、C18:3n3(2.69);(7)FBN组与FZC组:C16:1(0.60)、C20:0(0.60)、C22:0(0.54)、C24:0(0.54);(8)FHN组与FZC组间:C16:1(0.5)、C17:0(0.54)、C18:2n6c(1.30);(9)FBN与FHN组组间未筛选出差异代谢物;(10)寒湿泻、湿热泻患者的粪便中的中长链脂肪酸含量高于健康人,提示患者的肠道中可能存在中、长链脂肪酸吸收障碍。2.2代谢途径改变:经差异代谢物KEGG代谢途径富集分析,筛查出的具有重要统计学意义的显著不同的代谢途径有:脂肪酸合成途径(6条),不饱和脂肪酸的合成途径(5条),脂肪酸伸长途径(1条),脂肪酸降解途径(1条),光转导途径(1条)。寒湿泻、湿热泻患者的不饱和脂肪酸合成存在着显著的下调,会导致醚脂代谢途径表达下调,这项研究结果验证并进一步解释了第一部分的研究成果。结论:1.非靶向代谢组学研究发现寒湿泻、湿热泻患者的舌苔代谢物中存在显著的中、长链脂肪酸代谢紊乱,以中长链脂肪酸表达丰度显著下调为主,其中相对更重要且可信的代谢途径改变是醚脂代谢途径表达下调,该途径的代谢产物不饱和醚磷脂,由醚脂与不饱和脂肪酸结合生成,是调控细胞对铁死亡敏感性的关键因素。醚脂代谢下调,不饱和醚磷脂合成下降,进而导致舌上皮细胞对铁死亡敏感性下降,可能是舌上皮细胞显著的死亡不足、异常分化、角化、舌乳头异常增生,最终导致腻苔苔质形成的原因;靶向代谢组学研究发现寒湿泻、湿热泻患者舌苔、粪便代谢物中最显著的代谢途径改变是不饱和脂肪酸合成下降,不饱和脂肪酸参与醚脂代谢途径,其下降会导致醚脂代谢下调,验证了第一部分的研究结果。2.橙皮苷等具有黄色、黄绿色的黄酮类物质和具有强烈黄色的黄连素的丰度表达的差异(白腻苔低于黄腻苔),可能是白腻苔和黄腻苔苔色不同的原因所在;同时这些差异代谢物均与炎症相关,提示泄泻病黄腻苔可能比白腻苔存在更加严重的炎症反应。
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