运输相关压力对羊新陈代谢影响的代谢组学研究

论文摘要

道路运输对家畜身体、内分泌和代谢的影响的研究已有二十多年的历史。在此期间,人们主要通过传统的血液学和生物化学的方法对其进行研究。但是,这些方法对于轻微的代谢扰动并不是十分敏感。在本文的第一部分中,我们采用了基于核磁共振（NMR）的代谢组学（Metabonomics）的研究方法,研究了12小时和48小时的道路运输对羊新陈代谢的影响。实验中,80只美利奴母羊被分成两批来进行重复实验。每次实验时,羊被运输了12小时（n=20）和48小时（n=20）后到达目的地,我们对那之后三天的恢复期也进行了观察。我们采集了5个时间点的尿液和血液样品,即运输之前,到达目的地时,恢复期24小时,恢复期48小时和恢复期72小时。尿液样品和血清样品的多变量统计分析的结果都表明了道路运输对于羊的代谢产生了明显的影响。代谢轨迹的分析显示,48小时运输实验中的动物的代谢轨迹比12小时实验中的动物的轨迹更为扩展,并且在恢复期的轨迹也更为复杂。这说明了长时间道路运输对动物代谢的造成了更深的影响。结合多变量和单变量统计分析,我们发现在实验过程中很多代谢物都发生了明显的变化,如尿液中的甜菜碱、4-甲酚硫酸、肌氨酸、肌氨酸酐、马尿酸、壬二酸和酰基甘氨酸,以及血液中的葡萄糖、脂蛋白、甜菜碱、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等。这些代谢物的变化说明,在运输实验中,羊的肠道和能量代谢发生改变,肌肉发生了分解代谢,并且肾脏代谢可能也发生了变化。在运输过程中和恢复期间,一些酰基甘氨酸和二羧酸的分泌增加了,因而我们认为运输相关压力引起了羊的过氧化物酶体的脂肪酸代谢发生变化。而本文的第二部分论述了代谢组学研究中一些基本研究,包括：1.以巴豆酰甘氨酸的鉴定为例,说明如何使用核磁共振、质谱和色谱等分析技术来鉴定未知化合物。尿液作为最重要的生物样品之一,已经被广泛应用于代谢组学的研究。生物体把数以千计的化合物分泌到尿液中,这造成了尿液样品的核磁共振一维氢谱中的信号重叠严重。目前的公共数据库中仅仅包括大约有一千个左右的代谢物的信息,所以在代谢组学的研究中,仍然有大量的重要的代谢物需要被鉴定。在实验中,我们发现有一个未知代谢物是区分不同运输时间作用的关键性的代谢物。为了鉴定这个化合物,我们使用反相高效液相色谱来分离尿液样品,以减轻核磁共振一维氢谱的复杂度。我们成功地将未知化合物分离到单一的组分中。结合该组分的核磁共振和电喷雾飞行时间质谱数据,我们认为此化合物是巴豆酰甘氨酸。我们用合成的巴豆酰甘氨酸的标准物来标记尿液样品,确认了此鉴定的正确性。我们的研究表明多种分析技术的结合在发现和鉴定潜在的生物标志物的中有着重要的作用。2.优化羊的尿液和血清样品的缓冲液。NMR样品的pH值和盐离子浓度都会对样品中的代谢物的化学位移产生影响,为了消除化学位移变化对多变量统计分析的影响,我们对尿液和血清样品的缓冲液进行了优化。我们比较了生理盐水、0.075M、0.1M、0.25M和0.5M磷酸盐缓冲液等几种缓冲液对羊血清样品pH值和代谢物化学位移的影响,并最终将血清样品的缓冲液定为0.25M的磷酸盐缓冲液。在尿液样品缓冲液的优化过程中,我们也选择了同样浓度的磷酸盐缓冲液。综上所述,本文的研究说明了基于核磁共振的代谢组学方法在家畜的相关研究中有着广阔的应用前景。

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 中英文对照
• 第一章 引言
• 论文工作概述
• 参考文献
• 第二章 前言
• 2.1 代谢组学的发展
• 2.1.1 代谢组学的起源与定义
• 2.1.2 代谢组学的技术平台和研究对象
• 2.1.2.1 代谢组学的技术平台
• 2.1.2.2 代谢组学的研究对象
• 2.2 基于核磁共振的代谢组学的研究方法
• 2.2.1 核磁共振的基本原理
• 2.2.2 基于NMR的代谢组学的研究过程
• 2.2.3 用于代谢组学的数据统计方法
• 2.3 代谢组学的应用
• 2.3.1 生理学变化
• 2.3.2 疾病诊断
• 2.3.3 癌症研究
• 2.3.4 药物毒理
• 2.4 压力与代谢组学
• 2.4.1 应激反应的神经化学反应机理
• 2.4.2 压力的代谢组学研究
• 参考文献
• 第三章 长途运输相关压力的代谢组学研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 动物模型和样品采集
• 3.1.2 血清和尿液样品的核磁共振氢谱
• 3.1.3 数据统计分析
• 3.1.3.1 数据降维
• 3.1.3.2 多变量统计分析
• 3.1.3.3 单变量统计分析
• 3.2 实验结果
• 1H谱'>3.2.1 一维核磁共振¹H谱
• 3.2.2 尿液样品的偏最小二乘法判别式分析结果
• 3.2.3 血清样品的偏最小二乘法判别式分析结果
• 3.2.4 正交偏最小二乘法分析尿液和血清样品
• 3.3 讨论
• 3.3.1 碳水化合物代谢的变化
• 3.3.2 脂肪代谢的变化
• 3.3.3 甘油脂和磷酸甘油酯代谢的变化
• 3.3.4 肠道微生物组代谢的变化
• 3.3.5 肌氨酸代谢的变化
• 3.3.6 支链氨基酸代谢的变化
• 3.3.7 UmA
• 3.3.8 小结
• 参考文献
• 第四章 相关方法学研究
• 4.1 色谱、核磁共振和质谱技术在代谢物鉴定中的应用
• 4.1.1 材料和方法
• 4.1.1.1 反相高效液相色谱实验
• 4.1.1.2 核磁共振实验
• 4.1.1.3 质谱实验
• 4.1.1.4 标准化合物的有机合成
• 4.1.2 结果和讨论
• 4.1.2.1 HPLC和NMR
• 4.1.2.2 质谱
• 4.1.2.3 标准物的有机合成
• 4.1.3 小结
• 4.2 羊血清和尿液样品缓冲液的优化
• 4.2.1 材料和方法
• 4.2.1.1 样品缓冲液的配制
• 4.2.1.2 一维核磁共振氢谱
• 4.2.1.3 pH值的测量
• 4.2.2 实验结果
• 4.2.2.1 血清样品的pH值和化学位移变化
• 4.2.2.2 尿液样品的pH值变化
• 4.2.3 讨论
• 参考文献
• 第五章 总结
• 攻读学位期间发表的论文和学术成果
• 后记