代谢组学在疾病预测诊断以及疗效评价中的应用研究

论文摘要

转化医学的目标是将基础研究的成果快速、有效的转化为临床实际应用。对于西方医学,需要发展对疾病诊断更为灵敏的临床指标；而对于中医诊断,亟待找到能为抽象的症状予以客观描述的量化指标。本文将代谢组学方法应用于筛选疾病相关潜在生物标志物。代谢组学包括代谢靶标分析和代谢指纹谱两种手段,代谢靶标分析针对已有先验知识的特定代谢循环进行深入研究,而代谢指纹谱可用于发现潜在生物标志物。1.含硫氨基酸循环定量应用于糖尿病肾病研究。高半胱氨酸与慢性肾功能衰竭密切相关,但其是否是独立的疾病相关因素仍存在争议。为了研究高半胱氨酸及其代谢物与糖尿病肾病的关系,本文发展了基于HPLC-MS/MS血浆中8种含硫氨基酸的测定方法。对西医Mogensen分期以及中医辨证分型的患者体内含硫氨基酸含量进行测定,筛选了糖尿病肾病的早期诊断相关潜在生物标志物,并通过ROC曲线分析得到诊断临界浓度。本文创新性的将含硫氨基酸与西医临床生化、中医量化的症状进行相关研究,并发现腺苷同型半胱氨酸在表征西医分期和中医分型病理变化的效果优于高半胱氨酸,说明它更可能成为糖尿病肾病诊断的辅助指标。含硫氨基酸定量研究也被应用于中药糖肾方的疗效评价,发现干预治疗改善了患者的甲基化和氧化应激水平。以含硫氨基酸代谢为靶标的分析可应用于糖尿病肾病的病理机制、预测诊断和疗效评价研究。2.代谢指纹谱应用于脑梗塞研究。目前临床往往缺乏对于脑梗塞快速诊断的生化指标而延误治疗。本文发展了UPLC-TOF MS血清代谢指纹谱测定方法,采用层级PLS首先构建脑梗塞组和对照组的PLS-DA模型,筛选得到12个潜在生物标志物,发现脑梗塞与一碳代谢、脂肪酸代谢以及甾体激素代谢紊乱相关；进而对中医阴、阳类证进行了判别研究发现了14种与分型相关的潜在生物标志物。PCA结果显示,脑梗塞患者经治疗后体内代谢趋于正常化。创新性的将PLS-KNN预测模型应用于脑梗塞患者的预测,准确率达到100%,具有良好的应用前景。代谢指纹谱在脑梗塞的诊断生物标志物筛选中具有很大的优势,有助于指导临床的诊疗。3.代谢指纹谱应用于三聚氰胺毒理研究。三聚氰胺事件造成大量婴儿肾结石甚至死亡,但是其毒性机制仍不清晰。本文建立了不同剂量三聚氰胺干预的大鼠模型,应用UPLC-TOF MS得到血浆以及尿液代谢指纹谱。根据血浆、尿液的PCA多元统计分析,发现三聚氰胺对于大鼠体内代谢的干预呈时间和剂量依赖性的特点。进一步对三聚氰胺干预组与正常组大鼠的血浆和尿液建立PLS-DA模型,发现血浆中15个、尿液中19个与三聚氰胺相关的潜在生物标志物,表明肾毒性的产生可能与花生四烯酸、嘌呤嘧啶、磷酸戊糖的代谢紊乱相关。代谢指纹谱也可被应用于三聚氰胺干预的毒性的机制研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 系统生物学研究方法论
• 1.3 代谢组学的研究策略
• 1.3.1 代谢靶标分析
• 1.3.2 代谢指纹谱分析
• 1.4 基于液质联用技术的代谢组学研究
• 1.4.1 基于液质联用的数据采集方法
• 1.4.2 基于液质联用的代谢组学数据处理
• 1.5 代谢组学在转化医学中的应用前景
• 1.5.1 代谢组学在疾病预测、诊断中的应用
• 1.5.2 代谢组学在药物研发和疗效评价中的应用
• 1.5.3 代谢组学在中医药现代化中的应用
• 1.6 小结
• 1.7 本论文的主要内容
• 第2章 含硫氨基酸定量应用于糖尿病肾病预测诊断以及疗效评价
• 2.1 糖尿病肾病与含硫氨基酸代谢
• 2.1.1 糖尿病肾病
• 2.1.2 含硫氨基酸代谢
• 2.1.3 含硫氨基酸在糖尿病肾病中的研究意义
• 2.2 含硫氨基酸检测方法建立
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 实验结果与讨论
• 2.3 病例样本的分组及采集
• 2.3.1 中西医病例分组标准
• 2.3.2 病例样本的采集
• 2.3.3 样本处理以及保存
• 2.3.4 临床生化指标测定
• 2.4 糖尿病肾病的横断面研究
• 2.4.1 基于Mogensen分期的糖尿病肾病横断面研究
• 2.4.2 基于中医辨证分型的糖尿病肾病横断面研究
• 2.4.3 糖尿病肾病中西医分期分型比较研究
• 2.5 含硫氨基酸代谢定量用于糖肾方疗效评价
• 2.5.1 糖肾方治疗糖尿病肾病
• 2.5.2 病例样本采集
• 2.5.3 治疗前后定量结果差异比较
• 2.6 本章小结
• 第3章 代谢指纹谱应用于脑梗塞的预测以及疗效评价
• 3.1 脑梗塞诊治现状
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 病例样本采集
• 3.2.2 材料与试剂
• 3.2.3 仪器设备
• 3.2.4 样本分析前处理
• 3.2.5 临床生化指标测定
• 3.2.6 UPLC-MS测定分析条件
• 3.2.7 数据处理和模式识别
• 3.2.8 差异表达代谢物的鉴定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样本前处理方法优化
• 3.3.2 UPLC-TOF MS测定条件优化
• 3.3.3 方法学考察
• 3.3.4 病理生化指标测定结果
• 3.3.5 脑梗塞患者与正常组的多元统计分析
• 3.3.6 PLS-DA的模型验证
• 3.3.7 脑梗塞相关潜在生物标志物的鉴定
• 3.3.8 脑梗塞相关潜在生物标志物的生理学意义
• 3.3.9 脑梗塞患者治疗前后体内的代谢变化
• 3.3.10 PLS-KNN应用于脑梗塞的预测
• 3.3.11 中风阴类证与阳类证的判别研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 代谢指纹谱应用于三聚氰胺肾毒性机制研究
• 4.1 三聚氰胺相关背景
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验动物
• 4.2.2 材料与试剂
• 4.2.3 仪器设备
• 4.2.4 实验样本采集和制备
• 4.2.5 血浆生化指标测定
• 4.2.6 血浆和尿液样本前处理
• 4.2.7 UPLC-MS测定条件
• 4.2.8 数据处理和模式识别
• 4.2.9 差异表达代谢物的鉴定
• 4.3 结果与结论
• 4.3.1 大鼠生化指标测定分析
• 4.3.3 血浆以及尿液代谢指纹谱的方法学考察
• 4.3.4 三聚氰胺干预大鼠的PCA分析
• 4.3.5 三聚氰胺干预大鼠的PLS-DA分析
• 4.3.6 三聚氰胺干预大鼠尿液的PLS-DA分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:本人在学期间已发表和待发表的论文