2型糖尿病患者血浆中脂肪酸代谢谱的研究

论文摘要

代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后在学术界兴起的又一门新兴系统生物学分支。其在疾病诊断、药物的药效和毒性评价、药物作用机理研究及中药现代化等方面展现了广阔的前景。当前代谢组学研究中存在两个难点同时也是热点问题：一是代谢产物的定性、定量分析,二是代谢产物复杂数据分析体系中有用信息的提取和挖掘。本论文针对这两个问题,利用气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪,结合化学计量学方法中的多元分辨和模式识别方法,对2型糖尿病（T2DM）及相关疾病患者血浆中的脂肪酸代谢谱进行了全面、细致的研究。本实验采用一种简单、稳定的氢氧化钠-甲醇／硫酸-甲醇甲酯化方法对人体血浆中的游离脂肪酸（FFA）进行衍生和提取,并运用GC-MS联用技术对衍生产物进行分析检测。借助于直观推导式演进特征投影法（HELP）和选择性离子分析法（SIA）对重叠色谱峰进行分辨和解析,对所有FFA成分进行了准确的定性、定量分析,建立了稳定的2型糖尿患者和健康人血浆中的游离脂肪酸代谢谱。本论文运用一种新的变量筛选方法——竞争性自适应的重加权采样法（CARS）,结合偏最小二乘-线性判别分析法（PLS-LDA）对2型糖尿病患者和健康人进行判别分析,建立判别模型,取得了较好的预测效果,并筛选出三个潜在的生物标记物：油酸（OLA）,α-亚麻酸（ALA）和二十碳五烯酸（EPA）。这对2型糖尿病的临床诊断和评价治疗效果具有非常重要的指导意义。本论文还分别对成人腹型肥胖患者、儿童腹型肥胖患者、成人腹型肥胖合并2型糖尿病患者及相关并发症患者血浆中的游离脂肪酸代谢谱进行了研究,发现不同疾病状态的患者之间存在脂肪酸代谢模式的差别。进一步考察脂肪酸代谢模式与临床指标之间的相关关系,结果显示：人体血浆中的脂肪酸代谢谱与临床参数之间存在良好的线性关系,并筛选出一些与疾病相关的重要脂肪酸成分和临床参数。为肥胖、2型糖尿病及相关并发症的发病机理研究和指导不同病人的临床治疗提供有用的信息。本研究充分展现了代谢组学研究技术结合化学计量学方法在2型糖尿病及相关疾病研究方面的巨大潜力和优势。这将为各种复杂的代谢性疾病研究提供新的研究策略和技术平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 代谢组学
• 1.2.1 代谢组学相关概念
• 1.2.2 代谢组学的特点
• 1.2.3 代谢组学的研究策略
• 1.2.4 代谢组学研究技术平台
• 1.2.5 代谢组学的应用
• 1.2.6 代谢组学与化学计量学
• 1.3 2型糖尿病介绍
• 1.3.1 2型糖尿病简介
• 1.3.2 2型糖尿病的特点及发病机制
• 1.3.3 糖尿病的诊断标准
• 1.3.4 2型糖尿病与肥胖
• 1.3.5 2型糖尿病与脂代谢异常
• 1.4 人体血浆中的脂肪酸
• 1.4.1 人体血浆中脂肪酸的分类及其作用
• 1.4.2 游离脂肪酸与胰岛细胞凋亡
• 1.5 本论文研究内容
• 第二章 人体血浆中脂肪酸的衍生及提取
• 2.1 引言
• 2.2 受试者
• 2.2.1 受试者来源
• 2.2.2 入选条件
• 2.3 试剂与仪器
• 2.3.1 主要试剂
• 2.3.2 主要仪器
• 2.4 实验部分
• 2.4.1 人体血浆中游离脂肪酸的衍生及提取
• 2.4.2 气相色谱-质谱（GC-MS）条件
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 衍生及提取方法的优化
• 2.5.2 GC-MS条件的优化
• 2.5.3 脂肪酸代谢谱的建立
• 2.6 本章小结
• 第三章 血浆中游离脂肪酸代谢谱的定性定量分析
• 3.1 引言
• 3.2 理论部分
• 3.2.1 直观推导式演进特征投影法（Heuristic Evolving Latent Projections,HELP）
• 3.2.2 选择性离子分析法（Selective Ion Analysis,SIA）
• 3.3 数据分析
• 3.3.1 HELP方法结合标准质谱库对重叠峰的定性定量分析
• 3.3.2 SIA方法结合标准质谱库对重叠峰的定性定量分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 健康人和2型糖尿病患者血浆样本中游离脂肪酸代谢谱的定性、定量结果
• 3.4.2 脂肪酸甲酯的色谱质谱规律总结
• 3.5 本章小结
• 第四章 2型糖尿病患者与健康人的判别分析及生物标记物
• 4.1 引言
• 4.2 理论部分
• 4.2.1 自标度化（autoscaling）
• 4.2.2 主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）
• 4.2.3 偏最小二乘分析（Partial Least Squares,PLS）
• 4.2.4 线性判别分析（Linear Discriminant Analysis,LDA）
• 4.2.5 竞争性自适应的重加权采样法（competitive adaptive reweightedsampling,CARS）
• 4.2.6 交互检验法（Cross Validation,CV）
• 4.3 数据分析
• 4.3.1 健康人和2型糖尿病患者血浆样本游离脂肪酸代谢谱的建立
• 4.3.2 健康人和2型糖尿病患者的判别分析及生物标记物的寻找
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 2型糖尿病患者和健康人血浆中的游离脂肪酸代谢谱
• 4.4.2 游离脂肪酸代谢谱的主成分分析（PCA）
• 4.4.3 2型糖尿病患者和健康人的PLS-LDA判别模型
• 4.4.4 寻找生物标记物（biomarker）
• 4.5 本章小结
• 第五章 肥胖、2型糖尿病及血浆游离脂肪酸代谢谱相关关系的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 受试者
• 5.2.2 血液样本的处理及贮存
• 5.2.3 脂肪酸代谢谱的测定
• 5.2.4 数据分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 腹型肥胖合并2型糖尿病并发高脂血症（AO-T2DM-HLM）患者血浆游离脂肪酸代谢谱的研究
• 5.3.2 腹型肥胖（AO）患者游离脂肪酸与几种重要的临床参数相关关系的研究
• 5.3.3 儿童腹型肥胖（AO）患者血浆中游离脂肪酸与临床参数相关关系的研究
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果