基于LC-MS代謝組學技術研究慢性持續低氧對SD大鼠肝臟代謝特征的影響

摘要：對正常大鼠及在慢性持續低氧條件下大鼠的肝臟代謝物進行超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜聯用技術檢測，觀察低氧誘導環境下大鼠肝臟代謝的影響，尋找差異代謝物及相關代謝通路，探究慢性持續低氧對SD大鼠肝臟代謝發揮作用的機制及具有何種作用。

關鍵詞：LC-MS ?代謝組學 ?慢性持續低氧 ?肝臟代謝

【中圖分類號】R285.5 ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A ? ? ? ? ? ? 【文章編號】2107-2306（2021）09--01

前言

隨著青藏高原在經濟、文化、軍事等方面得到極大地發展，同時由于其占有十分重要的生態地位以及戰略地位，越來越多的人不斷涌入高原，投入相關的生產建設當中。然而氧氣不足、低氣壓是高原環境的特點，長時間生活在平原的人步入高原后通常會出現神經、消化、呼吸等各系統的應激反應。其中，高原缺氧導致肝臟損傷就是高原地區特有的肝功異常原因之一[1]。

1.實驗內容

運用高效液相色譜-質譜聯用技術檢測正常大鼠和慢性持續低氧大鼠肝臟代謝物，尋找差異代謝物及相關代謝通路，探討慢性持續低氧大鼠肝臟代謝特征的影響。

2.實驗方法

使用超高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜聯用技術，對正常大鼠與低氧環境大鼠兩種不同情況下試驗動物的肝臟代謝物進行檢測[2-3]，低氧大鼠采用5000m，7000m不同海拔分別培養7天，14天，21天，尋找差異代謝物及相關代謝通路，探討低氧環境對大鼠肝臟代謝特征的影響。

3.儀器和試劑

（1）主要試劑

甲醇、甲酸、水、乙腈均購自CNW公司，L-2-氯苯丙氨酸購自上海恒創生物科技有限公司。所有化學藥品和溶劑均為分析純或色譜級[4]。

（2）主要儀器

全自動樣品快速研磨儀（JXFSTPRP-24/32[5]，上海凈信實業發展有限公司），超聲波清洗機[6]（F-060SD，深圳福洋科技集團有限公司），臺式高速冷凍離心機（TGL-16MS[7-8]，上海盧湘儀離心機儀器有限公司），冷凍濃縮離心干燥器（LNG-T98[9]，太倉市華美生化儀器廠），高分辨質譜儀（QE plus，賽默飛世爾科技公司），高效液相色譜儀（Dionex U3000 UHPLC，賽默飛世爾科技公司），色譜柱（ACQUITY UPLC HSS T3 （100 mm×2.1 mm， 1.8 um），Waters）。數據分析：將 GC-MS 的原始數據經 ChemStation 分析軟件轉換為 CDF 格式，導入 ChromaTOF 4.34 軟件進行預處理，并使用 Fiehn 數據庫對代謝物進行定性、峰對齊，導出 CSV 格式的三維數據矩陣，將數據矩陣中的數值進行 log2 轉換后導入 SIMCA 14.0 軟件進行多維分析。通過 MBROLE 通路分析功能，差異代謝物 [ 變量權重值（VIP）>1 或 P<0.01] 根據數據庫 KEGG（http：//www.genome.jp/KEGG/pathway.html）進行代謝途徑的通路分析，獲得其代謝通路的富集結果。

4.結果

4.1測定獲得的物質峰以及代謝物數量如下表所示

4.3代謝通路富集：（1）逆行內源性大麻素信號（2）卵巢類固醇生成（3）皮質醇合成與分泌（4）庫欣綜合征（5）維生素消化吸收（6）醛固酮合成與分泌（7）膽固醇代謝（8）谷氨酸能突觸（9）可卡因成癮（10）GABA能突觸（11）長期抑郁（12）苯丙胺成癮（13）酒精成癮（14）磷脂酶 D 信號通路（15）壞死性凋亡（16）癌癥中的膽堿代謝（17）鞘脂信號通路（18）碳水化合物消化吸收（19）ABC轉運體（20）催產素信號通路（21）甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝（22）癌癥中的中心碳代謝（23）產熱代謝（24）初級膽汁酸生物合成（25） FoxO信號通路（26）可卡因作用途徑（27）血管平滑肌收縮信號通路（28）蛋白質消化吸收（29）胰島素抵抗（30）利什曼病（31）光轉導（32）脂肪細胞中脂解的調節（33）腎素分泌（34）帕金森綜合癥路徑（35）基底細胞癌路徑（36）硫代謝（37）半胱氨酸和蛋氨酸的代謝（38）嗎啡成癮路徑（39）AMPK信號通路

5.結論

（1）持續低氧處理使大鼠肝臟脂肪和氨基酸代謝分解加快，同時造成肝臟損傷。

（2）雄激素表達過量，生殖系統反應鈍化。

（3）新陳代謝的穩態造成了破壞，誘導出一系列代謝并發癥，同時患病性風險增加。

（4）出現了一定的神經肌無力。

（5）維生素消化和吸收的改變，影響了體內部分的催化反應。

（6）膽固醇代謝異常，導致內分泌失調和心血管疾病風險增加。

（7）長時間的低氧環境壓迫使大鼠產生了一定程度的長期抑郁。

（8）壞死性凋亡的發生，可能誘導多種疾病的發病機制，包括但不限于神經系統疾病，視網膜疾病，急性腎損傷，炎癥性疾病和微生物感染。

（9）異常膽堿代謝的發生標志著腫瘤發生的機率增高。

（10）胰島素抵抗發生，能夠證實發生了肥胖癥，非酒精性脂肪肝以及心血管疾病等疾病，對生命健康造成威脅。

（11）出現神經退行性運動障礙。

參考文獻：

[1]謝本維，孟繁平.青藏高原缺氧環境與肝臟損傷[J].醫藥前沿， 2012（33）：149-150.

[2]馬天成， 孫宇， 馬玉坤，等. UPLC-Q-TOF/MS法分析巖大戟內酯B在大鼠體內的代謝產物[J]. 中國藥房， 2019， 030（020）：2796-2801.

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[4]張益燾. 發酵豆粕對仔豬大腸菌群碳，氮代謝的影響及其機理[D]. 華南農業大學， 2017.

[5]王宏遠、王薇、楊樹青、竇麗鑫、劉利軍. 多孔氮氧生物玻璃骨修復支架的制備及性能[J]. 中國組織工程研究， 2021， v.25;No.945（16）：67-73.

[6]張益燾. 發酵豆粕對仔豬大腸菌群碳，氮代謝的影響及其機理[D]. 華南農業大學， 2017.

[7]么瑞娜. 玫煙色棒束孢cDNA文庫的構建及與小菜蛾Serpin基因的互作因子篩選[D]. 華南農業大學， 2017.

[8]陳榮華. 三七中13種農藥殘留分析方法及其加工過程殘留遷移規律[D]. 廣西大學， 2017.

[9]王璞.以CD146為靶點的胃癌早期診斷多功能納米探針的相關研究[D]. 第三軍醫大學， 2015.

作者簡介：魏杰鋒（1995—），男，漢，青海西寧，籍貫河南安陽，研究生，研究方向：動物生理，單位：青海師范大學，單位所在省市：青海西寧，單位郵編810000