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以生物标志物研究为切入点推动生物监测的发展
预防医学的主要任务之一是研究环境有害因素对健康的影响及机制,为有效地预防、控制健康危害提供理论依据,生物标志物是其核心研究内容之一,是生物监测的重要研究对象[1].生物监测的实际需求促进了生物标志物的研究,而更多有效生物标志物的确立为生物监测的实施提供了强有力保障.
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锰的神经毒作用及其易感性生物标志物的选择
长期职业接触锰,会引起进行性的、不可逆的神经系统病变.锰主要侵害基底神经节,选择性损伤多巴胺能神经元,其机制可能与干扰中枢神经的能量代谢,改变神经递质,激活氧化系统导致神经细胞退行性变性等有关;遗传因素也可能对锰所致神经毒性作用的发生起重要作用.研究锰神经毒性的接触性生物标志物、效应性生物标志物及基因易感性生物标志物等早期易感性生物标志物将有助于防治锰的神经毒作用.
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毒理学生物标志的研究
毒理学是近年来发展迅速的研究领域之一，它用先进科学技术研究环境污染物进入人体后引起疾病(中毒)的生物学变化过程，特别是观察毒效应的生物标志。检测生物标志物方法学的更新，必将对毒效应产生新认识，毒理学安全性评价也随之带来新变革。回顾上个世纪60年代以来，由于基因突变、染色体损伤和DNA损伤检测在毒理学的广泛应用，致突变作用作为一种特殊毒效应已列入毒理学的篇章和毒理学安全性评价程序。近年来又有新的进展，由于基因芯片技术的应用，有可能快速检出产生毒效应的一些易感基因，成为可供检测的易感生物标志(susceptibility biomarker)，易感人群会获得保护；转基因技术的应用，带动了毒理学实验动物模型的更新，例如Apo E基因缺陷小鼠的培育成功，使我们可以获得致动脉粥样硬化和抗动脉样硬化比较理想的模型，会进一步推动心血管毒理学和食品毒理学的发展；一些化学分析技术的应用，例如电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对生物材料中过量负荷的痕量元素可检出达10-9数量级，已用于研究稀土元素在骨髓、海马中的靶剂量，可供检测稀土在人体过量负荷的接触生物标志(exposure biomarker)；关于外源性雌性激素污染物对内分泌功能的影响，国际上对体内雌性激素水平的了解，已从测定雌二醇含量，发展到用酶联免疫吸附测定法，对其代谢产物16α羟雌酮(不利于健康的)和2-羟雌酮(有利于健康的)的测定，这种和乳腺癌危险性密切相关的代谢产物含量的测定，被认为是指示早期功能变化毒效应的效应生物标志(effect biomarker)。以上说明生物标志的研究会因先进科学技术方法的发展不断更新，毒效应的观察也会不断深入。 国际科联环境问题委员会曾提出近期加强方法学研究学术交流的重点：①致癌性(包括转基因技术)；②内分泌紊乱；③免疫功能。毒理学研究的信息与科技，会影响一个国家有关领域发展的步伐，应引起我们的关注。
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转化医学与肿瘤研究现状
转化医学的核心思想是促进基础医学研究向临床应用的转化,同时根据临床的需求提出前瞻性的应用基础研究方向.在后基因组时代,如何在转化医学引领下,将实验室发现的有意义的结果、分子生物学理论和技术运用到临床,使肿瘤研究得到更快更好的发展,是我们亟须解决的问题.本文就转化医学在肿瘤研究中发挥的作用,如生物标记物在肿瘤诊疗中的运用、药物研发模式的转变及肿瘤诊疗的信息化水平不断提高等进行探讨.
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湿热发黄证之乙型肝炎病毒相关慢加急性肝衰竭不同分期的生物标志物筛查
目的 通过对湿热发黄证之乙型肝炎病毒相关慢加急性肝衰竭(HBV-related acute-on-chronic liver failure,HBV-ACLF)不同分期(早、中和晚期)的人血清样本进行代谢组学轮廓分析,分析其相关性与差异,并从中筛选具有差异性的小分子代谢物,即生物标志物.方法 湿热发黄证HBV-ACLF样本27例,其中早期14例,中期6例,晚期7例,运用高效液相色谱-四级杆飞行时间串联质谱仪技术检测3个不同分期血清样本中的小分子代谢产物,通过Data Analysis和Mzmine 软件进行色谱峰识别后进行偏小二乘法-判别分析,找出潜在生物标志物.结果 共筛选出8个生物标志物;湿热发黄证之HBV-ACLF患者早、中、晚期之间具有明显的代谢组学差异,小分子代谢物也发生了显著性变化.结论 影响湿热发黄证HBV-ACLF不同分期的生物标志物种类有视黄醇维生素类物质、前列腺素类物质、环氧脂肪酸、甾体类激素、甘油三酯类物质、甘油双酯类物质、磷脂酰乙醇胺类物质、甲状腺素葡萄糖苷酸.
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双向电泳-质谱技术筛选心绞痛血瘀证相关蛋白的研究
目的 对心绞痛血瘀证患者血瘀证程度变化前后的血浆进行双向电泳图谱检测,寻找心绞痛血瘀证相关蛋白,探索心绞痛血瘀证的蛋白质组学特点.方法 采用双向凝胶电泳和基质辅助激光解析/电离-飞行时间质谱对8例心绞痛血瘀证患者血瘀证程度变化前后的血浆进行比较蛋白质组学研究,寻找心绞痛血瘀证相关蛋白.结果 初步发现了Clustenin、ApoA-I在血瘀证程度变轻后表达增加,而Fibrinogen β chain、Vitamin D-Binding Protein、Haptoglobin β chain、Albumin isofom在血瘀证程度变轻后表达降低.结论 初步发现Clusterin、ApoA-I、Fibrinogen β chain、Vitamin D-Binding Protein、Haptoglobin β chain、Albumin isoform可能与心绞痛血瘀证相关,但结果有待运用其他生物学的方法进行具体的验证并探索其机制.
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基于代谢组学方法探索葛根芩连汤方剂治疗2型糖尿病大鼠的效果研究
目的 运用代谢组学的分析方法探索葛根芩连汤方剂治疗2型糖尿病大鼠的效果,包括模式轮廓比较、生物标志物筛查与代谢通路推断等.方法 将健康雄性SD大鼠分为3组,依次为正常对照组、2型糖尿病模型组和葛根芩连汤(8.2 g/kg)治疗组;除正常组外,其余各组大鼠均给予高脂饲料并联合链脲佐菌素以确立2型糖尿病疾病模型.随后连续灌胃给药3周,并于末次给药后12小时内收集大鼠尿液样本;运用HPLC/MS-IT-TOF手段进行高分辨质谱检测,同时应用OPLS-DA多元模式手段以比较各组大鼠尿液的代谢轮廓差异以及潜在的生物标志物,并推断其可能影响到的代谢通路.结果 本研究共筛查出15个生物标志物,包括多肽氨基酸类物质、磷酯类物质、核苷酸类物质以及其它类物质;涉及的代谢通路主要为嘌呤代谢.结论 2型糖尿病的疾病发生与嘌呤代谢存在着紧密的联系,尤其是核苷酸类物质作为其中的关键作用靶点;葛根芩连汤通过多靶点调节嘌呤代谢异常以至于整个机体内部的疾病紊乱状态,从而促使其转归为正常水平.
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基于血清代谢组学探究玄参对脾虚水湿不化大鼠的利水作用机制
目的:本实验采用血清代谢组学的方法对玄参在脾虚水湿不化模型大鼠的利水作用机制进行研究,并通过寻找具有生物学意义的内源性潜在生物标志物,以此探寻其相关代谢通路.方法:研究采用高脂饲料饮食诱导的方式对大鼠进行造模并对血清蛋白、胃泌素、胃排空率及水负荷等利水相关药效学指标进行检测,应用UPLC-Q-TOF-MS技术对空白组、模型组与玄参组大鼠血清进行分析,探求其潜在的关键性生物标志物及对应的相关性代谢通路.结果:玄参可改善脾虚水湿不化大鼠相关的药效学指标,同时寻找出与脾虚水湿不化模型及给予玄参干预后具有共同差异的生物标志物29个,涉及13条相关的代谢通路,应用相关代谢通路分析发现,影响为广泛的4条代谢通路可能是原发性胆汁酸生物合成、鞘脂类代谢、叶酸合成及甘油磷脂代谢.结论:故推测玄参对脾虚水湿不化状态下血清代谢产物具有调节作用,从而为进一步对玄参利水功效的临床安全应用提供理论依据.
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基于系统生物学阐释中药药性理论科学内涵的研究思路与方法探讨
本文通过分析近代中药药性理论研究中存在的问题,针对性地提出了应用系统生物学尤其是代谢组学方法,以研究机体生物标志物及其变化规律为主线,阐释中药药性理论科学内涵的具体思路与方法及其预期成果,并提示运用此方法建立中药性味实质及性效关联性研究技术平台的重要性.
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基于模型的中药研发
中药研发由于本身的复杂性面临诸多挑战,尤其是药效成分不明确成为研发的瓶颈,需要新的研发模式予以支撑.本文将吸收入血的已知有效成分和血药浓度较高的代表性成分称为“化学标志物”,并与疗效相关的”生物标志物”相关联,建立药动学/药效学(PK/PD)模型,定量分析(model-analysis)试验数据,指导临床试验的定量设计(design by simulation),从而阐述中药复方的有效性、安全性和组方合理性.由于PK/PD建模与模拟可以贯穿临床前至临床试验的整个过程,可以提高新药研究效率和科学审评水平,降低成本,缩短上市时间.另外,研发中配合临床动态设计方法和风险导向的临床前与临床循环推进战略,终形成“基于模型的中药研发”模式.本文根据国内外建模与模拟的应用实践,阐述了本模式的特点、在不同研发阶段的应用价值和适用条件,旨在为我国药监部门制定中药新药研发政策提供参考.由于中药新药本身的复杂性,并不否定中药其他研发模式的合理性.
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基于细胞代谢组学技术的关黄柏潜在有效成分木兰碱对前列腺癌细胞的治疗作用研究
目的:本文在木兰碱药效学研究基础之上,进行基于UPLC-HDMS/MS技术的细胞代谢组学研究,探讨木兰碱抗前列腺癌的潜在作用机制.方法:将对数期22RV1前列腺癌细胞以适宜密度接种并分为空白组及木兰碱给药组,以细胞形态学观察、MTT比色法以及流式细胞术分析前列腺癌细胞系22RV1在给药前后的细胞形态变化、细胞存活和增殖状况以及药物诱导凋亡的作用和作用强度,从药效学角度评价木兰碱的体外抗前列腺癌活性.进一步提取前列腺癌细胞内液并利用高通量液质联用技术平台对细胞代谢轨迹进行研究,揭示木兰碱给药前后内源性差异代谢物变化情况.结果:研究发现木兰碱能通过诱导22RV1前列腺癌细胞凋亡而抑制其增殖,给药后细胞生长状况明显变差,显微镜下难以见到分裂细胞,培养基中散在大量细胞碎片.本研究共鉴定了肌醇、鞘磷脂等13个药效生物标志物;代谢经路研究显示包括淀粉和蔗糖代谢、核黄素代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢等7条能量代谢及氨基酸代谢途径发生明显扰动.结论:木兰碱对22RV1前列腺癌细胞系有明显体外增殖抑制作用,潜在机制为对多种能量及氨基酸等代谢途径的干预作用.本研究阐明木兰碱治疗前列腺癌的整体效应机制,可为发现临床有效且毒副作用小的抗前列腺癌药物提供一定依据.
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基于代谢组学的小儿腺病毒肺炎痰热闭肺证生物标志物研究思路＊
中医证候的科学实质研究是中医现代化的关键，本文尝试阐述一种中医证候基础研究的初步思路，即通过考查现有的小儿腺病毒肺炎及其中医药治疗现状、代谢组学及其在中医证候的应用现状，探讨其在小儿病毒性肺炎诊疗规范中的应用价值。该方法主要通过能体现中医学“整体观念”的代谢组学作为技术手段，研究小儿病毒性肺炎中常见的痰热闭肺证；并通过与健康儿童的代谢物质进行比较，确认小儿病毒性肺炎之痰热闭肺证的生物标志物。
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基于iTRAQ技术的中医实热"上火"血清蛋白质组学特征分析
目的:筛选实热"上火"血清差异表达蛋白,为实热"上火"机制的深入研究提供科学依据.方法:采用相对和绝对定量同位素标记(iTRAQ)对血清蛋白质进行检测,结合生物信息学分析(GO、STRING)筛选实热"上火"与正常非"上火"人群差异显著的蛋白质.结果:与正常对照组比较,实热上火组血清筛选出49个差异蛋白质,其中上调的22个,下调的27个.载脂蛋白C3(Apo C3)、乳酸脱氢酶(LDH)和维生素K依赖蛋白S(PROS1)等显著上调,而载脂蛋白A4(Apo A4)、超氧化物歧化酶3(SOD3)和纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI-1)等显著下调.结论:观察组脂质代谢、糖酵解异常与氧化应激、炎性反应的发生密切相关,且凝血功能下降,易造成出血,筛选的差异蛋白可为实热"上火"的生物学基础研究提供依据.
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葛根芩连汤含药血清对IR-HepG2细胞糖代谢调控关系分析
目的:探索葛根芩连汤含药血清对胰岛素抵抗(IR)的HepG2(IR-HepG2)细胞糖代谢的调控关系.方法:将正常的HepG2细胞作为空白组,IR-HepG2细胞分为模型组,非诺贝特组,葛根芩连汤低、中、高剂量组,以葡萄糖消耗量为药效指标,采用色谱-质谱联用技术,对IR-HepG2细胞及给药后的IR-HepG2细胞内代谢产物进行分析,经过Mass Profiler Professional(MPP)软件对数据进行分析,得出生物标志物,验证之后,研究呈剂量依赖的生物标志物对糖耗量的关系.结果:发现葛根芩连汤含药血清能提高IR-HepG2细胞的糖耗量,其调节机制可能和文中6个生物标记物有关,已确定其中3个生物标志物是存在剂量依赖性且对糖代谢具有调控作用.结论:葛根芩连汤含药血清可能通过调节IR-HepG2细胞色氨酸,泛酸和腺嘌呤的量达到提高糖代谢的作用.
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急性肾损伤中肾小管损伤标志物的研究进展
通过Science Direct数据库查阅了近10年有关肾损伤标志物的报道,对肾小管损伤特异性标志物方面的文献进行了整理和分析.一些敏感性好、特异性高的肾小管损伤标志物已在实验研究和临床观察得到了部分验证,如肾损伤分子-1,肾损伤时在肾小管上皮细胞过度表达,对肾肿瘤、缺血性和肾毒性肾损伤的早期诊断敏感性好,且检测稳定性高；肝型脂肪酸结合蛋白,参与肾局部的脂质代谢,对肾近端小管的特异性很高,其尿液含量变化在多种类型的急性肾损伤早期评价中都具有重要价值；白介素-18作为诊断指标,敏感性和特异性均在90％以上,可将急性肾小管坏死从其他类型的肾疾病中区分出来,亦可预测肾损伤的发生和肾功能的恢复；中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白,常作为一个早的表达产物在肾损伤时被检测到,其变化早于肌酐和其他标志物,有明显的时间优势.不同的标志物各具特点又都有不足,因此联合检测才能更大范围、更灵敏地评价肾损伤.
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运用代谢组学方法探讨淫羊藿水段组分对代谢轮廓靶点的干预作用
目的:运用代谢组学方法分析淫羊藿水段组分对正常大鼠尿液中内源性物质代谢的影响,通过寻找相关代谢途径及潜在作用靶点来探究其标志物表达的差异是否会随着体液代谢的循环分布影响着机体的不同系统功能,从而产生潜在的干预作用.方法:SD大鼠分为空白组和淫羊藿水段组分给药组,每组10只,给药组每天按87.3 mg·kg-1给予淫羊藿水段组分1次,空白组给予等量生理盐水,连续灌胃20 d,于后1次给药后用代谢笼收集大鼠12h尿液,经处理供UPLC-Q-TOF/MS分析,正离子扫描模式下电喷雾离子源(ESI),毛细管电压1.3 kV,样本锥孔电压60 V;负离子扫描模式下ESI,毛细管电压1.5 kV,样本锥孔电压70 V.结果:鉴定出10个潜在生物标志物,6条主要代谢通路,发现淫羊藿水段组分可通过N,N'-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺,N-(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺的高表达起到对心脑血管疾病的保护作用,低表达的N-(ω)羟基-L-精氨酸和β-酪氨酸分别表现出不利于肿瘤和神经性疾病的预防.结论:淫羊藿水段组分对正常大鼠心脑血管疾病有显著的保护作用;对神经系统及肿瘤相关疾病存在着药效与毒性共存的特点.其作用机制与氧化胺代谢、酪氨酸代谢、鞘脂类代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等通路有关.
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玄参对脾虚水湿不化大鼠模型的影响及其肝脏代谢组学分析
目的:探索玄参对脾虚水湿不化大鼠模型的影响,并利用代谢组学方法对生物标志物和代谢通路进行分析.方法:高脂低蛋白饲料喂养加尾部负重游泳的方法建立脾虚水湿不化大鼠模型,玄参水煎液高、低剂量给药2周后检测各给药组肝脏指数、血清蛋白、血脂、胃肠功能和水负荷的变化情况,给药剂量分别为1.35,5.40 g·kg-1.利用UPLC-Q-TOF-MS检测肝组织中内源性小分子代谢物,电喷雾正离子模式(ESI+)和负离子模式(ESI-)对样品进行检测,m/z 100 ～1 500;利用主成分分析(PCA)和偏小二乘法-判别分析(PLS-DA)比较空白组、模型组,玄参高、低剂量组内源性小分子代谢物的变化情况;对差异代谢物进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)代谢通路分析.结果:与模型组比较,玄参高剂量组的胃排空率和D-木糖排泄率显著升高;玄参低剂量组能升高血清白蛋白、总蛋白含量;玄参高剂量组能降低总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇含量和水负荷指数.代谢组学方法共鉴定出21个生物标志物,找到7条主要代谢通路,主要涉及胰岛素分泌、甘油磷脂代谢、嘌呤代谢、胆汁酸分泌、磷脂酶D信号通路、糖基磷脂酰肌醇锚的合成、内源性大麻素的生物合成等.结论:玄参对脾虚水湿不化模型大鼠的影响与改善消化功能、抑制糖代谢、改善血脂代谢等有关.
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基于粪便代谢物组学分析麻黄细辛附子汤干预H1N1流感病毒感染小鼠的作用机制
目的:运用代谢组学方法研究麻黄细辛附子汤(Mahuang Xixin Fuzi Tang,MXF)干预H1N1流感病毒感染小鼠粪便样品中内源性物质的变化,寻找与疾病相关的生物标志物,探讨MXF干预H1N1流感病毒感染可能的作用机制.方法:将30只KM小鼠随机等分为空白组、模型组和MXF组,小鼠滴鼻感染H1N1流感病毒后灌服MXF(给药剂量20 mL·kg-1),模型组和空白组灌服等量水,连续给药7d并测量各组小鼠的体重和肛温,收集各组小鼠的粪便.采用Halo C18色谱柱(2.1 mm×100 mm,2.7 μm),流动相0.05％甲酸水溶液-0.05％甲酸乙腈溶液梯度洗脱,质谱扫描范围m/z80～1 200,对粪便样品进行LC-MS测定并结合主成分分析和偏小二乘判别分析寻找潜在生物标志物.结果:空白组、模型组和MXF组代谢模式显著不同,鉴定出了9个潜在生物标志物,分别为磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰胆碱、吡哆醛、草酰乙酸、琥珀酸、褪黑素和L-犬尿氨酸.结论:MXF干预H1N1流感病毒感染的机制可能与其对色氨酸代谢、维生素B6代谢、甘油磷脂代谢和三羧酸循环等代谢紊乱的回调作用有一定相关性.
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基于代谢组学分析金芪降糖片改善2型糖尿病大鼠脂代谢紊乱的作用机制
目的:从代谢组学角度探究金芪降糖片改善2型糖尿病大鼠脂代谢紊乱的作用机制.方法:雄性Wistar大鼠45只,采用高脂饲料喂养联合3次小剂量腹腔注射链脲霉素(STZ,35 mg·kg-1)复制2型糖尿病模型,造模成功后随机分为正常组、模型组、金芪降糖片组.金芪降糖片组连续给药4周,给药结束后腹主动脉取血,利用半自动生化分析仪检测血脂水平,苏木精-伊红(HE)染色观察肝脏病理变化;采用UPLC-Q-TOF-MS对不同组别的血液样本进行检测,运用主成分分析(PCA)和偏小二乘法-判别分析(PLS-DA)筛选正常组、模型组和金芪降糖片组之间的差异代谢物,结合质谱信息和公共数据库检索对差异代谢物进行鉴定并进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)代谢通路分析.结果:与正常组比较,模型组大鼠血脂水平明显升高,金芪降糖片组血脂较模型组明显下降,模型组肝脏出现明显的脂肪粒细胞,金芪降糖片组肝细胞脂肪粒明显减少.模型组和正常组大鼠有12种内源性物质发生了显著性变化,经金芪降糖片干预后花生四烯酸,左旋肉碱,溶血磷脂酰胆碱(LysoPC)(17∶0),LysoPC(P-18∶0),LysoPC[22∶4(7Z,10Z,13Z,16Z)],硬脂酰肉碱这6种代谢物水平出现了不同程度的回调,得到1条关键代谢通路——花生四烯酸代谢通路.结论:金芪降糖片对2型糖尿病脂代谢紊乱大鼠体内的差异代谢物有一定的回调作用,其作用机制主要与花生四烯酸代谢通路有关.
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以功效为基础的中药复方毒性研究思路与方法探索
中药复方的毒性研究是目前复方研究的关键问题之一.在回顾中医传统理论对中药毒性认识的基础上,结合中药复方配伍理论,认为中药复方的毒性是在中医理论指导下对其功效及相关药理作用的反面认识,随机体的状态而发生变化.因此复方整体的功效与毒性之间存在相互依存、相互转化的关系.以功效为基础的中药复方毒性现代研究,将更好地阐释传统中药复方功效和毒性理论,为中药复方的临床安全、合理应用提供科学依据.目前的中医证候模型研究尚存在一些不足,如造模方法不一致、评价指标不统一等,使模型的引用受到限制,与功效相关的中药复方评价不充分,需建立一个体现功效的中药复方毒性评价体系,在这个体系当中以现代中药复方的急、慢性毒理学研究为基础,通过病证结合动物模型的研究,以复方功效为核心,采用方证相应和方证背离的研究思路进行中药复方的药效以及副作用评价,同时应借鉴药代动力学、药理学、代谢组学等学科技术,以观察中药复方作用于机体后的生物学效应及其内在作用机制,进而阐述清楚中药复方毒性的实质内涵.
