糖尿病人血清的NMR代谢组学特征峰寻找

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[摘 要] 基于核磁共振技术的代谢组学研究，是近几年发展起来并发展迅速的一种新的“组学”技术，在生物医学上有着广泛的应用。这种技术在诊断和研究人类的各种疾病上取得了巨大的成就，也可能在糖尿病的研究中得到进一步的应用。作者使用了目前代谢组学中最常用的模式识别方法和多元分析技术，对14个Ⅱ型糖尿病患者和14个正常人血清样品的1H-nmr谱进行分析处理，结果显示了可以用基于NMR的代谢组学方法准确地分辨出糖尿病患者与正常个体，找出血清1H-NMR谱中与糖尿病相关的特征峰，继而找出与糖尿病相关的代谢物，为临床诊断和治疗提供依据。

[关键词] 糖尿病；基于NMR的代谢组学；血清

1 介绍

糖尿病是一种常见的代谢性疾病，以慢性高血糖、伴随因胰岛分泌不足或作用缺乏引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱为特点。糖尿病是一组病因和发病机制尚未完全明了的临床综合征。目前发现与遗传、免疫、环境等因素密切相关。Ι型糖尿病是一种以胰岛素β细胞破坏，进而使胰岛素生成不足为特征的自身免疫性疾病。Ⅱ型糖尿病指胰岛素抵抗为主伴胰岛素分泌不足，或胰岛素分泌不足为主伴胰岛素抵抗所致的糖尿病，胰岛素抵抗有始至终贯穿糖尿病全过程[1]。目前对糖尿病仍然没有根治的方法，但如果能够早期发现，可以进行有效的控制，因此早期检测方法的探索一直是糖尿病研究中的一个热点。

基于核磁共振的代谢组学分析方法是一种分辨和识别代谢紊乱的强大的工具[2]。生物在受到病理或者其它刺激后，体内的代谢水平会发生变化，这种变化可以通过液体高分辨核磁共振的手段来观测。通过模式识别方法和多元分析技术进行分析，不仅可以将正常状态与病理状态区分开，还能找到是哪些生化指纹导致两种状态的差异，为生理、病理和药理等研究，以及临床诊断提供依据。

基于核磁共振的代谢组学技术已经被应用在人类的各种疾病和健康情况的研究当中[3]。例如它对于2型糖尿病和代谢疾病的研究有着巨大的潜力，还可以把基于1H-NMR代谢组学技术应用于诊断糖尿病肾病上，乳腺癌的早期检测上，对于HIV-1阳性、处于治疗中的AIDS病人和HIV-1阴性个体的识别上。还有文献报导了基于NMR的代谢组学在男女代谢产物的差异识别上的应用。

本文使用了目前代谢组学中最常用的模式识别方法和多元分析技术，对14个Ⅱ型糖尿病患者和14个正常人血清样品的1H-NMR谱进行分析处理，结果显示了可以用基于NMR的代谢组学方法准确地分辨出糖尿病患者与正常个体，找出血清1H-NMR谱中与糖尿病相关的特征峰，继而找出与糖尿病相关的代谢物。利用人类体液的核磁共振谱图所提供的全部小分子代谢物的丰富信息来获得各种疾病的特征谱，并利用获得的特征谱结合病理分析，最终达到临床医学应用的目的。

2 材料和方法

2.1样品收集和NMR数据采集

实验样品包括14个II型糖尿病患者和14个正常人的血液，由厦门市第一医院采集。采用静脉穿刺抽取法。正常对照样品来自健康的、年龄在30－40岁之间的14位志愿者。在NMR制谱时，取一份血清与两倍体积的磷酸盐缓冲液混合，以消除PH对化学位移的影响，配好后滴入5mm样品管。实验在VarianUnity+500MHz超导NMR谱仪上进行，用5mmHCN三共振探头，实验温度为296K，谱宽为8k，累加次数为256。

对每个样品使用了三种脉冲序列实验，分别为：NOEPR（在弛豫和混合时间加预饱和的一维NOESY[nuclear Overhauser effect spectroscopy]序列）；NOEPR后加CPMG序列消除大分子的信号；以及ES[excitation sculpting]加CPMG序列。

2.2数据处理

FID信号在傅立叶变换之前都乘以0.3Hz的指数线性展宽函数。所有谱都由同一个操作者用Mest-RC软件进行调相和基线校正。以乳酸双重峰（δ1.34）为内标参照。每张谱图取化学位移δ为4.5至0.5的区域（大部分小分子代谢物都集中在这段化学位移中），每0.04积分一段，这样，得到100个相同长度的积分段。编号100－1，分别对应δ4.5-4.96，…，0.54-0.50的100段。

3 结果和讨论

我们负载图中得到影响分类的数据段几乎是一样的。负载图所表示的是，离原点越远的数据对分类的贡献越大。以最常用的NOEPR-CPMG序列所得的负载图为例，我们可以从图1中看到，数据点79、80、81对应化学位移δ1.22-1.38，对应的特征物质是胆固醇（TD），低密度脂蛋白（VLDL）和乳酸（lactate）；数据点90、91、92对应化学位移δ0.82-0.94，对应的特征物质是胆固醇，低密度脂蛋白，缬氨酸（valine）及异亮氨酸（isoleucine）；数据点25、26、27、28对应于δ3.38-3.54，16、17、18、19、20对应δ3.70-3.90，31、32对应δ3.22-3.30，这些都是葡萄糖（glucose）峰所在的区域；数据点62对应δ2.02-2.06，特征物质为醣蛋白（glycoprotein）。

综上所述，糖尿病与胰岛素相对或绝对缺乏有关。相伴随的就是三大代谢紊乱：脂类代谢紊乱，糖类代谢紊乱，蛋白质代谢紊乱。根据国内外对糖尿病代谢的研究，证实糖尿病低密度脂蛋白显著升高，血清中葡萄糖显著升高，糖蛋白升高，这与我们得出的结论相符。其他特征物质的确定有待糖尿病相关研究进一步证实。

参考文献：

[1]桂庆亚，叶亮.2型糖尿病辨证的研究进展[J].南京中医药大学学报，2011，27（5）：498-500.

[2]王亚东，罗洪.基于核磁共振的代谢组学及其在临床应用中的研究进展[J].贵州医药，2010，（12）.

[3]崔海珍，陈家旭.亚健康肝郁证尿液代谢组学研究[J].山东中医杂志，2011，30（8）：537-539.