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表儿茶素对脂多糖诱导BALB/c小鼠急性肺损伤的非靶向代谢组学研究

李泽林, 王秋婷, 付晓萍, 谷大海, 王雪峰, 普岳红, 葛长荣, 范江平

李泽林, 王秋婷, 付晓萍, 等. 表儿茶素对脂多糖诱导BALB/c小鼠急性肺损伤的非靶向代谢组学研究[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2020, 35(5): 852-861. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201909031
引用本文: 李泽林, 王秋婷, 付晓萍, 等. 表儿茶素对脂多糖诱导BALB/c小鼠急性肺损伤的非靶向代谢组学研究[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2020, 35(5): 852-861. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201909031
Zelin LI, Qiuting WANG, Xiaoping FU, et al. Non-targeted Metabonomics Study of Epicatechin on Acute Lung Injury Induced by Lipopolysaccharide in BALB/c Mice[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2020, 35(5): 852-861. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201909031
Citation: Zelin LI, Qiuting WANG, Xiaoping FU, et al. Non-targeted Metabonomics Study of Epicatechin on Acute Lung Injury Induced by Lipopolysaccharide in BALB/c Mice[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2020, 35(5): 852-861. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201909031

表儿茶素对脂多糖诱导BALB/c小鼠急性肺损伤的非靶向代谢组学研究

基金项目: 国家自然科学基金项目(31560457);云南农业大学发展基金(KX900002)
详细信息
    作者简介:

    李泽林(1995—),男,云南临沧人,在读硕士研究生,主要从事食品科学研究。E-mail:1054994094@qq.com

    通信作者:

    范江平(1972—),男,湖南汝城人,博士,教授,主要从事食品科学与功能性食品研究。E-mail:1993033@ynau.edu.cn

摘要:
目的研究表儿茶素(EC)对小鼠急性肺损伤(ALI)炎症反应的调节作用。
方法采用吸入式气管滴注法在BALB/c小鼠中建立ALI模型,H8LE染色观察肺组织病理学变化,并结合基于超高效液相色谱与四极杆—飞行时间质谱联用技术(HILIC UHPLC-Q-TOF MS)的非靶向代谢组学方法对小鼠肺组织进行研究。
结果对比空白对照组,LPS处理后的小鼠肺组织发生严重的炎症变化,而EC预处理组炎症现象比LPS组轻。经肺组织代谢轮廓分析发现:二十羟基花生四烯酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、ATP、磷酸胆碱、二十碳四烯酸、磷酸、烯醇和二磷酸葡萄糖等差异物与小鼠急性肺损伤内源性代谢密切相关,且涉及甘油酯代谢、糖酵解、甘油磷脂代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、抗坏血酸代谢和胆碱代谢等6条代谢路径。
结论运用代谢组学方法探讨了EC干预小鼠ALI的差异代谢物变化情况,为表儿茶素抗炎特性的研究提供了理论依据。

 

Non-targeted Metabonomics Study of Epicatechin on Acute Lung Injury Induced by Lipopolysaccharide in BALB/c Mice

Abstract:
PurposeTo study the regulatory effect of epicatechin (EC) on the inflammation of acute lung injury (ALI) in mice.
MethodA suction-type tracheal instillation method was used to establish ALI model in BALB/c mice. The histopathological changes were observed, based on the non-target metabonomics methods by ultra-high performance liquid chromatography coupled with quadrupole-time-of-flight mass spectrometry (HILIC UHPLC-Q-TOF MS) were studied on lung tissue.
ResultCompared with the control group, significant inflammatory changes were observed in lung tissue of mice treated with lipopolysaccharide (LPS), however, it was slight in pretreatment EC group. Metabolic profile analysis of lung tissue demonstrated that 20-hydroxy arachidonic acid, tryptophan, phenylalanine, tyrosine, ATP, choline, 20-tetradecenoic acid, phosphoric acid, enol, and glucose diphosphate were closely related to endogenous metabolism in ALI of mice. They might involve six metabolic pathways such as glyceride metabolism, glycolysis, phospholipid metabolism, phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis, ascorbic acid and metabolism, and choline metabolism.
ConclusionThe study investigated the mechanism of effect of epicatechin intervention on ALI by non-targeted metabonomics method, which provided a theoretical basis for anti-inflammatory property of epicatechin.

 

  • 表儿茶素(epicatechin,EC)是一种天然植物黄烷醇类化合物,分子式为C15H14O6,呈白色晶体,易溶于甲醇和水,与表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)和儿茶素没食子酸酯(CG)合称为儿茶素类化合物[1]。它在葡萄、红葡萄酒、茶、某些可可粉和巧克力等食品中的含量较高,许多研究表明:表儿茶素对人体健康有益,归因于它的抗氧化和抗炎症的作用[2-3]。表儿茶素的抗氧化活性已有大量报道,以茶叶里的表儿茶素抗氧化活性的报道见多。和抗氧化效果相比,其抗炎症效果及机理的研究仍像谜团[4],其在调节炎症中的机制尚不清楚。

    急性肺损伤(acute lung injury,ALI)是一种肺组织内部或者外部引起的一类肺部炎症反应[5]。ALI会导致毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞出现异常,最终导致患者出现呼吸衰竭等现象[6-7]。ALI的发病机制尚未被完全阐明,所以致死率较高,目前较为有效的方法是机械通气,但容易对肺组织造成二次伤害[8]。有研究表明一些天然黄酮类提取物能有效调节小鼠急性肺损伤。LAN等[9]发现红景天甙能够降低急性肺损伤小鼠TNF-α、NO和IL-6等促炎因子的含量;SHI等[10]发现芦丁、绿原酸和阿魏酸等组成的注射液能通过参与小鼠脂肪酸代谢、氨基酸代谢、嘌呤代谢和磷脂代谢等代谢通路调节小鼠急性肺损伤。表儿茶素作为黄酮类化合物之一,具有抗炎症的效果,但其在干预脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的小鼠急性肺损伤炎症的研究鲜有报道,通过非靶向代谢组学方法检测其肺组织内代谢物变化的研究也很少。非靶向代谢组织学(untargeted metabonomics)是尽可能多地定性和相对定量生物体系中的代谢物,最大程度反映总的代谢物信息[11-12]。针对生物样本中小分子代谢物种类多、极性跨度大和浓度动态范围大的特点,色谱—质谱联用技术已成为代谢组学研究最重要的工具[13]

    本研究采用吸入式气管滴注法[14]建立小鼠急性肺损伤模型,H8LE染色观察其病理组织变化,然后基于超高效液相色谱与四极杆—飞行时间质谱联用技术 (HILIC UHPLC-Q-TOF MS)的非靶向代谢组学分析探讨表儿茶素对急性肺损伤小鼠模型中的肺组织内源代谢物的变化,以分析表儿茶素调节小鼠急性肺损伤的作用机制,为今后表儿茶素的抗炎症研究及应用提供理论依据。

    SPF级BALB/c雄性小鼠36只(20~30 g/只)于2018年10月23日购于昆明医科大学,许可证编号SCXK (滇) k2015—0002。自由进食和饮水,调节室温(23±1)℃、湿度(50±5)%,12 h光照和12 h黑暗环境,适应性饲养7 d后进行试验,过程严格按照《关于善待实验动物的指导性意见》相关规定执行。BALB/c小鼠随机分为空白对照(CK)组、脂多糖(LPS) (北京索莱宝科技有限公司,中国)模型组和表儿茶素(EC) (纯度≥98%,北京索莱宝科技有限公司,中国)预处理组,每组12只。试验开始前4 h禁食和禁水,EC预处理组以每只40 mg/kg的剂量对小鼠进行腹腔注射EC,以相同剂量给LPS模型组和CK组腹腔注射生理盐水,1 h后给LPS组和EC预处理组采用吸入式气管滴注法滴注LPS[10 mg/(mL·只)]。4 h后用乙醚迷晕小鼠,立即颈椎脱臼处死小鼠,每组随机取6只小鼠,用固定液将其肺组织下叶固定24 h,剩余组织与另外6只小鼠的肺组织立即冻于液氮中,随后转至−80 ℃冰箱待用。

    将固定24 h的肺组织脱水,然后进行石蜡包埋、切片、苏木精伊红(H8LE)染色和封片;正置光学显微镜(Nikon Eclipse E100,日本)观察小鼠肺下叶的组织病理形态。

    取每组6只完整的肺组织样品,每只称 60 mg,加200 μL 水匀浆,涡旋震荡60 s,然后加入 800 μL乙腈(Merck,1499230—935,德国)和甲醇溶液(1∶1,V/V)混匀,低温超声2次,每次30 min,−20 ℃下静置1 h沉淀蛋白,低温高速离心机 (Eppendorf 5430R,德国) 4 ℃离心(14 000×g,20 min),取上清液后,真空冷冻干燥,−80 ℃冰箱储存待用。加100 μL乙腈水溶液(1∶1,V/V)复溶,4 ℃离心(14 000×g,15 min),取上清液进行质谱分析。

    用超高压液相色谱仪(Agilent 1290 Infinity LC,美国)进行样品色谱分离,色谱柱(Waters,ACQUITY UPLC BEH Amide 1.7 µm,2.1 mm×100 mm column,美国)柱温:25 ℃,进样量:2 μL,流速:0.3 mL/min;流动相A:水+25 mmol/L乙酸铵(Sigma,70221,美国) +25 mmol/L氨水;流动相B:纯乙腈。样品经UHPLC分离后采用Triple TOF 5600+质谱仪(AB SCIEX,美国)进行电喷雾电离(ESI)正、负离子两种模式质谱分析,电喷雾电离条件:离子源气体1∶60,离子源气体2∶60,温度:600 ℃,正、负两种模式下电压为±5500 V;质量扫描范围为m/z:60~1000 Da,一级扫描范围为25~1000 Da,扫描时间0.2 s;采用高灵敏度模式进行二级质谱,正、负两种模式下去簇电压为±60 V,高碰撞能为(35±15) eV。

    采用XCMS程序进行峰面积提取、峰对齐和保留时间校正,去除组别总和大于2/3的离子峰;然后对QC样品进行Pearson相关性分析和多变量控制(MCC),并对总体样本进行Hotellings T2分析。用SIMCA-P 14.1模式识别,然后进行多维统计分析[无监督主成分分析(PCA)分析、有监督偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)]和单维统计分析(t检验和变异倍数分析)。

    运用KEGG数据库(http://www.genome.jp/kegg/pathway.html)鉴定差异代谢物结构和化学式,再通过Fisher精确检验(Fisher’s Exact Test)分析和计算各通路代谢物富集度的显著性水平(P<0.05),确定信号转导途径。

    图1可知:空白对照组小鼠肺泡充盈结构正常,肺泡壁薄、间隔无肿胀,气管紧致无渗出物,无炎症改变;LPS组肺组织结构遭到破坏,肺泡壁变薄,肺泡融合、塌陷形成肺大泡,气管内有大量红细胞及渗出物,并且伴有炎性细胞浸润,表现出炎症症状;EC预处理组(EC+LPS)与LPS组相比,肺泡结构明显更正常,炎性细胞侵入少,气管内出血和渗出现象更少或不明显,肺泡内部干净透亮,但是肺泡间质变宽肿胀,总体上看肺部炎症现象比LPS组更轻。

    图  1  BALB/c小鼠肺组织病理变化
    注:CK. 空白对照组;LPS. 脂多糖诱导模型组;EC+LPS. 表儿茶素预处理+LPS诱导组;下同。
    Figure  1.  Pathological change in BALB/c mice lung tissue
    Note: CK. blank control group; LPS. LPS induced model group; EC+LPS. EC pretreatment+LPS induced groud; the same as below.

    对质控(QC)小鼠肺组织样本进行色普检测分析,得到其色谱图(图2)。正、负离子模式下,QC样本中各色谱峰的响应强度和保留时间基本重叠,说明试验过程中由仪器误差引起的变异较小。

    图  2  正离子模式(ESI+)和负离子模式(ESI)下QC样本代谢组学总离子流色谱图(TIC)分析
    Figure  2.  Total ion current chromatogram (TIC) for the metabonomic analysis in QC samples in positive ion mode (ESI+) and negative ion mode (ESI)

    在确定试验QC样本后,分别对LPS组和EC+LPS组样品进行色谱检测分析(图3)。结果显示:不同试验组峰型和峰数量存在一定的差异,证明各组小鼠体内代谢受到明显干扰。

    图  3  LPS组和EC+LPS组BALB/c 小鼠肺组织样品代谢组学离子流色谱图(TIC)分析
    Figure  3.  Sample ion current chromatogram for the metabonomic analysis in BALB/c mice tissue among LPS and EC+LPS group

    对QC样品进行Pearson相关性分析,相关系数均大于0.9,样品的相关性好;多变量控制MCC中QC样本都控制在正、负3个标准差范围内波动,仪器波动较小(图4)。

    图  4  BALB/c小鼠肺组织QC样本Pearson相关性分析和MCC分析
    Figure  4.  Pearson correlation analysis and MCC in BALB/c mice tissue among QC samples

    正、负例子模式下代谢物的离子峰数目分别为7193和6364,经7次循环交互验证得到的正、负离子模式下PCA得分图,且QC样本聚集在一起(图5)。总体样本经Hotellings T2分析显示:全部在99%置信区间内,没有离群样本存在(图6)。总样本经PLS-DA分析显示:在正负离子模式下,LPS组与EC+LPS组分离良好,却又各成一簇,证明PLS-DA模型稳定可靠(图7)。

    图  5  正、负离子模式下QC样本、LPS组和EC+LPS组肺组织代谢组学分析主成分得分图
    Figure  5.  PCA score plots of issue metabolic profiling among QC, LPS, EC+LPS groups in ESI+ and in ESI
    图  6  正、负离子模式下QC样本、LPS组和EC+LPS组肺组织Hotellings T2分析
    Figure  6.  Hotellings T2 analysis of lung issue metabolic profiling among QC, LPS, EC+LPS groups in ESI+ and in ESI
    图  7  正、负离子模式下LPS组和EC+LPS组肺组织代谢组学分析PLS-DA得分图
    Figure  7.  PLS-DA score plots of issue metabolic profiling among LPS, EC+LPS groups in ESI+ and in ESI

    以变量权重值大于1为筛选标准,筛选出差异代谢物。在正、负离子模式下分别筛选出19种和7种差异代谢物。正离子模式显著差异代谢物为5′-三磷酸腺苷(ATP)、DL-2磷酸、磷酸烯醇、1-肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱、吲哚和5-甲基胞苷6种,负离子模式显著差异代谢物为甘油3-磷酸、L-古洛糖酸-γ-内酯和尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-D-葡萄糖) 3种 (表1)。其中,5′-三磷酸腺苷(ATP)、20-羟基花生四烯和20-羟-20-烷四烯酸等差异代谢物在LPS组中下调,但在EC+LPS处理组均上调。在差异代谢物分析中,LPS组与EC+LPS组通过聚类各自出现在同一簇中,热图分析结果表明:各差异代谢物有良好的分类结果(图8)。

    表  1  正、负离子模式下肺组织潜在生物标志物
    Table  1.  Potential biomarkers of lung tissue metabolite profiles in ESI+ and ESI-
    编号No.带电荷状态
    adduct
    代谢物
    metabolites
    质荷比
    m/z
    保留时间/s
    retention time
    变异倍数
    fold change
    P
    P value
    变化趋势 trend
    LPSLPS+EC
    1 (M+H)+ 5′-三磷酸腺苷(ATP)
    adenosine 5'-triphosphate (ATP)
    508.0031 930.389 1.7971 0.0057
    2 (M+H)+ DL-2磷酸
    DL-2-phosphoglycerate
    186.9995 900.482 1.7735 0.0116
    3 (M+H)+ 磷酸烯醇
    phosphoenolpyruvate
    168.9887 888.762 1.8563 0.0251
    4 (M+Na)+ 1-肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱
    1-myristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine
    490.2915 361.315 0.6741 0.0257
    5 (M+NH4)+ 吲哚
    indole
    135.0908 363.734 1.2541 0.0320
    6 (M+H)+ 5-甲基胞苷
    5-methylcytidine
    258.1081 426.160 1.4446 0.0339
    7 (M+NH4)+ 20-羟基花生四烯酸
    20-hydroxyarachidonic acid
    338.2695 88.574 1.4956 0.0534
    8 (M+CH3COO+2H)+ 丁二酮
    diacetyl
    147.0640 435.567 1.8464 0.0538
    9 (M+H)+ 三甲胺 N-氧化物
    trimethylamine N-oxide
    76.0749 624.539 1.8663 0.0650
    10 (M+NH4)+ (5Z,8Z,10E,14Z)-12-氧代-5,8,10,14-
    二十碳四烯酸 12-oxo-ETE
    336.2536 87.351 1.5677 0.0682
    11 (M+H−H2)+ 6-磷酸-D-葡萄糖酸
    6-phospho-D-gluconate
    259.0209 803.229 0.7053 0.0707
    12 M+ D-甘露醇
    D-mannitol
    182.0806 435.392 1.3012 0.0810
    13 (M+H−H2)+ N-乙酰基-D-葡糖胺
    N-acetyl-D-glucosamine
    204.0859 488.187 0.6654 0.0838
    14 (M+H)+ 2 (1H)-吡啶酮
    2 (1H)-pyridinone
    96.0427 119.739 0.6782 0.0843
    15 (M+H)+ 腺嘌呤
    adenine
    136.0606 295.901 0.6339 0.0867
    16 (M+H)+ 3-脲基丙酸酯(3-UPA)
    3-ureidopropionate
    133.0596 611.140 0.7287 0.0888
    17 (M+H)+ 孕烯醇酮
    pregnenolone
    317.2476 61.696 2.0667 0.0898
    18 (M+Na)+ 二羟丙酮磷酸盐
    dihydroxyacetone phosphate
    192.9865 835.765 1.3544 0.0950
    19 M+ 甘油磷酸胆碱
    glycerophosphocholine
    258.1101 735.409 0.7928 0.0978
    20 (M−H) 甘油-3-磷酸
    glycerol-3-phosphate
    171.0069 833.326 0.6684 0.0087
    21 (M−H) L-古洛糖酸-γ-内酯
    L-gulonic-gamma-lactone
    177.0405 89.642 0.6411 0.0387
    22 (M−H) 尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-D-葡萄糖)
    uridine diphosphate glucose (UDP-D-glucose)
    565.0476 863.444 0.6304 0.0404
    23 (M−H) 顺式-9-棕榈油酸
    cis-9-palmitoleic acid
    253.2176 82.388 1.4680 0.0519
    24 (M−H2O−H) 二羟基丙酮
    dihydroxyacetone
    71.0134 363.025 0.5628 0.0594
    25 (2M−H) 20-羟-20-烷四烯酸
    20-HETE
    639.4627 88.298 1.7733 0.0639
    26 (M−H) 2-羟基-3-甲基丁酸
    2-hydroxy-3-methylbutyric acid
    117.0554 290.139 0.4027 0.0656
    注:*“↑”和“↓”表示上调和下调。
    Note: “↑”and“↓” mean the compound is up-regulated and down-regulated.
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    图  8  正、负离子模式下两组间热图可视化差异代谢物的表达水平
    注:每行代表一种代谢物,每列代表表达水平(红色:上调;蓝色:下调)。
    Figure  8.  Heat map visualization of the differential metabolites in these two groups in ESI+ and ESI
    Note: Each row represents a metabolite and each column represents the expression level (red: up-regulated; blue: down-regulated).

    经KEGG数据库进行代谢通路进行分析,Fisher精确检验分析计算后得到代谢物富集具有显著性差异的通路(图9)。鉴定出的代谢差异物的路径主要涉及甘油酯代谢、糖酵解、甘油磷脂代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、抗坏血酸代谢和胆碱代谢等,这些代谢通路各有不同,却又直接或间接相互关联(图10)。

    图  9  KEGG通路富集结果
    Figure  9.  KEGG pathway enrichment results
    图  10  LPS组和EC+LPS组差异代谢物相关通路图(红色:上调,蓝色:下调)
    Figure  10.  The metabolic pathway networks related to the different metabolites between LPS-induced ALI and LPS+EC groups (red in the networks are up-regulated and the blue ones are down-regulated)

    本研究以吸入式气管滴注法给BALB/c小鼠滴注LPS,以建立急性肺损伤(ALI)模型,小鼠肺组织病理学观察结果显示:相比于空白对照组,LPS处理后的小鼠肺组织发生了严重的炎症改变,而表儿茶素(EC)预处理组小鼠肺组织内的炎症变化得到一定程度的抑制,证明这种黄酮类物质EC能通过调节小鼠肺组织病理变化来改善炎症反应。

    近几年来,基于高通量数据研究平台的研究方法被广泛运用于炎症反应的研究,特别是非靶向代谢组学方法在炎性肺损伤的研究运用越来越多,且这类研究为炎性肺损伤诊断和治疗提供了重要的理论依据[15-16]。因此,本研究基于HILIC UHPLC-Q-TOF MS非靶向代谢组学,结合单变量和多变量数据分析方法[17],对LPS组和EC预处理组小鼠肺组织进行检测分析,从小鼠机体内源性代谢物层面[18-19]探究EC对ALI小鼠的作用机制。经研究发现:在正离子模式下筛选出19种差异代谢物,在负离子模式下筛选出7种差异代谢物,他们可能是潜在的代谢标志物,主要涉及二十羟基花生四烯酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、ATP、磷酸胆碱、二十碳四烯酸、磷酸、烯醇和二磷酸葡萄糖等。这些潜在的代谢标志物与炎症代谢路径直接或间接关联,所以共同构成了EC调节BALB/c小鼠ALI的代谢网络[20-21]

    有相关的研究报道:内毒素导致的ALI小鼠机体会经历高动力和高代谢的过程,ATP作为对机体提供能量的单位,是参与这一过程的主要物质,LPS刺激后其含量降低,表明小鼠机体为了维持能量稳态而触发补偿机制[22-25]。EC预处理组小鼠体内ATP水平升高,从而判定EC可以调节急性肺损伤导致的高代谢状态来维持能量输出的稳定。

    花生四烯酸(全顺式-5,8,11,14-二十碳四烯酸)是生物机体内广泛存在的一种ω-6多不饱和脂肪酸[26-27],它参与多种炎症疾病的病理生理过程,被普遍认为是体内重要的内源性介质之一[28]。20-羟基花生四烯酸是花生四烯酸的一类代谢产物,而20羟-20烷四烯酸又是20-羟基花生四烯酸的代谢产物[29],LPS组中小鼠的20-羟基花生四烯酸和20羟-20烷四烯酸代谢水平均有下调,而EC预处理组这2个物质的代谢水平显著升高,表明EC对小鼠花生四烯酸代谢的次级代谢产物具有调控作用。

    被筛选出的差异代谢物中,多数代谢物参与调控多条代谢通路,且在各个通路中起到不同的作用,利用通路富集分析可选择出有统计学意义的代谢通路[30]。本研究筛选出的显著差异代谢物DL-2磷酸、磷酸烯醇和吲哚主要参与糖酵解/糖异生、磷酸戊糖代谢通路、丝氨酸、甘氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸代谢、蛋白质的消化与吸收以及癌症中心碳代谢等代谢通路的调控,经LPS诱导后这些代谢物在所参与的代谢通路中均呈现下调水平,而EC预处理组均呈现上调趋势。甘油3-磷酸、L-古洛糖酸-γ-内酯和尿苷二磷酸葡萄糖主要参与抗坏血酸代谢、半乳糖代谢、嘧啶代谢、甘油酯、甘油磷脂代谢、淀粉和蔗糖代谢、癌症中的胆碱代谢等代谢通路的调控,经LPS诱导后这些代谢物在所参与的代谢通路中均有上调,而EC预处理组均呈现下调趋势。这些差异代谢物所涉及的糖类、氨基酸类、胆碱类和脂类等代谢都与炎症的调节有直接或间接的关联,所以EC很可能是通过调节这几类物质的代谢来调节LPS诱导的ALI。因此,下一步将继续研究EC对ALI小鼠作用的代谢组学特征,通过高、中、低剂量的EC干预来分析小鼠内源代谢物的变化,并且扩大代谢物的检测范围,进一步探究其在代谢通路中对小鼠炎性ALI的作用机制。

  • 图  1   BALB/c小鼠肺组织病理变化

    注:CK. 空白对照组;LPS. 脂多糖诱导模型组;EC+LPS. 表儿茶素预处理+LPS诱导组;下同。

    Figure  1.   Pathological change in BALB/c mice lung tissue

    Note: CK. blank control group; LPS. LPS induced model group; EC+LPS. EC pretreatment+LPS induced groud; the same as below.

    图  2   正离子模式(ESI+)和负离子模式(ESI)下QC样本代谢组学总离子流色谱图(TIC)分析

    Figure  2.   Total ion current chromatogram (TIC) for the metabonomic analysis in QC samples in positive ion mode (ESI+) and negative ion mode (ESI)

    图  3   LPS组和EC+LPS组BALB/c 小鼠肺组织样品代谢组学离子流色谱图(TIC)分析

    Figure  3.   Sample ion current chromatogram for the metabonomic analysis in BALB/c mice tissue among LPS and EC+LPS group

    图  4   BALB/c小鼠肺组织QC样本Pearson相关性分析和MCC分析

    Figure  4.   Pearson correlation analysis and MCC in BALB/c mice tissue among QC samples

    图  5   正、负离子模式下QC样本、LPS组和EC+LPS组肺组织代谢组学分析主成分得分图

    Figure  5.   PCA score plots of issue metabolic profiling among QC, LPS, EC+LPS groups in ESI+ and in ESI

    图  6   正、负离子模式下QC样本、LPS组和EC+LPS组肺组织Hotellings T2分析

    Figure  6.   Hotellings T2 analysis of lung issue metabolic profiling among QC, LPS, EC+LPS groups in ESI+ and in ESI

    图  7   正、负离子模式下LPS组和EC+LPS组肺组织代谢组学分析PLS-DA得分图

    Figure  7.   PLS-DA score plots of issue metabolic profiling among LPS, EC+LPS groups in ESI+ and in ESI

    图  8   正、负离子模式下两组间热图可视化差异代谢物的表达水平

    注:每行代表一种代谢物,每列代表表达水平(红色:上调;蓝色:下调)。

    Figure  8.   Heat map visualization of the differential metabolites in these two groups in ESI+ and ESI

    Note: Each row represents a metabolite and each column represents the expression level (red: up-regulated; blue: down-regulated).

    图  9   KEGG通路富集结果

    Figure  9.   KEGG pathway enrichment results

    图  10   LPS组和EC+LPS组差异代谢物相关通路图(红色:上调,蓝色:下调)

    Figure  10.   The metabolic pathway networks related to the different metabolites between LPS-induced ALI and LPS+EC groups (red in the networks are up-regulated and the blue ones are down-regulated)

    表  1   正、负离子模式下肺组织潜在生物标志物

    Table  1   Potential biomarkers of lung tissue metabolite profiles in ESI+ and ESI-

    编号No.带电荷状态
    adduct
    代谢物
    metabolites
    质荷比
    m/z
    保留时间/s
    retention time
    变异倍数
    fold change
    P
    P value
    变化趋势 trend
    LPSLPS+EC
    1 (M+H)+ 5′-三磷酸腺苷(ATP)
    adenosine 5'-triphosphate (ATP)
    508.0031 930.389 1.7971 0.0057
    2 (M+H)+ DL-2磷酸
    DL-2-phosphoglycerate
    186.9995 900.482 1.7735 0.0116
    3 (M+H)+ 磷酸烯醇
    phosphoenolpyruvate
    168.9887 888.762 1.8563 0.0251
    4 (M+Na)+ 1-肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱
    1-myristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine
    490.2915 361.315 0.6741 0.0257
    5 (M+NH4)+ 吲哚
    indole
    135.0908 363.734 1.2541 0.0320
    6 (M+H)+ 5-甲基胞苷
    5-methylcytidine
    258.1081 426.160 1.4446 0.0339
    7 (M+NH4)+ 20-羟基花生四烯酸
    20-hydroxyarachidonic acid
    338.2695 88.574 1.4956 0.0534
    8 (M+CH3COO+2H)+ 丁二酮
    diacetyl
    147.0640 435.567 1.8464 0.0538
    9 (M+H)+ 三甲胺 N-氧化物
    trimethylamine N-oxide
    76.0749 624.539 1.8663 0.0650
    10 (M+NH4)+ (5Z,8Z,10E,14Z)-12-氧代-5,8,10,14-
    二十碳四烯酸 12-oxo-ETE
    336.2536 87.351 1.5677 0.0682
    11 (M+H−H2)+ 6-磷酸-D-葡萄糖酸
    6-phospho-D-gluconate
    259.0209 803.229 0.7053 0.0707
    12 M+ D-甘露醇
    D-mannitol
    182.0806 435.392 1.3012 0.0810
    13 (M+H−H2)+ N-乙酰基-D-葡糖胺
    N-acetyl-D-glucosamine
    204.0859 488.187 0.6654 0.0838
    14 (M+H)+ 2 (1H)-吡啶酮
    2 (1H)-pyridinone
    96.0427 119.739 0.6782 0.0843
    15 (M+H)+ 腺嘌呤
    adenine
    136.0606 295.901 0.6339 0.0867
    16 (M+H)+ 3-脲基丙酸酯(3-UPA)
    3-ureidopropionate
    133.0596 611.140 0.7287 0.0888
    17 (M+H)+ 孕烯醇酮
    pregnenolone
    317.2476 61.696 2.0667 0.0898
    18 (M+Na)+ 二羟丙酮磷酸盐
    dihydroxyacetone phosphate
    192.9865 835.765 1.3544 0.0950
    19 M+ 甘油磷酸胆碱
    glycerophosphocholine
    258.1101 735.409 0.7928 0.0978
    20 (M−H) 甘油-3-磷酸
    glycerol-3-phosphate
    171.0069 833.326 0.6684 0.0087
    21 (M−H) L-古洛糖酸-γ-内酯
    L-gulonic-gamma-lactone
    177.0405 89.642 0.6411 0.0387
    22 (M−H) 尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-D-葡萄糖)
    uridine diphosphate glucose (UDP-D-glucose)
    565.0476 863.444 0.6304 0.0404
    23 (M−H) 顺式-9-棕榈油酸
    cis-9-palmitoleic acid
    253.2176 82.388 1.4680 0.0519
    24 (M−H2O−H) 二羟基丙酮
    dihydroxyacetone
    71.0134 363.025 0.5628 0.0594
    25 (2M−H) 20-羟-20-烷四烯酸
    20-HETE
    639.4627 88.298 1.7733 0.0639
    26 (M−H) 2-羟基-3-甲基丁酸
    2-hydroxy-3-methylbutyric acid
    117.0554 290.139 0.4027 0.0656
    注:*“↑”和“↓”表示上调和下调。
    Note: “↑”and“↓” mean the compound is up-regulated and down-regulated.
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出版历程
  • 通信作者:  范江平 1993033@ynau.edu.cn
  • 收稿日期:  2019-09-24
  • 修回日期:  2020-04-23
  • 网络首发日期:  2020-09-29

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