慢性乙肝与重症乙肝患者血清代谢组比较
时间：2021-03-15 16:06:00 来源：星星阅读网 本文已影响 人 
[摘要] 目的:应用基于核磁共振氢谱(nuclear magnetic resonance 1H,1H-NMR)的代谢组学方法比较慢性乙肝和重症乙肝患者血清代谢组。方法:对慢性乙肝患者血清(20例)和重症乙肝患者血清(11例)进行核磁共振氢谱检测,应用主成分分析方法找出慢性乙肝和重症乙肝患者血清代谢组差异。结果:与慢性乙肝患者血清代谢组比较,重肝患者血清中蛋氨酸、乙酰乙酸盐、三甲胺、葡萄糖和乳酸升高,而胆碱和脂的含量降低。结论:慢性乙肝和重症乙肝患者血清代谢组具有明显差异,基于核磁共振氢谱和主成分分析的代谢组学方法可以为重症乙肝的诊断提供代谢依据。
[关键词] 重症乙肝;代谢;核磁共振氢谱;主成分分析
[中图分类号] R373.2[文献标识码]A [文章编号]1673-7210(2010)06(c)-027-03
Metabonomic studies of serum obtained from chronic HBV and severe hepatitis B patients
YANG Yongxia1, CHEN Ali2, LIANG Minfeng3, QIU Cuihuan1, ZHANG Lei1
(1.Department of Physics and Electronic Teaching, Basic School of Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China; 2.Central Lab of Zhongshan College of Guangdong Pharmaceutical University, Zhongshan 528458, China; 3.Department of Infectious Diseases, Nanfang Hospital, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China)
[Abstract] Objective: To compare the metabolites of serum from chronic and severe HBV patients by using nuclear magnetic resonance 1H (1H-NMR) spectroscopy. Methods: 1H-NMR spectra were measured for serum samples from 20 chronic HBV patients and 11 severe HBV patients, and the spectra data were analyzed by principal component analysis (PCA) to reveal the metabonomic changes. Results: Obvious metabonomic differences existed between chronic HBV patients and severe HBV patients which were highlighted by the increased levels in methionine, acetoacetate, TMA, glucose and lactate together with the decreased levels of choline and lipids in severe HBV patients. Conclusion: The metabonomes of serum from severe HBV patients differ markedly from those of the chronic HBV patients, which indicates that serum 1H-NMR sepctroscopy in conjunction with PCA offers an efficient tool for understanding the biochemistry of severe hepatitis B.
[Key words] Severe hepatitis B; Metabonomics; Nuclear magnetic resonance; Principal component analysis
乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)感染在全球廣泛分布,慢性乙肝是导致肝硬化、肝功能衰竭和原发性肝癌的主要因素。慢性乙肝急性肝功能衰竭称为重症乙型肝炎,它是多种致病因素作用下肝脏发生大块或亚大块坏死所致肝功能衰竭的一种综合征[1]。重症乙肝是一类病死率甚高、严重威胁人们健康的肝脏疾病,对其早期、准确地诊断和治疗尤为重要[2]。基于核磁共振氢谱的代谢组学方法已经被广泛地用来研究乙肝[3]、肾病[4]以及恶性肿瘤[5-6]等疾病。本文应用核磁共振1H谱(1H-NMR)比较慢性乙肝与重症乙肝患者血清代谢组差异,找出重症乙肝患者血清标志性代谢物,为重症乙肝的诊断提供代谢依据。
1 材料与方法
1.1 样品收集
于南方医科大学南方医院感染内科收集临床慢性乙肝患者血清样本20例和重症乙肝患者血清样本11例,置-80℃超低温冰箱贮存。
1.2 样品处理
取400 μl血清加至5 mm NMR测试管中,后加入100 μl 0.2 mol/L磷酸缓冲溶液(pH=7.4)和50 μl重水,振荡混匀。
1.3 NMR实验
利用BRUKER 500 MHz超导核磁共振波谱仪对每一个样品采集Carr-Purcell-Meiboom-Gill[CPMG,relaxation delay-90-(τ-180-τ)n-acquisition]氢谱,回波时间为100 ms,延迟时间为4 s,64k数据点,采集次数为128。化学位移定标为乳酸甲基双重峰δ 1.33。
1.4 数据预处理
对所有1H-CPMG谱进行自动积分(TOPSPIN 2.0),积分区间δ 0.5～9.0,积分间隔Δδ=0.02。为了消除压水后残余水峰的影响,δ 4.6～5.2的积分值设为0。主成分分析前对每一个谱的积分值进行归一化处理,后将归一化值导入软件Simca-P 10.0(Umetrics,Sweden)中进行主成分分析。
2 结果
2.1 慢性乙肝与重症乙肝患者血清1H-NMR谱比较
应用CPMG脉冲序列见图1,图1中可明显观察到缬氨酸、乳酸、丙氨酸、蛋氨酸、乙酰乙酸盐、肌酸、胆碱、三甲胺和葡萄糖等信号峰。比较慢性乙肝与重症乙肝患者血清1H-CPMG谱可以发现,蛋氨酸、乙酰乙酸盐、三甲胺、葡萄糖和乳酸的含量在重症乙肝患者血清中明显升高。
图1慢性乙肝(A)和重症乙肝患者(B)血清1H-CPMG谱
Fig.1Representative 1H-CPMG spectra of serum from chronic HBV patients (A) and severe HBV patients (B)
2.2 PCA分析
主成分分析是一种在保持数据信息损失最少的原则下,对高维变量空间进行降维处理的线性映射方法,由于PCA操作的简便和变量的可解释性,已经成为代谢组学研究的常用方法。图2给出对慢性乙肝和重症乙肝患者血清1H-CPMG谱的主成分分析结果(PC1 vs PC2,R2=72.4%),分析结果以得分图(score plot)和负载图(loading plot)给出。通过图2A可以看到,慢性乙肝和重症乙肝患者血清样本在PC1维可以完全区分开,且对每组样本的PC1值进行统计分析表明,这两类样本在PC1维差异有高度统计学意义(P<0.01)。图2B给出了两类样本中主要的代谢物变化,可以看到重症乙肝患者血清中蛋氨酸、乙酰乙酸盐、三甲胺、葡萄糖和乳酸的含量升高,而胆碱和脂类物质降低。
3 讨论
重症乙肝病情复杂危重,治疗困难,预后不良,死亡率高,因此,寻找早期、特异性诊断指标对重症乙肝的早期诊断和治疗以及提高预后生存率至关重要[1]。对比慢性乙肝患者血清代谢组,重症乙肝患者血清中蛋氨酸、乙酰乙酸盐、三甲胺、葡萄糖和乳酸的含量升高,而胆碱和脂类物质降低。
在无氧条件下,葡萄糖会经过糖酵解过程转变成乳酸,研究发现,慢性乙肝患者的糖代谢发生紊乱,出现不同程度的血糖升高[4]。对比慢性乙肝患者,葡萄糖含量在重症乙肝患者血清中进一步升高,这可能与糖代谢过程的改变有关。重症乙肝因肝功能衰竭导致肝物质代谢和能量代谢异常,引起很多代谢过程改变;而在某些疾病如肝癌[7]的研究中发现葡萄糖降低,这可能是由于癌细胞需能增加,促进了糖酵解过程。
血清胆碱酯酶活力是反映肝细胞损害的灵敏指标,并常作为临床辅助重症肝炎诊断和预后评价指标[8]。胆碱酯酶能够催化乙酰胆碱水解生成胆碱和乙酸,胆碱酯酶可以反映肝脏的蛋白合成功能。重症肝炎中肝脏功能受损,肝细胞合成功能降低,蛋白合成减弱,减少的胆碱酯酶引起血清中胆碱降低;而通过基于核磁共振的代谢组学方法发现血清中胆碱降低,这与重症肝炎血清胆碱酯酶降低的研究结果一致[1,8]。因此,胆碱降低可以作为重症乙肝的标志性代谢物之一。
血氨监测是重症乙肝诊断的重要指标之一[9]。氨的物质代谢主要集中在肝脏,当肝脏严重病变时会引起体内氨降解功能降低,合成尿素能力减退,血氨升高[10]。本文中通过主成分分析发现重症乙肝患者血清中三甲胺含量明顯升高,表明肝的氨降解功能降低,肝脏出现不同程度的氨积聚。
总之,基于核磁共振和模式识别的代谢组学方法能够给出慢性乙肝和重症乙肝患者血清代谢差异,为重症乙肝的诊断提供可靠的分子水平上的代谢证据。
[参考文献]
[1]费德红,颜永乾.重症肝炎患者血清4项生化指标下降的临床分析[J].检验医学与临床,2009,6(1):32-33.
[2]王宇明,顾长海.重症肝炎的概念和诊断——历史变迁、现状和展望[J].中华肝脏病杂志,2000,8(1):5-8.
[3]杨永霞,杨生义,梁敏锋,等.基于磁共振波谱的乙肝患者血清代谢组研究[J].第二军医大学学报,2010,31(3):288-291.
[4]高岗,杨根金,娄子洋.肾虚证大鼠尿液的磁共振谱代谢组学研究[J].第二军医大学学报,2009,30(5):565-568.
[5]Lehnhardt FG, Bock C, Rohn G, et al. Metabolic differences between primary and recurrent human brain tumors: a 1H NMR spectroscopic investigation [J]. NMR Biomed,2005,18(6):371-382.
[6]陶晓峰,杨根金,王晓钧,等.离体眼眶肿瘤及正常组织超高场磁共振波谱特点的比较[J].第二军医大学学报,2006,27(8):882-884.
[7]Yang Y, Li C, Nie X, et al. Metabonomic studies of human hepatocellular carcinoma using high-resolution magic-angle spinning 1H NMR spectroscopy in conjunction with multivariate data analysis [J]. J Proteome Res,2007,6(7):2605-2614.
[8]夏仁兴,邓刚,方清,等.慢性重症乙型肝炎胆碱酯酶检测的临床相关研究[J].寄生虫病与感染性疾病,2004,2(1):15-16.
[9]Hohner U, Rieder M, Muller R. Ammonia determination in hepaticencephalopathy [J]. Dentsch Med Wochenschr,1995,12(11):383.
[10]林城.100例重症肝炎患者血氨的检测与分析[J].实验与检验医学,2009,27(6):675.
(收稿日期:2010-05-11)
