基于气相色谱_质谱联用的代谢组学用于黄连治疗_型糖尿病的机理探索_王静

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基于气相色谱-质谱联用的代谢组学用于黄连治疗Ⅱ型糖尿病的机理探索

ｔｏｕｔｏｉｐｒｖｅｔｎｇｈｅｉｎｆｎｃｉｎｎｅｎｉｔｏｃｕｒｎｃｏｆｃｃｒｅｅｏｍｐｌｃｔｏｎｗｉｈｉａｉｓｔｄｉｂｔｓａｅｅｍｅｌｕｔｓｍｅｌｉｓｏｏｔ
ｅｅｔＴｈｅｗｏｋｉｌｓｒｔｓｔｔｔｅａｏｌｍｉｓｍｅｈｏｄｉｓｆｏｏｓｕｄｈｅｔｅ — ｘｔｎ．ｒｌｕｔａｅｈａｈｅｍｔｂｏｃｔｓａｕｅｕｌｔｏｌｔｔｙｔｒａｔｍｅｅｈａｉｍｒｄｉｉｎｔｍｃｎｓｏｆｔａｔｏｎａｌＣｈｉｅｓｅｉｉｎｅｍｄｃｎｅ．
Ⅱ型糖尿病是一种慢性的代谢性疾病，高血以糖为主要特点，伴随有糖、肪和蛋白质代谢紊并脂乱。 Ⅱ型糖尿病的发生是多源性的，遗传因素和是环境因素共同作用的结果，因与胰岛素抵抗和胰病岛素分泌不足有关。目前关于糖尿病的治疗有很多种方法，括合理控制饮食、量的运动、物治疗包适药等 ¨Ｉ。其中，３降糖的药物主要分为中药和西药，中药虽然降糖速度、降糖效果不及西药，中药在预防但糖尿病合并症的发生、展方面有一定的优势，发所以，于中药治疗糖尿病的机制日益被关注和重关
第１期
王
静，：等基于气相色谱一质谱联用的代谢组学用于黄连治疗 Ⅱ型糖尿病的机理探索

基于GC-MS代谢组学分析MK-801诱导精神分裂症大鼠血浆代谢特征

基于GC-MS 代谢组学分析MK-801诱导精神分裂症大鼠血浆代谢特征黄云霞黄雪霞文静［摘要］　目的　基于代谢组学方法探索MK-801诱导精神分裂症大鼠的特征性生物标志物及代谢途径，为精神分裂症病理提供新见解。

方法　于2020年8月选用20只4周龄雄性SD 大鼠，随机数字表法将大鼠分为对照组（腹腔注射生理盐水）和试验组（腹腔注射MK-801），每组各10只，2周后，依次进行旷场实验、高架十字迷宫实验和Y 迷宫实验评价大鼠自主活动、焦虑样行为和学习记忆能力。

采用气相色谱-质谱联用技术分析大鼠血浆代谢物，采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA ）和KEGG 通路富集分析筛选MK-801诱导精神分裂症大鼠血浆差异代谢物和显著变化的代谢通路。

结果　与对照组相比，慢性MK-801给药导致大鼠在旷场行为学测试中运动路程显著降低、在高架十字迷宫行为测试进入开臂的次数和在开臂持续的时间显著降低和在新物体识别实验中测试期探索新物体时间显著降低（P <0.05），成功模拟精神分裂样症状。

根据代谢组学分析在对照组与试验组之间的差异代谢物为苏氨酸、丝氨酸、肌氨酸、丙氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、柠檬酸、酪氨酸、D-核糖、核糖醇、色氨酸，且与对照组相比，其相对浓度均呈下降趋势；这些差异代谢物主要富集在两条代谢通路，即氨酰-tRNA （aminoacyl-tRNA ）生物合成及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成代谢通路。

结论　MK-801慢性给药诱导的精神分裂症发生可能与MK-801给药诱导血浆代谢紊乱，显著变化的代谢物和代谢途径与密切相关。

［关键词］MK-801；气相色谱-质谱联用；代谢组学；血浆；精神分裂症doi:10.3969/j.issn.1000-0399.2023.11.005精神分裂症是一种严重而复杂的精神障碍，全球发病率约为1%［1］，主要表现为阴性症状、阳性症状及认知缺陷等［2-5］。

精神分裂症多发于青春期且发病机制十分复杂，目前尚未完全阐明其发病机制。

基于气相色谱-质谱联用技术的代谢组学方法在转植酸酶基因玉米代谢物指纹图谱分析中的应用

研究报告
基于气相色谱一谱联用技术的代谢组学方法质在转植酸酶基因玉米代谢物指纹图谱分析中的应用
周艳明郭欣硕，新，水芳，黄朱
１沈阳农业大学食品科学学院，宁沈阳１０１；２中国检验检疫科学研究院动植物检疫研究所，京１０２．辽１６１．北００９
［要］目的：立气相色谱一谱联用技术（ＣＭ）摘建质Ｇ — Ｓ的代谢组学方法，步研究转基因株系与对照株系之间代谢初
物指纹图谱的差异性，转基因作物安全的评价提供参考。方法：化提取条件，察色谱条件，采用主成分分析为优考并（Ｃ数据处理方法对转基因株系及对照进行模式识别。结果：化了提取条件及色谱条件，立了Ｇ — ＰＡ）优建ＣＭＳ的代谢组学方法，得了小分子的代谢产物的表达谱，现转基因与其对照之间呈现出显著性差异。结论：化的Ｇ — 获发优ＣＭＳ
ａｄｈｅｅａｏｉｆｎｅｐｒｎｄｆｅｅｅｂｔｅｔｅｒｎｓｅｉｐｌｎｔａｄｏｒｌｉｅｗａｓｕｄｅｎｔｍｔｂｌｔｉｇｒｉｔｉｆｒｎｃｓｅｗｅｎｈｔａｇｎｃａｓｎｃｎｔｏｌｎｓｅｓｔｉｄ，ｆｒｈｒ — ｏｔｅｅａｓｎｆｐｒｖｄｉｇｒｆｒｎｅａｕｅｏｒｔｅａｅｙｆｔｔａｓｅｃａｓｏｏｏｉｎａｅｅｅｃｖｌｆｈｓｆｔｏｈｅｒｎｇｎｉｐｌｎｔ．Ｍｅｔｈｏｄ：Ｅｘｒｃｉｎｏｉｉｓｎｃｒ — ｓｔａｔｏｃｎｄｔｏｎａｄｈｏ

基于网络药理学探讨黄连有效成分治疗糖尿病性心肌病的作用机制

基于网络药理学探讨黄连有效成分治疗糖尿病性心肌病的作用机制董丽妍1,方红城1,陈洁2,冼绍祥2,李志芳1,叶梦思1,林剑华1,黄小靖1摘要目的:基于网络药理学探讨黄连有效成分治疗糖尿病性心肌病的作用机制㊂方法:通过中药系统药理数据库和分析平台(TCMSP)㊁OMIM㊁GeneCards等数据库筛选黄连有效成分与糖尿病性心肌病作用的靶点,使用Cytoscape3.7.1绘制疾病-药物-成分-靶点网络,利用DAVID数据库行基因本体(GO)㊁京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析㊂结果:中药黄连筛选出有效化合物10个;与糖尿病性心肌病相关的靶点70个;GO㊁KEGG分析提示黄连素可能通过糖尿病并发症中的糖化终末产物及其受体信号通路㊁流体剪切应力和动脉粥样硬化㊁缺氧诱导因子1(HIF-1)信号通路㊁肿瘤坏死因子信号通路㊁白细胞介素17(IL-17)信号通路㊁松弛素信号通路㊁磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(AKT)信号通路等调节代谢㊁改善微血管病变㊁抗炎㊁抗氧化应激㊁抗细胞凋亡等作用,起到降血糖㊁改善心室重构作用,从而治疗糖尿病性心肌病㊂结论:黄连通过多成分㊁多靶点㊁多途径治疗糖尿病性心肌病,为中医药治疗糖尿病性心肌病提供有力的理论依据,具有广阔应用前景㊂关键词糖尿病性心肌病;黄连;有效成分;网络药理学;作用机制d o i:10.12102/j.i s s n.1672-1349.2023.17.003The Mechanism of Active Components of Goldthread in the Treatment of Diabetic Cardiomyopathy Based on Network Pharmacology DONG Liyan,FANG Hongcheng,CHEN Jie,XIAN Shaoxiang,LI Zhifang,YE Mengsi,LIN Jianhua,HUANG XiaojingShenzhen Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine,Shenzhen518000,Guangdong,China Corresponding Author HUANG Xiaojing,E-mail:****************Abstract Objective:To investigate the molecular mechanism of the effective components of goldthread in the treatment of diabetic cardiomyopathy based on network pharmacology.Methods:Traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform(TCMSP),OMIM,GeneCards,and other databases were used to screen the active components of goldthread and the targets of diabetic cardiomyopathy.Cytoscape 3.7.1was used to visualize the"disease-drug-ingredient-target"network.DAVID database was used to perform gene ontology(GO)and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)enrichment analysis. Results:Ten effective compounds of goldthread were screened out.There were70targets related to diabetic cardiomyopathy.GO and KEGG analysis suggested that berberine might play some role in the treatment of diabetic cardiomyopathy by regulating metabolism, improving microangionopathy,anti-inflammation,anti-oxidative stress,anti-apoptosis through glycation end products and their receptor signaling pathways in diabetic complications,fluid shear stress and atherosclerosis,hypoxia-inducible factor-1signaling pathway,tumor necrosis factor signaling pathway,interleukin-17signaling pathway,relaxin signaling pathway,and phosphatidylinositol-3-kinase-protein kinase B signaling pathway,etc.Conclusion:Goldthread can treat diabetic cardiomyopathy through multiple components,multiple targets,and multiple pathways,which provides a strong theoretical basis for the treatment of diabetic cardiomyopathy by traditional Chinese medicine with important application prospects.Keywords diabetic cardiomyopathy;goldthread;effective constituent;network pharmacology;mechanism of action糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)是糖尿病的并发症之一,以左心室扩张和肥大㊁心脏功能下降为特点[1],主要发病机制为代谢紊乱㊁微血管病变㊁心肌细胞凋亡㊁心肌纤维化等[2],最终导致心力衰竭的发生,危及生命㊂现代医学诊治糖尿病性心肌病方面取得巨大进步,如血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)或血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)等药物可用于逆转糖尿病性心肌病心室重构;注射用胰高血糖素样肽1类似物(GLP-1)可用于抑制心肌细胞凋亡,减少心肌受损[3-4]㊂由于西药具有副作用明显㊁不足以延缓或控制疾病发展等特点,西药诊治糖尿病性基金项目深圳市医疗卫生三名工程资助项目(No.SZZYSM202106006);深圳市宝安中医药基金会资助项目(No.2020KJCX-KTYJ-136)作者单位 1.深圳市中西医结合医院(广东深圳518000);2.广州中医药大学第一附属医院通讯作者黄小靖,E-mail:****************引用信息董丽妍,方红城,陈洁,等.基于网络药理学探讨黄连有效成分治疗糖尿病性心肌病的作用机制[J].中西医结合心脑血管病杂志, 2023,21(17):3109-3116.心肌病仍存在局限性㊂中医药具有多靶点㊁毒副作用少等诸多优势[5],在诊治糖尿病性心肌病方面可以弥补西药的不足,近年来备受关注㊂古文献中未记载糖尿病性心肌病的病名,根据其症状可归属于中医学消渴消瘅胸痹等范畴㊂中医学认为,糖尿病性心肌病的发生多与先天禀赋不足,后天饮食不节㊁过劳纵欲㊁情志不畅等因素相关,阴虚燥热是其发病病机[6],中药黄连具有清热燥湿之效,故可用于治疗糖尿病性心肌病㊂古代医家多用黄连治疗消渴及其并发症㊂‘名医别录“有云:黄连能够止消渴 [7]㊂黄连排在‘太平圣惠方“治疗消渴病常用药中的前3位㊂‘普济方“中记载治疗消渴的黄连复方13个[8]㊂现代药理学亦表明,黄连具有降糖㊁改善胰岛素抵抗㊁抗炎㊁调脂㊁抗氧化等作用,用于治疗糖尿病性心肌病疗效显著[9-12],然而其作用机制仍有待进一步深入研究,故基于网络药理学探讨黄连治疗糖尿病性心肌病的作用机制具有重要意义[13]㊂1资料与方法1.1数据库与软件主要数据库包括:中药系统药理数据库和分析平台(TCMSP)数据库(https:///tcmsp. php),PubChem数据库(https://pubchem.ncbi.nlm.nih. gov/),UniProt数据库(https:///), GeneCards数据库(https:///), OMIM数据库(https:///),STRING数据库(https:///cgi/input.pl),Venny2.1(https:// b.csic.es/tools/venny/),G:profile数据库(https://biit.cs.ut.ee/gprofiler/gost)和Cytoscape3.7.1软件㊂1.2方法1.2.1筛选中药黄连化学成分和靶点运用TCMSP数据库和PubChem数据库收集得到黄连的化学成分,根据口服生物利用度(oral bioavailability,OB)ȡ30%及类药性(drug like,DL)ȡ0.18[14]选取中药黄连主要活性成分㊂1.2.2疾病靶点的获取以 diabetic cardiomyopathy 为关键词,运用OMIM和GeneCards数据库进行检索,在GeneCards 数据库中选择relevance scoreȡ10的靶点,与OMIM 数据库得到的靶点取交集,得到与糖尿病性心肌病相关的疾病靶点㊂1.2.3网络构建将得到的黄连成分靶点与糖尿病性心肌病靶点交集,通过Cytoscape3.7.1软件制作疾病-药物-成分-靶点网络图㊂1.2.4核心靶点筛选运用STRING数据库导入交集靶点,选择 homo sapiens 物种,制作靶点的蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络图㊂1.2.5富集分析根据DAVID数据库行基因本体(gene ontology, GO)生物过程富集分析结果绘制柱状图,根据京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析结果绘制气泡图㊂2结果2.1黄连素成分收集及筛选本研究通过TCMSP数据库平台,根据OBȡ30%㊁DLȡ0.18,检索并筛选中药黄连有效化学活性成分,共搜集到14个黄连符合的活性成分;将其通过PubChem数据库进行结果辨别,最后得到黄连有效成分10个(见表1)㊂通过UniProt数据库进行GeneSymbol 转换,得到对应靶标88个㊂表1中药黄连有效活性成分有效活性成分成分ID OB(%)DL槲皮素(quercetin)MOL00009846.430.28小檗碱(berberine)MOL00145436.860.78巴马汀(palmatine)MOL00078564.600.65小檗红碱(berberrubine)MOL00289435.740.73表小檗碱(epiberberine)MOL00289743.090.78氢化小檗碱[(R)-canadine]MOL00290355.370.77氧化小檗碱(berlambine)MOL00290436.680.82黄麻甙(corchoroside A_qt)MOL002907104.950.78黄连碱(coptisine)MOL00145830.670.86甲基黄连碱(worenine)MOL00266845.830.87 2.2 疾病-药物-成分-靶点网络构建和分析以 diabetic cardiomyopathy 为关键词在GeneCards数据库搜索有关糖尿病性心肌病的基因,按照relevance scoreȡ10,与在OMIM数据库获取的靶点取交集,提取靶点856个,将相关靶点信息录入UniProt数据库中检索,选择人源靶点,最终获得疾病靶点786个㊂运用Venny2.1在线数据库取交集,绘制88个黄连生物碱化合物靶点与786个糖尿病性心肌病相关疾病靶点基因韦恩图,得到70个交集靶点基因,可能是黄连治疗糖尿病性心肌病的关键靶点(见图1)㊂通过Cytoscape3.7.1软件构建糖尿病性心肌病与黄连相关疾病-药物-成分-靶点网络(见图2)㊂网络中共有82个节点(其中疾病靶点1个,药物靶点1个,药物化合物节点10个,靶基因节点70个)和186条连接边㊂其中红色六边形代表疾病(糖尿病性心肌病),黄色圆形代表中药(黄连),绿色箭头代表黄连有效成分,蓝色三角形代表疾病与药物有效成分相关的作用靶点㊂其中连接度越大,则节点形状越大,提示节点在网络中的位置越重要㊂对疾病-药物-成分-靶点网络进行拓扑分析,连接度排在前3位的活性成分为槲皮素㊁小檗碱及巴马汀,提示该3种活性成分是整个网络的关键,可能是黄连治疗糖尿病性心肌病的主要化合物㊂图1糖尿病性心肌病-黄连相关靶点基因韦恩图图2糖尿病性心肌病-黄连药物活性成分-作用靶点网络图2.3黄连有效成分作用靶点PPI网络的构建及关键靶点聚类已有研究表明,网络中蛋白的度值(Degree)越大,其重要性越大㊂对黄连及糖尿病性心肌病的交集靶点网络进行拓扑分析,选取度值排名前20位的靶点(见表2)㊂黄连有效成分作用靶点的PPI网络如图3所示㊂通过 MCODE 插件行聚类分析PPI网络,最终产生4个子网络㊂子网络1得分为4.571分,有5个节点㊁9条边,包含的节点有原癌基因(MYC)㊁B细胞κ轻肽基因增强子核因子抑制因子α(NFKBIA)㊁过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARA)㊁丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)1和一氧化氮合酶2(NOS2);子网络2得分为3.000分,有4个节点㊁6条边,包含节点趋化因子配体2(CCL2)㊁细胞间黏附分子1(ICAM1)㊁白细胞介素8(CXCL8/IL-8)和白细胞介素10(IL-10);子网络3得分为3.000分,有8个节点㊁10条边,包含节点基质金属蛋白酶(MMP)-1㊁MMP-2㊁胰岛素样生长因子2 (IGF2)㊁血管内皮生长因子A(VEGFA)㊁表皮生长因子受体(EGFR)㊁牛蛋白激酶Cβ1(PRKCB)㊁人蛋白激酶(PRKCA)和嗜中性粒细胞胞浆因子1(NCF1);子网络4得分为3.000分,有3个节点㊁3条边,包含节点血红素氧合酶1(HMOX1)㊁核因子红细胞2相关因子2 (NFE2L2)和FOS㊂详见图4㊂表2黄连对糖尿病性心肌病作用靶点的拓扑学分析(连接度排名前20位)序号基因平均最短路径度值介数中心性1AKT1 1.850210.2402JUN 1.767210.1493IL-6 1.900180.123 4MAPK1 1.833180.1345EGFR 1.883170.0896VEGFA 1.883140.0867EGF 2.017130.0658CXCL8 2.117120.0539FOS 2.050110.03010IL1B 2.117100.03411CCL2 2.183100.03012STAT1 2.117100.03813ESR1 2.067100.01414MYC 2.18390.00715PRKCB 2.25090.02316PRKCA 2.23390.033 17IL-2 2.03390.027 18IL-10 2.46780.003 19IGF2 2.41780.02720NFKBIA 2.36780.014注:AKT1为蛋白激酶B1;IL-6为白细胞介素6;EGF为表皮细胞生长因子;IL1B为白细胞介素1β;STAT1为信号转导与转录激活子-1;ESR1为雌激素受体1;IL-2为白细胞介素2㊂图3黄连有效成分作用靶点PPI网络图4聚类分析子网络2.4靶点生物学功能分析及GO功能富集分析对糖尿病性心肌病-黄连有效成分交集的70个靶点进行GO分析,GO分析包括分子功能(molecular function,MF)㊁生物过程(biological process,BP)及细胞组分(cellular component,CC)3个部分㊂将70个靶点导入g:Profile数据库进行GO分析,在MF㊁BP㊁CC中分别选择P<0.05且P最小的前10条路径(P 值越小,则通路越关键),运用Excel制作条形图(见图5)㊂其中,MF富集的前10条通路包括:酶结合(enzyme binding)㊁信号受体结合(signaling receptorbinding)㊁相同的蛋白结合(identical protein binding)㊁细胞因子受体结合(cytokine receptor binding)㊁DNA 结合转录因子结合(DNA-binding transcription factor binding)㊁一氧化氮合酶调节剂活性(nitric-oxide synthase regulator activity)㊁RNA聚合酶Ⅱ-特异性DNA结合转录因子结合(RNA polymeraseⅡ-specific DNA-binding transcription factor binding)㊁核受体活性(nuclear receptor activity)㊁细胞因子活性(cytokine activity)㊁配体激活的转录因子活性(ligand-activated transcription factor activity)㊂BP富集的前10条通路包括:细胞对化学刺激的反应(cellular response to chemical stimulus)㊁化学反应(response to chemical)㊁对含氧化合物的反应(response to oxygen-containing compound)㊁对有机物质的反应(response to organic substance)㊁细胞对有机物质的反应(cellular response to organic substance)㊁细胞对含氧化合物的反应(cellular response to oxygen-containing compound)㊁细胞表面受体信号通路(cell surface receptor signaling pathway)㊁细胞过程的正调控(positive regulation of cellular process)㊁对刺激反应的调节(regulation of response to stimulus)㊁生物过程的正向调节(positive regulation of biological process)㊂CC富集的前10条通路包括:膜小凹(caveola)㊁细胞外间隙(extracellular space)㊁细胞器内腔(organelle lumen)㊁微管确定膜性细胞腔(membrane-enclosed lumen)㊁胞膜外区(extracellular region)㊁质膜筏(plasma membrane raft)㊁膜筏(membrane raft)㊁膜质微区(membrane microdomain)㊁质膜蛋白复合物(plasma membrane protein complex)㊁质膜的内在成分(intrinsic component of plasma membrane)㊂图5黄连靶向糖尿病性心肌病网络靶点的GO分析选取经R语言运行后得到的前20个功能的GO 功能富集分析结果(共99个),绘制柱状图见图6㊂其中,富集最多的通路包含13个靶基因,包括:细胞因子受体结合(cytokine receptor binding)㊁细胞因子活性(cytokine activity)㊁RNA聚合酶Ⅱ-特异性DNA结合转录因子结合(RNA polymeraseⅡ-specific DNA-binding transcription factor binding)㊁DNA结合转录因子结合(DNA-binding transcription factor binding)㊁受体配体活性(receptor ligand activity)㊁信号受体配体活性(signaling receptor ligand activity)等㊂图6黄连-糖尿病性心肌病作用靶点GO富集柱状图2.5靶点通路分析通过KEGG通路富集分析黄连治疗糖尿病性心肌病的可能机制及途径㊂KEGG分析获得153条通路,其中128条有统计学意义(P<0.01)㊂P-adjust 数值越小,提示显著性越大,由低到高选取排名前20名制作气泡图(见图7)㊂图中排序越靠前,表明其通路作用影响越大㊂KEGG通路富集分析主要富集在糖尿病并发症中的糖化终末产物及其受体信号通路(AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications)㊁流体剪切力及动脉硬化(fluid shear stress and atherosclerosis)㊁磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(AKT)信号通路(PI3K-AKT signaling pathway)㊁蛋白聚糖在癌症(proteoglycans in cancer)㊁甲型流感(influenza A)㊁卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染(Kaposi sarcoma-associated herpesvirus infection)㊁人类巨细胞病毒感染(human cytomegalovirus infection)㊁缺氧诱导因子1(HIF-1)信号通路(HIF-1signaling pathway)㊁肿瘤坏死因子(TNF)信号通路(TNF signaling pathway)㊁乙型肝炎(hepatitis B)㊁白细胞介素17(IL-17)信号通路(IL-17signaling pathway)㊁美洲锥虫病(Chagas disease)㊁丙型肝炎(hepatitis C)㊁松弛素信号通路(relaxin signaling pathway)㊁膀胱癌(bladder cancer)㊁前列腺癌(prostate cancer)㊁利什曼病(Leishmaniasis)㊁EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药性(EGFR tyrosine kinase inhibitor resistance)㊁疟疾(malaria)㊁非洲锥虫病(African trypanosomiasis)㊂图7KEGG富集分析气泡图3讨论研究表明,糖尿病性心肌病的发病机制与代谢异常㊁线粒体功能障碍㊁肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)激活㊁氧化应激㊁自噬㊁炎症和心脏微血管功能障碍等相关[15]㊂现代医学在诊治糖尿病性心肌病方面取得重要进展,然而,仍然存在副作用多㊁不足以延缓疾病进展等局限,中医药治疗糖尿病性心肌病疗效显著,能弥补西药的不足,相辅相成㊂中药具有多靶点㊁多作用途径,在治疗糖尿病性心肌病方面疗效确切,目前关于中药单味药或复方作用于糖尿病性心肌病的机制研究已成为热点,具有广阔的应用前景[16]㊂本研究主要通过网络药理学分析黄连治疗糖尿病性心肌病的潜在作用机制㊂在活性成分研究中,共筛选出黄连的有效成分10个,其中,槲皮素㊁小檗碱及巴马汀位居前3位,提示该3种成分是整个网络的关键,可能是黄连发挥疗效治疗糖尿病性心肌病的主要化合物㊂槲皮素广泛存在于多种中药中,能够抗炎㊁抗病毒㊁抗癌及治疗糖尿病及其并发症[17]㊂研究发现,槲皮素可通过防止三磷酸腺苷(ATP)水平降低和过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1(PGC-1)㊁线粒体解偶联蛋白2(UCP2)和过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)表达的改变,改善氧化应激状态,达到减少心肌纤维化㊁肥大的作用,能够用于防治糖尿病性心肌病引起的心肌细胞受损[18-21]㊂黄连的另一个主要有效成分小檗碱又名黄连素[22],可抑制高糖诱导的心肌成纤维细胞增殖和心肌细胞肥大,减少肿瘤坏死因子-α(TNF-α)㊁转化生长因子β1(TGF-β1)含量,提高一氧化氮(NO)水平,进而改善心脏结构㊂另外,小檗碱可影响糖脂代谢途径中关键酶的含量,调节PPARα㊁PPARγ和第四型葡萄糖转运蛋白(GLUT4)的基因和蛋白表达,增加心肌脂肪的降解与转运及葡萄糖降解,进而降低心肌游离脂肪酸含量,减轻其对心脏的损害㊂巴马汀则以抗感染作用为主[23]㊂核心靶点分析中,根据PPI网络聚类分析的4个子网络,子网络1中MYC㊁NFKBIA㊁PPARA㊁MAPK1和NOS2靶点主要涉及炎症㊁脂质代谢㊁细胞外信号调节㊁氧化应激等;子网络2中CCL2㊁ICAM1㊁CXCL8 (IL-8)和IL-10主要涉及炎症反应㊁免疫调节;子网络3中MMP-1㊁MMP-2㊁IGF2㊁VEGFA㊁EGFR㊁PRKCB㊁PRKCA和NCF1主要涉及炎症㊁氧化应激㊁细胞分化增殖㊁血管内皮增生㊁细胞黏附㊁细胞凋亡等有关;子网络4中HMOX1㊁NFE2L2和FOS与细胞增殖㊁分化和转化及细胞凋亡有关㊂结合GO富集分析结果,提示黄连可能通过细胞周期调节㊁细胞凋亡㊁改善微血管病变㊁调节代谢㊁抗炎㊁氧化应激等途径发挥治疗糖尿病性心肌病的作用㊂在KEGG通路富集分析方面,排除与癌症㊁病毒相关的通路,黄连主要成分靶点主要富集在糖尿病并发症中的糖化终末产物及其受体信号通路㊁流体剪切力及动脉硬化㊁HIF-1信号通路㊁肿瘤坏死因子信号通路㊁IL-17信号通路㊁松弛素信号通路和PI3K-AKT信号通路㊂本研究结果显示,糖尿病并发症中的糖化终末产物及其受体信号通路是通路富集结果中显著性最高的通路,AGE-RAGE能够激活核转录因子-κB(NF-κB),通过IL-6㊁TNF-α等炎性因子㊁生长因子及黏附因子等,导致炎症反应及细胞黏附反应,这是糖尿病性心肌病发生的主要机制之一[24]㊂同时,研究表明,流体剪切力及动脉粥样硬化通路在改善胰岛素抵抗㊁抗炎㊁抑制细胞凋亡等方面对糖尿病性心肌病有影响[25-26]㊂当机体发生缺血缺氧时,HIF-1作为触发各种应激蛋白表达的主要转录因子[27],其减少可导致心肌肥厚[28]㊂HIF-1在心肌中高表达,其靶基因VEGF等可能参与保护心肌,从而达到减轻糖尿病小鼠心肌重构的目的[29-30]㊂TNF信号通路具有多效生物学效应,研究表明,黄连素能阻止TNF-α诱导血管细胞黏附分子-1 (VCAM-1)mRNA增高,减弱细胞黏附作用[31]㊂同时,黄连素可通过增加脂联素蛋白分泌,减少瘦素㊁TNF-α和IL-6等水平来改善胰岛素抵抗[32],发挥调节代谢的作用㊂IL-17是糖尿病病人发生炎症反应的重要炎性因子之一,能够启动p38MAPK㊁P13K/AKT/细胞外调节蛋白激酶(ERK)等一系列炎性因子通路,发生炎症反应[33]㊂近年来研究发现,松弛素信号通路除了与分娩有关,还与减少氧化应激损伤㊁保护高糖诱发心肌肥厚及细胞凋亡相关[34]㊂PI3K-AKT信号通路具有调节葡萄糖摄取㊁糖原合成与糖原合成激酶失活等作用[35],是胰岛素发挥作用的关键通路,参与细胞凋亡㊁血管生成㊁端粒酶活性及抗炎等过程[36],对糖尿病性心肌病的诊治具有重要意义㊂综上所述,黄连治疗糖尿病性心肌病的可能机制:黄连中的槲皮素㊁小檗碱及巴马汀等主要活性成分作用于糖尿病并发症中的糖化终末产物及其受体信号通路㊁流体剪切力及动脉粥样硬化㊁HIF-1信号通路㊁肿瘤坏死因子信号通路㊁IL-17信号通路㊁松弛素信号通路及PI3K-AKT信号通路等,以MYC㊁NFKBIA㊁PPARA㊁MAPK1㊁NOS2㊁CCL2㊁ICAM1㊁CXCL和IL-10㊁MMP-1㊁MMP-2㊁IGF2㊁VEGFA㊁EGFR㊁PRKCB㊁PRKCA和NCF1㊁HMOX1㊁NFE2L2和FOS等为关键靶点,通过调节代谢㊁改善微血管病变㊁抗炎㊁抗氧化应激㊁抗细胞凋亡等作用机制来治疗糖尿病性心肌病㊂由此可知,黄连治疗糖尿病性心肌病是多成分㊁多靶点㊁多通路相互作用的结果㊂接下来,本团队将通过基础研究㊁临床研究等途径进一步验证㊂参考文献:[1]叶加虎,孙虹,朱平.糖尿病心肌病的药物治疗进展[J].中华老年心脑血管病杂志,2020,22(5):551-552.[2]潘利亚,张晓卉,尹新华.糖尿病心肌病发病机制的研究进展[J].中国心血管杂志,2017,22(2):143-146.[3]曹月盈,赵欣,蒲小平.糖尿病脑病的发病机制和药物治疗新进展[J].中国新药杂志,2019,28(9):1065-1069.[4]李婉娇,李强.糖尿病性心肌病的发病机制及治疗方法研究进展[J].中华老年多器官疾病杂志,2019,18(7):536-539.[5]庞欣欣,彭紫凝,邢玉凤,等.基于病证结合探讨血瘀证糖尿病肾病大鼠肾损害与内质网应激的关系[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(20):74-81.[6]李嘉钰,闫康,赵泉霖.芪归药对治疗糖尿病心肌病的理论探讨[J].辽宁中医杂志,2021,48(2):69-71.[7]刘继林.黄连治疗消渴病及其功能的本草学研究[J].四川中医,1999,17(11):17-19.[8]于飞.基于引文分析法的古代消渴相关方剂文献研究[D].北京:首都医科大学,2017.[9]孙水平.黄连素对2型糖尿病患者血清IL-10㊁IL-6及CRP水平的影响[J].长春中医药大学学报,2017,33(3):431-433. 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质谱技术在代谢组学研究中的应用

质谱技术在代谢组学研究中的应用质谱技术是一种先进的分析技术，在生命科学领域得到广泛应用。

在代谢组学研究中，质谱技术可以帮助研究者更深入地了解生物体内代谢物的种类和含量，进而为疾病诊断和治疗提供基础数据。

本文将介绍质谱技术在代谢组学研究中的应用，以及其在生物发育、环境毒理学、药理学等多个领域的应用。

一、代谢组学研究中质谱技术的应用1. 代谢物种类、含量和结构的分析质谱技术可以对生物体内的代谢物进行快速、准确地鉴定和定量。

例如，通过多重反应监测（MRM）等技术，可以定量分析多种代谢物的含量，进而了解生物体内的代谢通路和代谢产物。

同时，质谱技术还可以用来鉴定和确定代谢物的结构，从而为代谢通路的解析提供基础数据。

2. 代谢物与生物发育的关系代谢组学研究也可以用来探究代谢物与生物发育的关系。

例如，研究者可以通过比较不同发育阶段的生物体内代谢物的含量变化，来了解代谢物在生物发育过程中的作用和调控机制。

同时，代谢组学研究也可以用来探究代谢异常与生物发育缺陷之间的关系。

3. 代谢物与环境毒理学的关系质谱技术在代谢组学研究中还可以用来探究代谢物与环境毒理学的关系。

例如，研究者可以通过监测生物体内代谢物的含量变化来了解环境因素对生物体内代谢通路的影响，或者通过比较正常和受到某种毒物污染的样本内代谢物的差异性，来确定这种毒物的毒性机制。

4. 代谢物与药理学的关系质谱技术在代谢组学研究中也可以用来探究代谢物与药理学的关系。

例如，研究者可以通过比较使用某种药物前后生物体内代谢物的变化情况，来确定这种药物对代谢通路的影响和调控机制。

同时，代谢组学研究还可以用来评估药物的药效和药物代谢动力学等方面的问题。

二、质谱技术在代谢组学研究中的发展和趋势随着代谢组学研究的不断深入和发展，质谱技术在代谢组学研究中的应用也不断增强和完善。

未来的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 高通量、高分辨率的代谢组学分析技术随着高通量和高分辨率代谢组学分析技术的不断发展，质谱技术在代谢组学研究中的应用也会更加广泛和深入。

基于质谱的代谢组学研究方法

基于质谱的代谢组学研究方法在当今生命科学领域，代谢组学作为一门新兴学科正迅速发展，它旨在研究生物体内代谢物的整体变化，为理解生命活动的机制、疾病的发生发展以及药物的作用机制等提供重要的线索。

质谱技术因其高灵敏度、高分辨率和高通量等特点，已成为代谢组学研究中不可或缺的重要工具。

质谱技术的基本原理是将样品中的分子转化为带电离子，然后根据离子的质荷比（m/z）进行分离和检测。

在代谢组学研究中，常用的质谱类型包括气相色谱质谱联用（GCMS）、液相色谱质谱联用（LCMS）和毛细管电泳质谱联用（CEMS）等。

GCMS 常用于分析挥发性和半挥发性代谢物。

其优势在于分离效率高、重现性好，并且有丰富的质谱图库可供比对，能够对代谢物进行准确的鉴定。

然而，GCMS 也存在一定的局限性，例如需要对样品进行衍生化处理，这可能会引入误差，并且一些不易挥发的代谢物无法直接检测。

LCMS 则是代谢组学研究中应用最为广泛的技术之一。

根据色谱分离原理的不同，又可分为反相液相色谱质谱（RPLCMS）、正相液相色谱质谱（NPLCMS）和亲水相互作用液相色谱质谱（HILICMS）等。

RPLCMS 适用于分析中等极性到非极性的代谢物，而 NPLCMS 和HILICMS 则更适合分析极性代谢物。

LCMS 具有较高的灵敏度和较宽的动态范围，能够检测到低丰度的代谢物，但其色谱分离条件的优化相对复杂，且质谱数据的解析也具有一定的挑战性。

CEMS 结合了毛细管电泳的高效分离能力和质谱的高灵敏度检测优势，特别适用于分析离子型和极性代谢物。

与 GCMS 和 LCMS 相比，CEMS 的样品消耗量少，但由于其进样量有限，检测的灵敏度相对较低。

在基于质谱的代谢组学研究中，样品的制备是至关重要的环节。

样品的来源可以包括生物体液（如血液、尿液、脑脊液等）、组织、细胞等。

对于不同的样品类型，需要采用合适的预处理方法，以去除杂质、富集代谢物并保证代谢物的结构和性质不受影响。

基于NMR代谢组学研究黄连解毒汤对胰岛素抵抗大鼠胰腺功能组织提取液的影响

基于NMR代谢组学研究黄连解毒汤对胰岛素抵抗大鼠胰腺功能组织提取液的影响陈阿丽;杨永霞;李蔷薇【摘要】目的应用基于核磁共振氢谱(1H nuclear magnetic resonance,1H-NMR)的代谢组学方法研究黄连解毒汤对高果糖诱导的胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)模型大鼠胰腺功能代谢组变化的影响.方法选取Wistar大鼠24只,适应一周后随机分3组:对照组、模型组和黄连解毒汤组,每组8只.后两组给予100 g/L的果糖水喂饲4周,制备IR模型.同时对照组给予等剂量的纯净水.在接下来的4周,黄连解毒汤组除继续给予100g/L的果糖水同时予以黄连解毒汤其水煎剂3.175g/(kg.d)灌胃,对照组和模型组则给予等量纯净水灌胃.8周末,取大鼠胰腺组织,采集胰腺组织提取液的1H-NMR谱,运用主成分分析法(principal component analysis,PCA)分析.结果与模型组相比,黄连解毒汤组胰腺组织中乳酸、丙氨酸、肌酸、胆碱、甘油磷脂胆碱/磷脂胆碱和肌醇升高,而甜菜碱/氧化三甲胺、牛磺酸和肌苷则降低,均具有统计学意义.结论黄连解毒汤能够调控机体能量代谢、降低肝脏损伤及胰腺毒性,本文从分子水平阐明黄连解毒汤对胰岛素抵抗状态下胰腺组织的代谢调控机制.【期刊名称】《中国抗生素杂志》【年(卷),期】2015(040)010【总页数】5页(P780-784)【关键词】黄连解毒汤;胰岛素抵抗;胰腺;代谢组学;核磁共振氢谱【作者】陈阿丽;杨永霞;李蔷薇【作者单位】广东药学院,广州510006;广东药学院,广州510006;成都大学四川抗菌素工业研究所,成都610052【正文语种】中文【中图分类】R969胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)泛指胰岛素在周围组织摄取和清除葡萄糖的作用减低。

研究表明，IR是许多临床疾病或病症，尤其是常见的内分泌代谢性疾病如糖尿病、脂质代谢异常及高血压等疾病的共同危险因素。

生物信息学教学大纲

《生物信息学概论》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：生物信息学概论英文名称：Introduction to Bioinformatics二、课程代码及性质课程代码：0704583性质：学科大类基础课，必修三、学时与学分总学时：16（理论学时：16学时）学分：1四、先修课程先修课程：无.五、授课对象本课程面向生物信息学专业（含国家生命科学与技术人才培养基地班）学生开设.六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）1．介绍本专业的教学、科研与人才培养等情况，帮助学生尽快熟悉专业内容，逐渐适应大学的学习和生活；2. 介绍生物信息学研究各个方向的最新进展，使学生对专业研究有一个较为全面的了解；3. 介绍生物信息学方面的一些基本研究手段以及所需的知识储备，激发学生的学习兴趣。

七、教学重点与难点：课程重点：生物信息学领域各个研究方向的最新进展课程难点：生物信息学与高通量组学、传统实验生物学之间的关系八、教学方法与手段：教学方法：课堂讲授结合幻灯片演示教学手段：口头语言、文字和书籍、印刷教材和多媒体网络技术九、教学内容与学时安排（一）生物信息学专业简介（教师课堂教学学时（4小时）+ 学生课后学习学时（8小时））教学内容：介绍本专业的发展现状，以及最新的研究成果课后文献阅读：Wei, L. and Yu, J. (2008) Bioinformatics in china: a personal perspective, PLoS computational biology, 4, e1000020.课后作业和讨论：根据文献讨论我国生物信息学未来可能的发展方向。

（二）高通量测序技术（教师课堂教学学时（4小时）+ 学生课后学习学时（8小时））教学内容：介绍高通量组学技术，尤其是测序技术在生物信息学研究中的应用。

课后文献阅读：Metzker, M.L. (2010) Sequencing technologies - the next generation, Nat Rev Genet, 11, 31-46.课后作业和讨论：讨论生物信息学与高通量组学和传统实验生物学之间的关系。

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2012年1月Vol．30No ．1January 2012Chinese Journal of Chromatography8 13研究论文DOI ：10．3724/SP．J．1123．2011．08039*通讯联系人：孔宏伟，博士，副研究员，主要研究方向为基于代谢组学对中药质量的控制．E-mail ：konghw @dicp．ac．cn．基金项目：国家科技部中国国际科学与技术合作项目（2009DFA21450）和国家自然科学基金项目（20805045）．收稿日期：2011-08-24基于气相色谱-质谱联用的代谢组学用于黄连治疗Ⅱ型糖尿病的机理探索王静1，2，袁子民2，孔宏伟1*，李勇1，路鑫1，许国旺1（1．中国科学院分离分析化学重点实验室，中国科学院大连化学物理研究所，辽宁大连116023；2．辽宁中医药大学，辽宁大连116600）摘要：将代谢组学的方法用于研究黄连治疗Ⅱ型糖尿病的机理。

Ⅱ型糖尿病造模采用对大鼠灌胃脂肪乳并腹腔注射40mg /kg 链脲佐菌素的方法，大鼠分为正常组、模型组、黄连给药治疗组（10g /kg ）、二甲双胍给药治疗组（0.08g /kg ）。

大鼠给药30天后，采集血样用于生化指标的检测，采集24h 尿样用于代谢组学的分析。

与模型组相比，糖尿病大鼠给药黄连30天后，空腹血糖值（FBG ）显著降低了59.26%，总胆固醇（TC ）降低了58.66%，甘油三酯（TG ）降低了42.18%。

采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS ）对大鼠尿样中的内源性物质进行了相对含量测定，主成分分析结果表明，正常组与模型组显著分离，黄连组处于正常组与模型组之间，更接近于正常组。

发现12个代谢物与糖尿病有关，包括4-甲基苯酚、苯甲酸、氨基丙二酸等。

给药黄连后，其中的7个代谢物发生显著性回调，与氧化应激状态相关的氨基丙二酸和L-抗坏血酸出现向正常组显著性调节的趋势。

这些结果表明，黄连不仅具有降糖和降血脂的作用，而且具有抗氧化作用，在一定程度上可能会抑制糖尿病合并症的发生和发展。

关键词：代谢组学；气相色谱-质谱（GC-MS ）；黄连；Ⅱ型糖尿病；中药中图分类号：O658文献标识码：A文章编号：1000-8713（2012）01-0008-06Exploring the mechanism of Rhizoma coptidis in treating type Ⅱdiabetes mellitus based on metabolomics by gaschromatography-mass spectrometryWANG Jing 1，2，YUAN Zimin 2，KONG Hongwei 1*，LI Yong 1，LU Xin 1，XU Guowang 1（1．CAS Key Laboratory of Separation Science for Analytical Chem istry ，Dalian Instituteof Chem ical Physics ，Chinese Academ y of Sciences ，Dalian 116023，China ；2．Liaoning University of Traditional Chinese Medicine ，Dalian 116600，China ）Abstract ：Metabolomics w as used to explore the mechanism of Rhizoma coptidis in treating type Ⅱdiabetes mellitus．The rat model of type Ⅱdiabetes mellitus w as constructed by an in-jection of streptozocin （40mg /kg ），along w ith diets of fat emulsion．The rats w ere divided into four groups ，the control group ，the model group ，the Rhizoma coptidis group （10g /kg ）and the metformin group （0.08g /kg ）．After the treatment for 30d ，blood samples w ere collected to test biomedical indexes ，and 24h urine samples w ere collected for the metabolomics experi-ment．In the Rhizoma coptidis group ，fasting blood glucose （FBG ），total cholesterol （TC ）and total plasma triglycerides （TG ）w ere significantly decreased by 59.26%，58.66%and 42.18%，respectively ，compared w ith those in the model group．Based on gas chromatography-mass spectrometry ，a urinary metabolomics method w as used to study the mechanism of Rhizoma coptidis in treating diabetes mellitus．Based on the principal component analysis ，it w as found that the model group and control group w ere separated into tw o different clusters．The Rhizoma coptidis group w as located betw een the model group and the control group ，closer to the con-trol group．Tw elve significantly changed metabolites of diabetes mellitus w ere detected and identified ，including 4-methyl phenol ，benzoic acid ，aminomalonic acid ，and so on．After dia-第1期王静，等：基于气相色谱-质谱联用的代谢组学用于黄连治疗Ⅱ型糖尿病的机理探索betic rats w ere administered w ith Rhizoma coptidis，7metabolites w ere significantly changed，and L-ascorbic acid and aminomalonic acid w hich related w ith the oxidative stress w ere signifi-cantly regulated to normal．The pharmacological results show ed that Rhizoma coptidis could display anti-hyperglycemic and anti-hyperlipidemic effects．The Rhizoma coptidis had antioxida-tion function in preventing the occurrence of complications w ith diabetes mellitus to some extent．The w ork illustrates that the metabolomics method is a useful tool to study the treat-ment mechanism of traditional Chinese medicine．Key words：metabolomics；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；Rhizoma copti-dis；typeⅡdiabetes mellitus；traditional Chinese medicineⅡ型糖尿病是一种慢性的代谢性疾病，以高血糖为主要特点，并伴随有糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱。

Ⅱ型糖尿病的发生是多源性的，是遗传因素和环境因素共同作用的结果，病因与胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足有关。

目前关于糖尿病的治疗有很多种方法，包括合理控制饮食、适量的运动、药物治疗等［1－3］。

其中，降糖的药物主要分为中药和西药，中药虽然降糖速度、降糖效果不及西药，但中药在预防糖尿病合并症的发生、发展方面有一定的优势，所以，关于中药治疗糖尿病的机制日益被关注和重视［4］。

代谢组学是继蛋白质组学、基因组学后发展的一种全新的组学技术，它利用高分离效率、高灵敏度的仪器，研究生物体对病理生理刺激或基因修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化，揭示生物体的病理生理变化实质和机制［5，6］。

与药理生化指标相比较，代谢组学能够提供更丰富的机体内源性物质的信息，所以，该方法在药物代谢、药物毒性筛选和作用机制研究中有很好的前途［7－10］。

黄连为毛莨科植物黄连（Coptis chinensis Franch．）、三角叶黄连（Coptis dletoidea C．Chenget et Hsiao）和云南黄连（Coptis．teeta Wall）的根，味苦、性寒，入心、肝、胃、大肠经，可清热燥湿，泻火解毒。

具有抗炎、抗菌、抗溃疡、增加冠状动脉血流量和降低血压的作用，目前亦被应用于糖尿病的临床治疗，能明显改善糖尿病“三多一少”的症状。

小檗碱是黄连的主要活性成分，近年来已被应用于糖尿病的长期临床治疗［11］。

前期研究［12］结果表明，小檗碱具有降血糖、提高胰岛素敏感性、调节脂肪代谢紊乱的作用。

但是从机体内源性物质的角度分析黄连治疗糖尿病的机理还缺少相关研究。

代谢组学的出现为中药从机体分子层次研究治疗疾病的机理提供了可行性的实验方法。

本文应用代谢组学的方法，研究黄连对Ⅱ型糖尿病机体中内源性物质的影响，从内源性物质在黄连给药前后的变化趋势来探讨黄连治疗Ⅱ型糖尿病的可能代谢途径，进而为中药治疗糖尿病机制的研究提供实验参考。