本文關(guān)鍵詞：基于代謝組學(xué)的人參總皂苷改善模擬微重力導(dǎo)致的學(xué)習(xí)記憶功能減退機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 代謝組學(xué) LC-MS 學(xué)習(xí)記憶功能減退 人參總皂苷 學(xué)習(xí)記憶改善

【摘要】：航天特因環(huán)境如微重力和慢性睡眠剝奪會導(dǎo)致肌肉萎縮、骨質(zhì)疏松、免疫功能和學(xué)習(xí)記憶能力下降等多種機(jī)體損傷或功能障礙。航天員在太空飛行中需要保持良好的認(rèn)知狀態(tài)以完成多種精細(xì)復(fù)雜的操作任務(wù)。因此,航天特因環(huán)境對學(xué)習(xí)記憶能力的影響越來越受到重視,但其機(jī)制仍不完全清楚,此外,有效的防護(hù)措施也十分缺乏。人參是傳統(tǒng)名貴益智中藥,大量研究證實(shí)其主要活性成分人參皂苷對學(xué)習(xí)記憶功能具有顯著改善作用。代謝組學(xué)是一種近年來新興的系統(tǒng)生物學(xué)研究方法,其整體性、靈敏性和無偏性的特點(diǎn)使其有助于從體內(nèi)代謝的角度闡明航天特因環(huán)境對學(xué)習(xí)記憶能力影響的機(jī)制和人參發(fā)揮學(xué)習(xí)記憶能力改善作用的調(diào)節(jié)靶點(diǎn)。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1.采用尾部懸吊后肢去負(fù)荷法建立了模擬微重力(Microgravity, MG)大鼠模型并采用人參總皂苷(Ginseng total saponins, GTS)對其進(jìn)行干預(yù)。在7天的尾吊過程中,每日監(jiān)測大鼠的攝食、攝水和體重。尾吊結(jié)束后,采用穿梭行為學(xué)檢測方法對其學(xué)習(xí)記憶能力進(jìn)行評價(jià)；然后,采集其血液、胸腺、腎上腺、脾臟和全腦以測定其血漿皮質(zhì)酮(Corticosterone, CORT)水平、胸腺、腎上腺和脾臟的臟器指數(shù)和進(jìn)行基于甲苯胺藍(lán)的尼氏體染色以觀察其海馬CA1區(qū)椎體神經(jīng)元的形態(tài)。結(jié)果顯示,與空白對照組相比,尾吊造成了大鼠體重增長顯著減慢,學(xué)習(xí)記憶能力明顯降低,血漿CORT水平顯著升高,胸腺和脾臟顯著萎縮和腎上腺明顯水腫,海馬CA1區(qū)椎體神經(jīng)元顯著損傷�？诜礼TS (100mg/kg體重)能明顯改善大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,降低升高的血漿CORT水平,緩解胸腺和脾臟萎縮和腎上腺水腫,減輕海馬椎體神經(jīng)元損傷。2.建立了尿液、血漿及海馬組織超高效液相色譜-四極桿-時(shí)間飛行質(zhì)譜(UPLC-QTOF-MS)分析方法。在方法建立過程中,首先對3種生物樣品的前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化；接著對流動相洗脫梯度、進(jìn)樣體積、柱溫等液相色譜條件以及毛細(xì)管電壓、離子源溫度、錐孔電壓、脫溶劑氣體溫度和流速等質(zhì)譜條件、方法精密度和重復(fù)性以及樣品穩(wěn)定性等進(jìn)行優(yōu)化和考察,建立了針對3種生物樣品的最佳分析條件。3.采用建立的UPLC-QTOF-MS分析方法對暴露于7天的模擬MG及GTS干預(yù)后大鼠的尿液、血漿和海馬組織進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)研究。在該研究中,首先對采集到的原始LC-MS數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,采用R語言軟件包XCMS和CAMERA進(jìn)行代謝物的色譜峰提取、非線性保留時(shí)間校正和峰注釋；將處理得到的含有樣本名稱、m/z值和峰強(qiáng)度的三維數(shù)據(jù)表格導(dǎo)入到SIMCA-P軟件中進(jìn)行主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA),將篩選到的潛在生物標(biāo)志物進(jìn)行方差分析或t檢驗(yàn)以驗(yàn)證其組間差異,p0.05時(shí)認(rèn)為組間差異顯著；采用在線質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫和原始LC-MS多級質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行代謝物的結(jié)構(gòu)鑒定；最后對鑒定到的生物標(biāo)志物的生物學(xué)意義進(jìn)行闡釋。結(jié)果發(fā)現(xiàn),暴露于7天的模擬MG后,大鼠尿液、血漿和海馬組織的代謝物輪廓發(fā)生顯著改變,口服GTS能明顯緩解這些改變；在尿液、血漿和海馬組織中分別鑒定到了11、12和17種生物標(biāo)志物。和學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)的生物標(biāo)志物有犬尿喹啉酸、纈氨酸、膽堿、色氨酸、多種鞘氨醇和磷脂酸。涉及到的代謝通路包括色氨酸代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成、鞘氨醇和磷脂酸代謝、嘌呤和嘧啶代謝等。4.采用超快速液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UFLC-MS/MS)法對暴露于7天的模擬微重力和GTS干預(yù)后大鼠尿液、血漿和海馬組織中在非靶向研究中鑒定到的代謝通路涉及到的33種代謝物、海馬組織中的8種神經(jīng)遞質(zhì)(乙酰膽堿(Ach)、多巴胺(DA)、γ-氨基丁酸(GABA)、5-羥色胺(5-HT)、谷氨酸(Glu)、高香草酸(HVA)、腎上腺素(E)和去甲腎上腺素(NE))進(jìn)行了定量測定；采用高效液相色譜-熒光檢測法(HPLC-FLD)對血漿中16種氨基酸進(jìn)行了定量測定；結(jié)合相關(guān)矩陣分析、層序聚類分析、熱圖分析、代謝通路和富集分析、受試者工作特征曲線(ROC)分析和方差分析等數(shù)據(jù)分析和處理方法對研究結(jié)果進(jìn)行解讀和闡釋。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在靶向驗(yàn)證研究中,在尿液、血漿和海馬組織中分別鑒定到16、10和17種生物標(biāo)志物。其中色氨酸、犬尿氨酸、賴氨酸、胱硫醚在尿液和海馬中同時(shí)被檢測到；苯丙氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺在血漿和海馬中同時(shí)被檢測到；酪氨酸和蘇氨酸在3種生物樣品中同時(shí)被檢測到。GTS能將大多數(shù)鑒定到的生物標(biāo)志物向正常對照組方向回調(diào)。ROC分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),尾吊主要通過影響酪氨酸、色氨酸、天冬酰胺、犬尿喹啉酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、膽堿、纈氨酸和3-羥基犬尿氨酸的水平而損傷學(xué)習(xí)記憶能力；GTS主要通過回調(diào)酪氨酸、色氨酸、天冬酰胺、犬尿喹啉酸的水平改善學(xué)習(xí)記憶能力。神經(jīng)遞質(zhì)測定發(fā)現(xiàn),與正常對照組相比,除NE外,其他7種神經(jīng)遞質(zhì)的水平均顯著改變。其中,Glu和5-HT水平升高,其他5種神經(jīng)遞質(zhì)水平降低；GTS能將大多數(shù)神經(jīng)遞質(zhì)的水平向正常對照組方向回調(diào),特別是使Glu、Ach和HVA調(diào)節(jié)到正常水平。氨基酸測定結(jié)果發(fā)現(xiàn),與正常對照組相比,在尾吊大鼠體內(nèi),10種氨基酸(Thr、Ala、Met、Val、Leuu、His、He、Asp、Phe、Glu)的水平顯著改變,其中,Glu水平升高,其他9種氨基酸的水平降低；GTS能使多數(shù)氨基酸的水平向正常方向回調(diào),特別是使Phe調(diào)節(jié)到正常水平。5.采用基于UPLC-QTOF-MS的非靶向代謝組學(xué)方法,結(jié)合新物體偏好和時(shí)序判斷行為學(xué)測試和血清皮質(zhì)酮(CORT)、腦組織丙二醛(MDA)、過氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)水平測定研究了慢性睡眠干擾(CSI)對小鼠學(xué)習(xí)記憶能力影響的分子機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn),2周的CSI能顯著降低小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力；升高血清CORT和腦組織MDA水平；降低腦組織SOD和CAT水平。鑒定到的與學(xué)習(xí)記憶能力下降密切相關(guān)的生物標(biāo)志物有膽堿、纈氨酸、尿酸、尿囊酸、類視甾體化合物、肉堿類化合物。與正常對照組相比,在CSI小鼠血清中,尿酸、尿囊酸和肉堿類化合物的水平顯著升高；類視甾體化合物、膽堿和纈氨酸水平顯著降低。本文首次采用非靶向和靶向代謝組學(xué)相結(jié)合的方法,從機(jī)體內(nèi)源性代謝物的角度系統(tǒng)研究了模擬航天特因環(huán)境對學(xué)習(xí)記憶能力影響的分子機(jī)制及GTS改善學(xué)習(xí)記憶的調(diào)節(jié)靶點(diǎn)。結(jié)果表明,模擬航天特因環(huán)境可通過引起多種內(nèi)源性代謝通路失調(diào)而致學(xué)習(xí)記憶功能減退；GTS主要通過調(diào)節(jié)氨基酸、神經(jīng)遞質(zhì)和犬尿氨酸等物質(zhì)的代謝發(fā)揮學(xué)習(xí)記憶改善作用。本研究有助于為航天特因環(huán)境導(dǎo)致的學(xué)習(xí)記憶功能減退早期預(yù)警和早期藥物防護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：代謝組學(xué) LC-MS 學(xué)習(xí)記憶功能減退 人參總皂苷 學(xué)習(xí)記憶改善
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R852.22
【目錄】：

• 英文縮略詞表9-10
• 摘要10-13
• Abstract13-17
• 第1章 前言17-38
• 1.1 代謝組學(xué)概述17-29
• 1.1.1 代謝組學(xué)的概念、特點(diǎn)和分類17-20
• 1.1.2 代謝組學(xué)研究流程20-29
• 1.2 微重力對機(jī)體的直接影響29-30
• 1.3 微重力誘導(dǎo)的應(yīng)激對機(jī)體的影響30-31
• 1.4 人參的抗應(yīng)激和益智作用31-32
• 1.5 研究目的、意義及研究內(nèi)容32-34
• 1.5.1 研究目的和意義32
• 1.5.2 研究內(nèi)容32-34
• 參考文獻(xiàn)34-38
• 第2章 模擬微重力大鼠模型的建立及人參總皂苷干預(yù)38-62
• 2.1 藥品與試劑39
• 2.2 儀器與設(shè)備39-40
• 2.3 實(shí)驗(yàn)動物40
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法40-48
• 2.4.1 動物分組及給藥40
• 2.4.2 模擬微重力大鼠模型的建立40-41
• 2.4.3 體重、攝食及攝水量測定41-42
• 2.4.4 穿梭箱測試42
• 2.4.5 胸腺、腎上腺、脾臟的采集及臟器指數(shù)計(jì)算42-43
• 2.4.6 血漿皮質(zhì)酮水平及尼氏體染色43
• 2.4.7 人參皂苷提取物的制備及含量測定43-48
• 2.4.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理48
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-55
• 2.5.1 體重48-49
• 2.5.2 攝食和攝水量49-51
• 2.5.3 穿梭箱測試51-53
• 2.5.4 尾吊對大鼠臟器指數(shù)的影響53-55
• 2.5.5 尼氏體染色55
• 2.5.6 皮質(zhì)酮水平55
• 2.6 討論55-57
• 2.6.1 模型建立55-56
• 2.6.2 攝食、攝水和體重56
• 2.6.3 穿梭箱測試和血漿皮質(zhì)酮水平56-57
• 2.6.4 免疫功能57
• 2.6.5 海馬神經(jīng)元57
• 2.7 本章小結(jié)57-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 第3章 基于UPLC-QTOF-MS的非靶向代謝組學(xué)分析方法的建立62-93
• 3.1 藥品及試劑62
• 3.2 儀器和設(shè)備62-63
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法63-69
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)動物和樣本采集63-64
• 3.3.2 尿液樣品UPLC-QTOF-MS分析方法的建立64-66
• 3.3.3 血漿樣品UPLC-QTOF-MS分析方法的建立66-69
• 3.3.4 海馬樣品UPLC-QTOF-MS分析方法的建立69
• 3.4 結(jié)果69-89
• 3.4.1 尿液樣品分析方法優(yōu)化69-81
• 3.4.2 血漿樣品分析方法優(yōu)化81-88
• 3.4.3 海馬樣品分析方法建立88-89
• 3.5 討論89-91
• 3.5.1 尿液樣品89-90
• 3.5.2 血漿和海馬組織樣品90-91
• 3.6 本章小結(jié)91-92
• 參考文獻(xiàn)92-93
• 第4章 基于非靶向代謝組學(xué)的人參總皂苷改善模擬微重力導(dǎo)致的學(xué)習(xí)記憶功能減退機(jī)制研究93-122
• 4.1 藥品及試劑94
• 4.2 儀器與設(shè)備94
• 4.3 實(shí)驗(yàn)動物94
• 4.4 實(shí)驗(yàn)方法94-97
• 4.4.1 模擬微重力大鼠模型的建立及藥物干預(yù)94
• 4.4.2 尿液、血漿及海馬組織樣品的采集和前處理94-95
• 4.4.3 尿肌酐含量測定方法95
• 4.4.4 質(zhì)控樣品制備95
• 4.4.5 樣品分析95-96
• 4.4.6 數(shù)據(jù)處理及生物標(biāo)志物結(jié)構(gòu)鑒定96-97
• 4.5 結(jié)果97-115
• 4.5.1 尿肌酐含量97-100
• 4.5.2 代表性色譜圖100-104
• 4.5.3 分析方法驗(yàn)證104-106
• 4.5.4 模式識別和潛在生物標(biāo)志物鑒定106-114
• 4.5.5 生物標(biāo)志物結(jié)構(gòu)鑒定114-115
• 4.6 討論115-118
• 4.6.1 尿液中代謝物水平校正115-116
• 4.6.2 模擬微重力對整體代謝輪廓的影響116-118
• 4.7 本章小結(jié)118-119
• 參考文獻(xiàn)119-122
• 第5章 基于靶向代謝組學(xué)的人參總皂苷改善模擬微重力導(dǎo)致的學(xué)習(xí)記憶功能減退機(jī)制研究122-172
• 5.1 藥品及試劑123
• 5.2 儀器與設(shè)備123-124
• 5.3 實(shí)驗(yàn)動物124
• 5.4 實(shí)驗(yàn)方法124-132
• 5.4.1 模擬微重力大鼠模型的建立及藥物干預(yù)124
• 5.4.2 尿液、血漿及海馬組織樣品的采集和前處理124
• 5.4.3 靶向驗(yàn)證研究124-128
• 5.4.4 海馬組織神經(jīng)遞質(zhì)測定128-130
• 5.4.5 血漿氨基酸水平測定130-132
• 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果132-164
• 5.5.1 靶向驗(yàn)證研究132-147
• 5.5.2 海馬組織神經(jīng)遞質(zhì)測定147-155
• 5.5.3 血漿氨基酸水平測定155-164
• 5.6 討論164-168
• 5.6.1 靶向驗(yàn)證研究164-165
• 5.6.2 海馬神經(jīng)遞質(zhì)165-166
• 5.6.3 血漿氨基酸166-168
• 5.6.4 其他受影響的代謝通路168
• 5.7 本章小結(jié)168-169
• 參考文獻(xiàn)169-172
• 第6章 慢性睡眠干擾對學(xué)習(xí)記憶能力影響的代謝組學(xué)研究172-192
• 6.1 藥品及試劑173
• 6.2 儀器和設(shè)備173
• 6.3 實(shí)驗(yàn)方法173-177
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)動物173-174
• 6.3.2 慢性睡眠干擾小鼠模型制備174-175
• 6.3.3 行為學(xué)檢測175-176
• 6.3.4 血清和腦樣品的采集和制備176
• 6.3.5 統(tǒng)計(jì)分析176-177
• 6.3.6 LC-MS條件177
• 6.3.7 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理177
• 6.3.8 多元統(tǒng)計(jì)分析177
• 6.3.9 生物標(biāo)志物結(jié)構(gòu)鑒定177
• 6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果177-185
• 6.4.1 行為學(xué)測試,體重和生化指標(biāo)177-179
• 6.4.2 方法重復(fù)性和可靠性179-180
• 6.4.3 模式識別和潛在生物標(biāo)志物鑒定180-185
• 6.5 討論185-188
• 6.5.1 行為學(xué)評價(jià)185-186
• 6.5.2 生化指標(biāo)186-187
• 6.5.3 血清代謝物對慢性睡眠干擾的反應(yīng)187-188
• 6.6 本章小結(jié)188-189
• 參考文獻(xiàn)189-192
• 第7章 全文總結(jié)與展望192-196
• 7.1 主要研究結(jié)果192-193
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)193-194
• 7.3 展望194-195
• 參考文獻(xiàn)195-196
• 附錄196-197
• 致謝197-198
• 讀博期間的主要科研成果198-200

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黎陽;張鐵軍;劉素香;陳常青;;人參化學(xué)成分和藥理研究進(jìn)展[J];中草藥;2009年01期

，

本文編號：692169