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暴露組學是一門新興的研究領域，側重于分析和測量人類在一生中暴露于環(huán)境和生活方式因素的總體程度，以及這種暴露對人類健康的影響。其研究范圍包括化學物質，污染物，輻射，飲食和體育鍛煉等生活方式因素的暴露，以及可能影響健康和幸福的社會和經濟因素。暴露組學研究旨在更好地理解環(huán)境暴露和人類健康結果之間的復雜相互作用，以預防和減輕與此類暴露有關的疾病負擔。高分辨質譜技術作為一種強大的化學分析手段，被廣泛應用于暴露組學的相關領域研究中。

本次我們分享兩篇應用Orbitrap進行暴露組學相關研究的文章。

文章一

探究食源性多酚化合物

對于人體的暴露組學研究[1]

Part.1

研究背景

質譜非靶向代謝組學研究流程由于其檢測目標可涵蓋機體內的全部內源性代謝物、飲食攝入物以及環(huán)境污染物而被廣泛應用于暴露組相關物質的研究檢測?；谏鲜隽鞒趟鶞y得的生物樣品數(shù)據中可含有上萬個特征信號，雖然經過數(shù)據發(fā)掘和多數(shù)據庫比對，很多與宿主、微生物代謝以及常見環(huán)境暴露因素（包括煙草、藥品和環(huán)境污染物）的化合物可得到解析鑒定，但是數(shù)據中的大部分特征信號仍然為未知物，被稱為“代謝組學暗物質"(metabolomics dark matter)。

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考慮到日常飲食中大量植物成分的存在，上述暗物質中極有可能包括大量植物化學成分及其在人體、腸道微生物體內代謝產生的代謝物。本文作者以多酚類物質為切入點，研究食源性植物化學物質在人體內暴露情況。

Part.2

建立多酚類化合物譜圖庫

研究人員總結歸納了常見蔬菜水果中的已知多酚類物質清單，并參考相關食品組學文章中采用質譜分析所檢測到的多酚類物質，從而生成了目標化合物列表并收集到166種對照品。這些對照品包括57種苯甲酸、benjiaquan、苯環(huán)衍生物，12種肉桂酸，16種benyisuan，11種苯丙酸，9種嘌呤衍生物，8種馬尿酸，5種色氨酸-吲哚衍生物，3種吡啶甲酸，2種兒茶酚胺等。

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研究人員在Q Exactive HF-X高分辨液質聯(lián)用系統(tǒng)上建立了非靶向代謝組學方法測試多酚類化合物對照品，建立譜圖數(shù)據庫。166種對照品中有151種化合物可被質譜檢測到，其中90種可在正、負離子模式下同時被檢測到。

Part.3

檢測尿液和血漿中的

多酚類食源性代謝物

研究人員由美國兒童健康暴露分析資源組織(Child Health Exposure Analysis Resource, CHEAR)獲得參照尿液和血漿樣本。經過蛋白沉淀處理后，直接用于液質聯(lián)用分析。研究人員將代謝物鑒定結果分為三個等級：OL1(MS、RT和MS/MS匹配)、OL2a(MS和RT匹配)和OL2b(MS和MS/MS匹配)。最終，在人體尿液和血漿樣本中檢測到123種代謝物。

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Part.4

總 結

本文作者以多酚類化合物為例，描述了建立飲食暴露組數(shù)據庫(Dietary Exposome Library, DEL)的流程方法。通過不斷完善數(shù)據庫，有望進一步提高體內生物樣本中化合物的鑒定覆蓋率，闡明飲食暴露對于機體的影響。

文章二

膽汁淤積性肝病的暴露組學

與代謝組學研究[2]

Part.1

研究背景

原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)和原發(fā)性膽汁性膽管炎(PBC)作為罕見的膽汁淤積性肝病，由于對其病因認知不足，導致治療手段有限、預后效果差。尤其是肝毒性以及其他影響代謝的環(huán)境物質在疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的可能作用仍然缺乏研究。

本文作者應用暴露組學-代謝組學相結合的方式來揭示PSC和PBC的潛在致病因素。通過全暴露組關聯(lián)分析(exposome-wide association study, EWAS)檢測包括農藥、添加劑、持續(xù)污染物等環(huán)境物質暴露，分析環(huán)境物質在PSC和PBC發(fā)生過程中的作用。通過全代謝組關聯(lián)分析(metabolome-wide association studies, MWAS)探究體內代謝途徑在PSC和PBC疾病狀態(tài)下的變化和差異。

Part.2

全暴露組關聯(lián)分析

研究人員應用Q Excative GC Orbitrap 高分辨氣質聯(lián)用儀對病人、健康人的血漿樣本中的環(huán)境物質進行非靶向分析。在數(shù)據處理方面，非靶向數(shù)據經過log2-轉換、四分位差歸一化處理，統(tǒng)計模型考慮年齡、性別等因素的影響，探究環(huán)境物質與PSC、PBC的關聯(lián)。研究人員將錯誤發(fā)現(xiàn)率(false discovery rate, FDR)限值設置為20%，篩選出54個與PSC相關的物質。作為差異paiming前6位的物質，C-256通過NIST 2017數(shù)據庫匹配，被鑒定為氨基甲酸酯類農藥芽根靈(terbucarb)。值得注意的是，在非靶向分析中，未找到與PCB相關的環(huán)境 物質。

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同時，研究人員還通過Q Excative GC Orbitrap 高分辨氣質聯(lián)用儀和Orbitrap Exploris系列高分辨液質聯(lián)用儀對血漿中的環(huán)境物質進行了554種物質靶向分析。最終通過GC-HRMS和LC-HRMS分別檢測到55種和71種環(huán)境物質。將P < 0.05 作為差異物質篩選條件，分別發(fā)現(xiàn)12種和8種與PSC、PBC相關的環(huán)境物質。

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Part.3

全代謝組關聯(lián)分析

研究人員在Orbitrap Exploris系列高分辨液質聯(lián)用平臺上，采用HILIC和反相色譜兩種分離模式對80個PSC病人和40個健康人血漿樣本中的內源性代謝物進行分析檢測，分別檢測到了11634個和9109個特征信號。其中，有1204個特征信號與PSC相關。對40個PBC病人和40個健康人血漿樣本中內源性代謝物分析中，HILIC和反相色譜分離模式分別檢測到了11729個和9294個特征信號，其中703個特征信號與疾病相關。經代謝通路識別分析發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，PSC病人和PBC病人分別有27條和10條代謝通路中的代謝物含量發(fā)生顯著上調，9條代謝通路在兩種疾病條件下都發(fā)生變化，其中膽汁酸生物合成是兩種疾病條件下變化最為明顯的代謝通路。

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Part.4

EWAS × MWAS

研究人員通過網絡分析檢查環(huán)境物質與內源性代謝通路間的關聯(lián)。在PSC和PBC兩種疾病狀態(tài)下，相互作用網絡中分別生成了3個和2個聚類節(jié)點。其中，對于PSC分析最大的網絡節(jié)點為氨基甲酸酯類農藥芽根靈，該節(jié)點涵蓋大多數(shù)氨基酸相關通路、類花生酸代謝以及核酸代謝通路。

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Part.5

總 結

本文將高分辨液相質譜平臺和高分辨質譜平臺聯(lián)用，對罕見肝病病人和健康人的血漿樣本進行了暴露組學和代謝組學分析，揭示了外源性環(huán)境污染物對于膽汁淤積性肝病發(fā)生的影響。