基于脂质代谢组学技术的骨蚀灵胶囊干预激素诱导股骨头坏死的机制研究

The study is further research based on a previous project funding by the Special Funds of the National Natural Science Foundation of China. In previous research, disorder of lipid metabolism was confirmed to be one of the important links about the mechanism of femoral head necrosis, which is induced by hormone. And Gushiling (GSL), one kind of traditional Chinese medicine, also has been provided to have excellent efficacy for prevention the glucocorticoid-induced femoral head necrosis via lipid metabolism. But the detailed mechanism is still unclear. There are still some problems need to be explored, such as how to regulate lipid metabolism of GSL, Which biomarkers in lipid metabolism are mainly affected by GSL, what kind of correlation between the biomarkers and the gene expressions related with lipid metabolism. Therefore, based on the theory of lipid metabonomics, metabolic profiling spectrum will be built using UPLC-TOF/MS in this project, and then PCA and PLS-DA will be used as main data analysis methods. Through the difference between before and after GSL treatment with femoral head necrosis were explored and specific targets were qualitative and quantitative analyzed, the potential biomarkers will be determined and applied in the characterization of the occurrence and development of femoral head necrosis and the evaluation of GSL efficacy. Finally, integrated bioinformatics analysis is carried out in the lipid metabolism biomarkers and related-gene expression data to elucidate the mechanism of GSL treatment glucocorticoid-induced femoral head necrosis, from different levels and depth in biological metabolism.

本研究是前国家自然科学专项基金项目的继续与深入，前期研究已证实脂质代谢紊乱是激素诱导股骨头坏死机制中的重要环节；中药骨蚀灵胶囊通过调节脂质代谢可有效地预防激素性股骨头坏死，但其作用机制尚不清楚。骨蚀灵是如何调控脂质代谢、主要影响哪些脂质代谢生物标志物以及与脂质代谢相关基因表达的关系还有待进一步探讨。因此，本项目拟基于脂质代谢组学理论，以超高效液相色谱-飞行时间质谱（UPLC-TOF/MS）为核心技术,以主成分分析法（PCA）和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)为数据解析主要手段，建立激素诱导股骨头坏死干预前后的生物体代谢轮廓谱，通过比较其差异变化及特定靶标的定性、定量分析，确定能够表征激素性股骨头坏死发生、发展和评价中药骨蚀灵干预药效的潜在生物标记物；并通过与脂质代谢基因mRNA表达的整合生物信息学分析，从生物体内代谢层面的不同层次、不同深度阐释骨蚀灵干预激素诱导股骨头坏死的作用机制。

激素性股骨头坏死（SANFH）是临床上致残率极高的疑难病和多发病，已引起了国内学者的高度重视。以往研究证明糖皮质激素是诱发股骨头坏死的首要原因，脂质代谢紊乱是SANFH发病的重要病理学基础。. 针对目前还不十分明确激素诱导股骨头坏死的“风险因子”， 缺乏对SANFH发生风险的评估与监测；药物防治SANFH的作用的“靶点”也不明确，激素诱导股骨头坏死发生及药物预防机制尚不清楚等问题，课题组基于脂质代谢组学理论，以超高效液相色谱-飞行时间质谱（UPLC-TOF/MS）为核心技术,以主成分分析法（PCA）和偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)为数据解析主要手段，建立了激素诱导股骨头坏死早期及药物干预前后的生物体代谢轮廓谱。通过比较其差异变化及特定靶标的定性、定量分析，最终验证含有磷脂的PC（36:3），PC（20:1），PC（36:2），PC（34:2），PC（19:0），PC（20:2），PE（16:0），LysoPC（16:1），PC（16:1）和PC（40:6）10种代谢产物与早期激素性股骨头坏死的发生发展密切相关，可被认为是引起SANFH“风险因子”， 这对监测SANFH发生风险，提高早期防治效果有着重要意义；通过生物通路分析揭示了激素引起脂代谢紊乱的8个主要的代谢途径（氨酰-tRNA生物合成，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，甘油磷脂代谢，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成，亚油酸代谢，色氨酸代谢，苯丙氨酸代谢和α-亚麻酸代谢），为探讨激素诱导股骨头坏死的发生及药物预防机制提供了科学依据；另外研究发现激素导致含有磷脂的LysoPC（14:0）、LysoPC（16:1）、LysoPC（22:6）、PC（38:7）、PC(36:1)、Lyopc(18:1)和PC(40:8)7种代谢产物减少，磷脂降低可导致细胞膜通透性增加而发生骨细胞凋亡；而局部微环境的缺血缺氧改变又影响Bcl-2mRNA、GR-αmRNA、HIF-1αmRNA的表达，使直接诱导骨细胞凋亡的作用增强。基于上述研究，我们认为中药骨蚀灵胶囊调节脂质代谢、抑制脂肪生成和延缓骨细胞凋亡是预防SANFH的重要机制。