研究血管稳态与重构分子机制的代谢组学新技术

This project is aimed to develop novel methods for the comprehensive metabolomic analyses in vascular homeostasis and remodeling employing the combined multiple-technologies. It is particularly emphasized on developing the novel ultra-sensitive probes for vascular metabolites and constructing databases for the structure-property relationships for these probes. Novel methods will be developed for simultaneous and quantitative analyses of all metabolites in some multiple pathways, targeted metabolites with specific biological functions and all metabolites in some important dynamic networks. Methods will further be developed for vascular tissue and cellular metabolomic analysis in situ. Both in situ and ex situ methods will be developed for de novo structural determination of completely unknown metabolites in vascular tissues and cells. Metabolomes containing a few thousands metabolites will be quantitatively measured for several mammalian samples relevant to cardiovascular diseases and databases will be constructed. These will provide key metabolomics techniques and basic data for understanding the mechanism of vascular homeostasis and remodeling. The research proposed here all fit in the relevant directions (e.g., systems biology approaches, cross-disciplinary techniques and methods) encouraged by this key program of the National Natural Science Foundation of China.

本项目拟以心脑血管疾病发生发展机制和代谢组学关键问题为牵引，有机结合核磁共振等多种技术，发展用于血管稳态与重构代谢调控机制研究的代谢组综合分析技术体系。创制超灵敏多功能代谢物分析探针群并构建其综合信息库，发展代谢组的超灵敏定量测量新技术；建立多个代谢途径中全部代谢物的同步定量分析与动态代谢网络定量分析技术。发展血管组织与细胞代谢组的原位分析及可视化技术；建立动物组织中微量完全未知代谢物的绝对结构确定技术，实现具有特定功能目标代谢物群的原位选择性定量测量；发展微量组织与细胞代谢组的定量分析等创新技术体系。定量测量动物组织等几种样品中千余种代谢物并建立该代谢组的综合信息数据库。为研究心脑血管疾病发生发展的分子机制建立关键新技术与基础数据，为血管稳态与重构调控机制重大研究计划提供技术支撑。本项目属于此重大研究计划本年度“鼓励系统生物学理论和方法、多学科交叉研究新技术与新方法”的资助方向。

本项目针对血管稳态与重构机制研究的特点与需求及面临的一些代谢组学关键技术问题，发展建立了体液等样品代谢组的一系列综合分析技术。重点创制了用于代谢组超灵敏定量分析的多功能探针群，解决了代谢组测量分析中的选择性、灵敏度与分辨率等关键问题；进而发展了多个代谢途径中多种代谢物的同步定量测量分析技术。具体而言，项目发展建立了基于稳定同位素标记示踪技术的动态代谢网络定量分析技术；发展建立了适合多种样品（血、尿、组织、细胞）、涵盖多种代谢物、快速（15分钟）、高灵敏（检测限达10^-15mol）、覆盖数十条代谢途径的同步定量技术；建立了30种胆汁酸、120多种类花生酸的同步定量技术；进一步发展建立了适用于微量完全未知代谢物绝对结构的准确鉴定的UHPLC-DAD-SPE-CryoNMR-QTOFMS联用技术、代谢组与蛋白质组及微生物组等数据结合分析技术，还发展了代谢流快速定量分析技术等，并将上述方法用于多个与重大疾病相关的细胞与动物模型研究。