基于UPLC/Q-TOF MS技术的钙缺乏尿液代谢组学研究

钙缺乏是一种世界性的公共卫生问题，给各国带来沉重的经济和社会负担，引起世界各国的广泛关注。现在的钙缺乏诊断方法主要针对钙缺乏晚期，而且还有许多不足之处，不能对早期的（亚临床期）钙缺乏做出诊断，也不能清晰的解释钙缺乏早期给机体究竟造成哪些伤害。因此，非常有必要建立一种新的、灵敏的、全面系统的检测和评价机体钙水平技术和方法。代谢组学主要是研究生物整体对由于病理生理刺激或基因突变所引起的体内代谢产物的动态变化规律，即使是微小的扰动，清晰的反映机体的代谢途径的变化和生理病理改变的相互关系的一门学科，正是满足上述客观需要的关键性技术方法。本项目通过基于UPLC/Q-TOFMS的技术对钙缺乏大鼠和钙缺乏人群的尿液进行代谢组学研究，寻找钙缺乏的生物标志物和代谢途径以及动态的观测钙缺乏对尿液代谢产物的影响，建立快速的灵敏的钙缺乏诊断标准，为钙缺乏的早期营养干预提供理论支持。

目的：本研究利用代谢组学从尿液中筛选钙缺乏和佝偻病生物标志物，建立无创的诊断方法并解析生物标志物的生物学意义。 .方法：利用基于超高效液相色谱和四级杆飞行时间质谱联用仪对钙缺乏大鼠进行尿液代谢组学分析，利用建立整合的生物标志物筛选方法筛选可靠的生物标志物：多元统计分析和随时间变化趋势筛选潜在的生物标志物，重复低钙膳食实验和代谢组学分析和钙缺乏大鼠前后尿液代谢组学分析。并在人群尿样中验证实验结果。.佝偻病代谢组学研究主要分两步。生物标志物筛选步骤：尿液代谢组学区分佝偻病和正常婴幼儿尿样，筛选佝偻病生物标志物。生物标志物验证步骤：在另外一个人群验证标志物的诊断能力。通过代谢通路分析解析佝偻病生物标志物的生物学意义，解析其发病机制。.结果：血生化指标、骨密度检测和钙平衡试验证明成功的建立钙缺乏模型。尿液代谢组学分析说明低钙膳食导致机体代谢产生了变化，最终确定27个可靠的钙缺乏生物标志物。具有合理变化趋势的生物标志物能够准确的评价不同钙缺乏状态。代谢通路分析发现钙缺乏可导致一系列代谢紊乱，其中脂肪酸ω氧化代谢异常、三羧酸循环受损和嘌呤核苷酸分解代谢异常属首次发现。在70例绝经期女性尿中，发现了假尿苷和柠檬酸的浓度与钙摄入量有较强的相关性，说明这两种物质是可靠的钙缺乏生物标志物。.佝偻病尿液代谢组学筛选实验发现31个生物标志物，依据VIP值、标准品验证和临床检测难易度，筛选出5个生物标志物作为佝偻病诊断候选生物标志物。经过不同组合比较，筛选磷酸和癸二酸的组合用于佝偻病的诊断。验证试验验证癸二酸和磷酸组合可以用于佝偻病的无创诊断。代谢通路分析发现5个新的代谢通路可能与佝偻病相关；钙缺乏可能是佝偻病的主要病因。.结论：首次通过尿液代谢组学对钙缺乏和佝偻病进行研究，鉴定出27个钙缺乏生物标志物和31个佝偻病生物标志物，其中两个标志物联合可用于佝偻病的无创诊断。生物标志物代谢通路分析，首次发现钙缺乏和佝偻病导致机体产生了一系列代谢异常，进一步加深了对钙缺乏和佝偻病的分子机制的了解，发现佝偻病与钙缺乏密切相关。