小鼠对拮抗前列腺素受体4的代谢应答研究

发布时间：2017-04-15 07:07

  本文关键词：小鼠对拮抗前列腺素受体4的代谢应答研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：前列腺素E2 (Prostaglandin E2,PGE2)是花生四烯酸通过环氧酶代谢的主要代谢产物,它广泛的存在于机体中,主要通过四种G蛋白偶联受体参与调节多种生理功能和疾病的发生发展。四种受体中,EP4在机体中的分布广泛。PGE2通过与EP4结合可以参与维持机体正常的生理功能,如免疫反应、血压调节、生殖以及胃肠道稳态,也可参与各种疾病的发生发展过程,如心血管疾病以及癌症。然而,目前人们对EP4生理功能的认识尚不完全清楚。前人大量的研究工作主要通过使用EP4激动剂、拮抗剂或者转基因模型来研究它在某种疾病状态下的功能及作用机制。然而,机体对这些处理的代谢应答规律尚无报道。为了研究拮抗EP4后生物体内源性整体代谢应答规律,本论文开展了以下几方面的研究：第一,研究了二甲基亚砜(DMSO)连续注射4周对小鼠体液和多器官代谢组的影响。结果发现,DMSO干预引起了小鼠尿液代谢组的显著改变,主要表现在肠道菌群的改变、胆碱代谢和三羧酸循环的上调。此外,血清中葡萄糖和丙酮酸的显著降低提示能量代谢上调。而DMSO对小鼠各器官代谢表型也产生了一定的影响,其中心肌代谢组的改变最明显,主要表现为胆碱代谢和氨基酸代谢的改变。这部分工作为以DMSO作为药物载体的研究提供了重要的代谢组学基础数据。第二,采用基于核磁共振(NMR)和气相-火焰离子化检测器(GC-FID)相结合的代谢组学研究方法,研究了三种剂量的EP4拮抗剂对小鼠体液(血清和尿液)以及肝脏代谢轮廓的影响。同时,我们还采用小鼠肝脏表达谱全基因组测序研究了高剂量EP4拮抗剂对小鼠肝脏转录组的影响。结果发现：1)三种剂量的EP4拮抗剂对小鼠血清和尿液代谢组影响均较弱,不具有连续性和剂量依赖性；2)中剂量和高剂量的EP4拮抗剂对小鼠肝脏内源性代谢影响较大,其中高剂量的影响包括：(A)小鼠肝脏中脂肪酸含量显著降低,转录组中与脂肪酸代谢相关的基因显著改变(INSIG2、SCD1、CD36、ACACB、RGS16等),提示肝脏中脂肪酸含量的降低源于脂肪酸氧化加强和合成受阻。(B)肝脏中代谢物GSSG以及基因GSTM3和CSAD水平的改变,提示肝脏中脂肪酸的过氧化引发了氧化应激。(C)肝脏和血清中胆碱含量的升高以及肝脏中基因CHKA水平的下调,说明磷脂酰胆碱合成被抑制以及胆碱的氧化代谢加强。(D)肝脏中尿嘧啶、黄嘌呤、次黄嘌呤等代谢物含量的升高和UPP2表达水平的上调,提示核苷酸分解代谢加速；肝脏中AMP、ADP和UMP等代谢物水平的降低以及基因CTPS2和ADK水平的下调,提示核苷酸的合成代谢受阻。(E)与维生素A、维生素B3和叶酸代谢相关基因表达改变(RETSAT、MTHFR、NAMPT和NNMT)。(F)肝脏中氨基酸代谢改变。(G)与花生四烯酸代谢相关的酶(ANG和CYP2B9)显著改变,提示花生四烯酸代谢网络受到影响。第三,研究了三种剂量EP4拮抗剂对小鼠肾脏、脾脏、心肌和睾丸代谢组的影响。三种剂量的EP4拮抗剂均对小鼠肾脏、脾脏、心脏和睾丸的代谢组产生了一定的影响,然而中剂量的影响较其它两种剂量影响大。EP4拮抗剂主要引起肾脏和脾脏、心肌中糖酵解被抑制,细胞膜受损以及渗透压调节失衡,同时导致脾脏和肾脏中大量氨基酸显著降低。这些结果表明,EP4拮抗剂引起小鼠多器官代谢通路的改变,包括能量代谢、氨基酸代谢、胆碱代谢以及核苷酸代谢。而这些代谢途径的改变可能与EP4正常的生理功能受到影响有关。综上所述,本论文采用基于NMR和GC-FID技术的代谢组学和转录组学相结合的方法,比较系统地研究了小鼠体液和多器官对EP4拮抗剂的代谢应答。这些结果能够加深我们对EP4生物功能的理解,并为发现其新功能提供线索。
【关键词】：前列腺素E_2受体4 二甲基亚砜 代谢组学 转录组学 脂肪酸
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q491.1
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 绪论14-40
• 1.1 EP4研究现状14-21
• 1.1.1 前列腺素E_2的体内合成及其受体14-15
• 1.1.2 EP4的结构、信号转导和分布15-18
• 1.1.3 EP4的生物学功能18-21
• 1.1.3.1 EP4与免疫调节18-19
• 1.1.3.2 EP4与心血管系统19
• 1.1.3.3 EP4与胃肠道19-20
• 1.1.3.4 EP4与肝脏20
• 1.1.3.5 EP4与肾脏20-21
• 1.1.3.6 EP4与癌症21
• 1.2 EP4拮抗剂21-23
• 1.3 代谢组学简介23-24
• 1.3.1 代谢组学的概念23
• 1.3.2 代谢组学研究方法及特点23-24
• 1.3.3 基于NMR的代谢组学研究流程24
• 1.4 核磁共振简介24-28
• 1.4.1 核磁共振的基本原理24-26
• 1.4.2 化学位移26-27
• 1.4.3 J耦合常数27-28
• 1.5 代谢组学常用的核磁谱28-33
• 1.5.1 常用的一维H谱29-31
• 1.5.2 常用的二维谱31-33
• 1.6 代谢组学数据的处理和分析方法33-40
• 1.6.1 数据预处理33-35
• 1.6.1.1 数据归一化33-34
• 1.6.1.2 数据标准化34-35
• 1.6.2 多变量统计分析方法35-38
• 1.6.2.1 PCA分析35-36
• 1.6.2.2 PLS-DA和OPLS-DA分析36-37
• 1.6.2.3 模型验证37-38
• 1.6.3 多重单变量分析38-40
• 2 药物载体二甲基亚砜对小鼠代谢组的影响40-66
• 2.1 引言40-41
• 2.2 实验材料和方法41-44
• 2.2.1 化学试剂41
• 2.2.2 实验动物41
• 2.2.3 实验方案41
• 2.2.4 样品采集41-42
• 2.2.5 样品的制备与检测42-44
• 2.2.5.1 用于NMR检测的样品制备42
• 2.2.5.2 样品的NMR检测42-44
• 2.2.6 ~1HNMR数据的分析方法44
• 2.2.6.1 数据的预处理44
• 2.2.6.2 多变量和多重单变量分析44
• 2.3 结果与讨论44-64
• 2.3.1 DMSO对小鼠血清和尿液代谢表型的影响44-60
• 2.3.2 DMSO对小鼠多种器官代谢表型的影响60-64
• 2.4 小结64-66
• 3 拮抗EP4对小鼠体液及多器官代谢的影响66-124
• 3.1 引言66-67
• 3.2 实验材料与方法67-71
• 3.2.1 化学试剂67
• 3.2.2 实验动物67
• 3.2.3 实验方案67
• 3.2.4 样品采集67-68
• 3.2.5 样品的制备和检测68-70
• 3.2.5.1 临床血生化检测68
• 3.2.5.2 用于NMR检测的样品制备68
• 3.2.5.3 用于GC-FID检测的肝脏样品制备68-69
• 3.2.5.4 用于表达谱全基因组测序的样品69
• 3.2.5.5 样品的检测69-70
• 3.2.6 数据的分析方法70-71
• 3.2.6.1 ~1H NMR数据的分析方法70
• 3.2.6.2 脂肪酸数据分析70
• 3.2.6.3 表达谱全基因组测序的数据分析70-71
• 3.3 结果与讨论71-124
• 3.3.1 临床血生化参数71
• 3.3.2. 拮抗EP4影响小鼠体液及肝脏代谢规律的研究71-98
• 3.3.2.1 拮抗EP4对小鼠体液及肝脏代谢组的影响71-84
• 3.3.2.2 拮抗EP4对小鼠肝脏脂肪酸代谢的影响84-85
• 3.3.2.3 拮抗EP4对小鼠转录组的影响85-91
• 3.3.2.4 讨论91-98
• 3.3.2.5 小结98
• 3.3.3 拮抗EP4对小鼠多器官代谢表型的影响98-124
• 3.3.3.1 肾脏104-109
• 3.3.3.2 脾脏109-113
• 3.3.3.3 心脏113-118
• 3.3.3.4 睾丸118-122
• 3.3.3.5 小结122-124
• 4 总结与展望124-126
• 4.1 总结124-125
• 4.2 展望125-126
• 参考文献126-140
• 附录A140-144
• 附录B144-154
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果154-15

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