基于UPLC-MS/MS的股骨头坏死骨组织外泌体代谢组学分析

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kangcj66
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背景:股骨头坏死(Osteonecrosis of the femoral head,ONFH)是一种可导致股骨头塌陷进而发生髋关节残疾的疾病,其中,30%-70%的病例出现双侧坏死,该病严重影响患者的生活,给社会带来极大的经济负担。然而,ONFH的确切发病机制仍不清楚,大部分患者最后仍需行全髋关节置换手术(THA)。许多研究证实,外泌体在骨关节疾病中发挥了积极的意义。骨组织中所有细胞均能分泌外泌体,其内容物的装载是由骨组织内细胞的状态决定的。因此,外泌体内容物的变化可以反映骨组织细胞内的生理变化。目前,尚无关于ONFH外泌体内代谢物变化的研究。代谢组学是最常用于分析代谢物变化的技术,它是基于分析化学技术,对代谢产物进行准确而又高效地定性或者定量分析。因此,运用超高效液相色谱/串联质谱(UPLC-MS/MS)技术研究股骨头坏死骨组织外泌体的代谢特征,这有助于我们发现疾病的新的代谢变化机制。目的:通过分析来源于股骨头坏死组织的外泌体内的代谢特征,阐释ONFH疾病的代谢变化,探究其发生重要改变的代谢通路,为研究ONFH的发病机制和治疗方法提供理论依据。方法:1、收集30例股骨头坏死(ONFH)骨组织和30例股骨颈骨折(FNF)骨组织标本,对每例患者进行X射线,核磁共振(MRI)和组织学检查,明确诊断。2、将股骨头组织标本研磨后,利用超速离心法提取外泌体。将提取出来的外泌体用动态光散射仪(DLS)、透射电子显微镜(TEM)和蛋白质印迹法鉴定。3、使用超高效液相色谱/串联质谱(UPLC-MS/MS)分析ONFH外泌体的代谢物谱,并对代谢数据进行主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)来分析外泌体的代谢谱,并找到其中变化明显的代谢物。4、筛选出变化最明显的代谢物作为潜在的诊断标志物,进行受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析,评估其诊断意义。5、通过Metaboanalyst数据库分析变化明显的代谢物,从而确定其代谢通路并进行可视化。结果:1、成功收集30例ONFH骨组织和30例FNF骨组织标本。对比每例患者的X射线,核磁共振(MRI)和组织学检查结果,确认诊断正确。2、DLS的结果显示,这些外泌体的大小大都在30 nm-150 nm之间。TEM分析显示外泌体为双层脂质包裹,类圆盘状形态,大小在100nm左右。Western blot显示外泌体的标记物CD9、TSG101、CD63和ALIX显著富集。以上结果表明组织中的外泌体已成功分离。3、外泌体样本经上述条件分析后得到的数据,经处理后得到PCA图。结果显示,来自于ONFH的外泌体的成分和来自于FNF的外泌体的成分在维度上,两者有一定的分离趋势。OPLS-DA运用正交偏最小二乘判别分析建立代谢物表达量与样品类别之间的关系模型,来实现对样品类别的预测。模型评价参数R~2Y、Q~2分别为0.749、0.724,R~2Y和Q~2均大于0.5,表明模型稳定可靠。4、差异代谢物的生物信息学分析显示,在来源于ONFH和FNF的外泌体之间检测到45种差异代谢物。我们筛选出赖氨酸、溶血磷脂、脯氨酸和磷脂酸作为潜在的生物标志物。5、代谢通路分析显示,在来自于ONFH的外泌体中,核黄素代谢、泛酸和辅酶a生物合成和甘油磷脂代谢改变最为显著。结论:我们的研究通过对ONFH患者组织提取的外泌体进行代谢谱分析,并构建了PCA和OPLS-DA模型,共鉴定45种差异代谢物。确定了4种潜在的生物标志物(赖氨酸、溶血磷脂、脯氨酸和磷脂酸)。代谢通路分析显示,在来自于ONFH的外泌体中,核黄素代谢、泛酸和辅酶a生物合成和甘油磷脂代谢与ONFH最相关。
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