化学计量学对生物代谢组学NMR谱图的研究

摘要

20 世纪90 年代Nicholson 等提出了“代谢组学”的概念，这是基于NMR 技术和模式识别方法的研究。而在测定NMR 的过程中，参杂了噪声信号；为了去除噪声在代谢分析中的影响，本文采用了小波分析。小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化性质，因此在复杂的生物NMR 信号处理中有着相当大的优势。 本文还探讨了模式识别方法在生物NMR 中的应用，首次将主成份分析、Fisher 判别分析应用到体液的代谢组学研究中。具体研究所涉及以下几方面的内容： 1. 对代谢组学及化学计量学的产生和发展进行了简单的描述。初步介绍了体液NMR 谱的特点、制备方法及实验技术。 2. 介绍了小波分析，并将其应用于对照组与三组注射药物的实验组大鼠体液NMR 实验毒理数据处理中。结果表明，与传统代谢组学相比，经过小波分析后的NMR 实验毒理数据在主成份分类中，分类效果更为明显。 3. 结合化学计量学中的Fisher 判别分析，对几种模型药物使大鼠血清核磁共振谱进行了代谢组学研究，得到了新的代谢产物信息。 4. 通过化学计量学方法建立了血清、尿液代谢数学模型，对稀土元素镧、铈生物效应进行了代谢组学研究。血清是通过小波分析、Fisher 判别分析建立代谢模型，尿液是通过小波分析、主成份分析建立代谢模型。分析模型药物代谢的数学模型,并根据体液中生化指标，对稀土镧、铈在体内与细胞、组织和器官的作用机理及急性毒性进行了有意义的探讨。结果表明，各剂量硝酸镧主要导致大鼠肝脏受损，且损害程度与剂量成正比关系；而高剂量硝酸铈不仅在48h 内造成大鼠肝脏的能量代谢(糖代谢、脂肪代谢)紊乱，并导致肾小管炎症和肾乳头坏疽。该模型不仅为阐明稀土的急性毒性和作用机制提供了一有意义的生化信息，而且提供了评价稀土急性毒性的新思路,可用于其它药物的毒理研究。