代谢组学方法研究家猫在不同营养干预下机体的代谢应答

摘要

在现代，家猫已经成为最受人们欢迎的宠物之一。在进化过程中，家猫形成了特殊的代谢途径，使其具有一些不同于其他植食性或杂食性动物的营养需求。比如家猫每日所需的蛋白质含量是普通哺乳动物的2-3倍。这缘于家猫体内缺少调控氮元素合理代谢的酶，因而不能保留维持健康所需的氮元素，需要依靠从食物中大量获取氮。除此之外，某些代谢通路中的关键酶活性比较特殊，导致家猫需要一些特异的氨基酸，在饲料中需要特别添加牛磺酸和精氨酸。家猫体内代谢烟酸前体物的酶活性过高，将烟酸前体分解形成其他化合物，饲料中还特别需要补充烟酸。家猫还容易患上代谢性疾病，如肥胖、慢性肾衰等。研究家猫的营养状态，不仅对宠物食品工业发展有帮助，也对人类进一步了解肥胖等代谢性疾病提供科学依据。基于上述问题，希望采用一种无创伤、动态的系统研究方法来评价机体对不同营养干预的应答状态，从而建立客观的评价标准，为疾病的防治提供科学的理论依据。 代谢组学又称代谢物组学，是研究机体代谢产物谱变化的一种新的系统方法。作为一种“组学”科学，它借助高通量、高灵敏度与高精确度的现代分析技术，分析细胞、组织和其它生物样本如血液或尿液中内源性代谢物的整体组成，并通过其复杂的、动态的变化来辩识和解析被研究对象的生理病理状态。代谢组是蛋白质组、转录组和基因组总体表达的结果，直接反映组织的生化状态，能够较灵敏地刻画生命体生理病理的变化，对于阐明生命复杂系统具有极为重要的意义。其最主要的特征就是高通量的实验和大规模的计算，从系统生物学的角度出发，全面地综合地考察机体代谢的变化。 本论文建立了代谢组学方法评价和研究家猫对不同营养干预的应答效果，主要内容如下： 1. 建立不同营养干预的代谢组学评价方法，采用核磁共振（1H NMR）的分析方法测定给予不同含量蛋白饲料的家猫尿样，得到尿中小分子代谢物的指纹图谱，结合模式识别和多维统计分析(PCA和PLS-DA)方法计算，揭示高蛋白和低蛋白饲料营养干预前后以及不同含量蛋白饲料干预组之间家猫尿液内源性代谢物水平的差异。进一步利用KEGG等代谢网络数据库，寻找与家猫给予高、低蛋白饲料干预组之间相关的代谢物，结果发现代谢物如牛磺酸、尿素等物质的相对含量产生显著变化，从这些变化可初步推测机体系统对营养干预的应答。因此，从代谢物的角度证实营养干预对机体的影响。 2. 建立快速、高效的固相萃取-二维核磁共振（2D NMR）联用的方法分析家猫尿液中的猫尿酸和异乙酰甘氨酸。采用二维核磁共振方法，结合新型统计方法STOCY确认家猫尿液中的两种特殊化合物，其中异乙酰甘氨酸在家猫尿液中属首次发现。