组合式离子化RRLC-MS/MS方法与1H NMR技术的肺癌血浆代谢组学分析方法研究

摘要

本论文重点采用快速高分辨液相色谱系统（RRLC）与MS/MS联用的高通量分析技术，通过考察电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)和大气压光致电离(APPI)三种离子化方法获取健康人血浆中小分子代谢物信息的差异，建立了ESI与APPI相结合的组合式离子化RRLC-MS血浆代谢组学分析方法。同时利用RRLC-MS的快速、高灵敏、高选择性和高通量等特点，以及1H NMR技术检测无偏向性、结构鉴定能力强的优势，开展了RRLC-MS/MS与1H NMR技术整合的肺癌血浆代谢组学分析，力求获取更全面的差异代谢物信息，为肺癌的临床疗效评价及预后分析等提供潜在的小分子生物标志物。
　　 本研究通过分析健康志愿者与肺癌患者治疗前血浆代谢组的差异，分别发现66个（由RRLC-MS方法）和12个（利用1H NMR技术）与肺癌诊断相关的可能生物标志物。进一步通过肺癌患者治疗前、治疗后血浆样品的代谢组差异分析，寻找对治疗敏感的可能标志物;同时对上述标志物在健康志愿者组、癌症患者不同疗效组中治疗前、治疗中期、治疗后的变化规律进行了考察与分析。目前，由RRLC-MS方法发现了33个肺癌治疗敏感的可能标志物，并寻找到与疗效评价密切相关的10个可能标志物;另由1H NMR方法发现了10个治疗敏感标志物，其中包括8个与疗效评价密切相关的可能标志物。本研究结果表明“组合式”离子化RRLC-MS方法可以较好地弥补单一离子化质谱技术检测的离子化歧视及离子化效率差异的缺点，可获得更全面的生物标志物信息;此外，结合1H NMR的优势，构成综合性分析技术体系，进一步完善了血浆代谢组学分析方法。
　　 本论文的研究内容主要包括以下三部分:
　　 1.适用于血浆代谢组学的组合式离子化RRLC-MS分析方法研究
　　 采用正负离子电离模式的ESI、APCI和APPI-MS三种离子化RRLC-MS方法，选择健康人血浆，系统考察了不同离子化方法获取代谢物信息的能力，研究结果表明，“组合式”离子化的RRLC-MS/MS方法可获得更为全面的内源性代谢物信息。通过进一步分析三种方法对不同类型代谢物检测灵敏度的差异，发现ESI与APPI结合的组合式离子化方法，可以较好地满足血浆代谢组学研究中全面地获取代谢物信息及高通量分析的要求。
　　 2.组合式离子化RRLC-MS方法在肺癌血浆代谢组学研究中的应用
　　 采用电ESI与APPI二种离子化方式相结合的组合式RRLC-MS方法，结合多变量统计分析，开展了肺癌患者血浆代谢组学研究。通过健康人与肺癌患者治疗前血浆样本的代谢组分析，发现66个与肺癌诊断相关的可能生物标志物，并鉴定出其中27个标志物的结构。然后，通过分析肺癌患者治疗前与治疗后样本组的代谢组差异，筛选出33个对治疗敏感的可能标志物;进一步考察这些代谢物在健康组、治疗前、治疗中期、治疗后的变化规律，最终筛选并鉴定出10个与肺癌治疗及预后密切相关的可能生物标志物，分别是脂酰肉碱carnitine10∶0、溶血磷脂酰胆碱sn-1lysoPC(16∶1)、sn-2 lysoPC(18∶2)、sn-1 lysoPC(16∶0)、谷氨酰胺（glutamine）、硫酸脱氢表雄酮(DHEAs)、硫酸雄甾酮(androsterone sulfate)、油酸(oleic acid)、亚油酸(linoleic acid)、葡萄糖(glucose)。本研究结果表明，组合式离子化方法能较好地克服单一离子化质谱技术面临的离子化歧视和离子化效率差异的缺点，在获取不同极性代谢物信息方面不仅存在互补性，而且还可以互相验证共同检测到的生物标志物的可靠性。
　　 3.基于1H NMR技术的肺癌血浆代谢组学研究
　　 在上述研究基础上，采用1H NMR技术，结合多变量统计分析，进一步开展了肺癌血浆代谢组学研究。通过分析健康人与肺癌患者治疗前血浆代谢组的差异，寻找到12个可能的诊断标志物。然后，分析肺癌患者治疗前与治疗后的血浆样本，发现了10个对治疗敏感的代谢物，进一步考察这些代谢物在健康组、治疗前、治疗中期、治疗后的变化规律，筛选出8个与肺癌疗效评价相关的可能生物标志物，分别是柠檬酸(Citrate)、醋酸(Acetate)、葡萄糖(Glucose)、谷氨酰胺(Glutamine)、丙酮酸(Pyruvate)、磷脂胆碱类(Phospholipids choline)、缬氨酸(Valine)、胞嘧啶核苷（Cytidine）。
　　 本研究采用RRLC-MS与1H NMR两种不同分析技术开展肺癌血浆代谢组学的研究，共同发现葡萄糖、谷氨酰胺及磷脂胆碱类等3种内源性代谢物与疗效评价密切相关，这进一步验证了上述3种小分子标志物的可靠性;此外，这两种分析技术还分别发现了各自特有的疗效评价标志物。这些结果表明，将LC-MS与NMR两种分析技术联合应用于代谢组学研究中，不仅可以相互验证所发现的生物标志物，同时通过发挥各自技术上的优势，有利于获取更加全面、可靠的可能生物标志物，有望为肺癌的临床疗效评价及预后分析等提供潜在的小分子标志物及其重要依据。

目录

缩略语

摘要

第一章 绪论

1 代谢组学概述

1．1 前言

1．2 代谢组学的研究步骤及主要内容

1．3 主要分析技术

2 肺癌及其代谢组学研究概述

2．1 简介

2．2 代谢组学在肺癌诊断与治疗中的研究进展

3 研究目的及主要研究内容

3．1 研究目的

3．2 研究内容

参考文献

第二章 适用于血浆代谢组学的组合式离子化RRLC-MS分析方法研究

1 前言

2 实验部分

2．1 样品及试剂

2．2 样品及质控样品制备

2．3 实验仪器与条件

2．4 数据处理

3 结果与讨论

3．1 方法精密度与回收率

3．2 血浆代谢轮廓谱分析

3．3 结构鉴定

3．4 RRLC-ESIMS特有代谢物的分析

3．5 RRLC-APCIMS与RRLC-APPIMS特有及共有代谢物的分析

3．6 正负离子模式的三种离子化RRLC-MS方法检测到共有离子的分析

4 小结

参考文献

第三章 组合式离子化RRLC-MS方法在肺癌血浆代谢组学研究中的应用

1 前言

2 实验部分

2．1 样品及试剂

2．2 样品制备

2．3 实验仪器与条件

2．4 数据处理

2．5 生物标志物的结构鉴定

3 结果与讨论

3．1 数据可靠性验证

3．2 肺癌诊断标志物的寻找

3．3 肺癌治疗相关生物标志物的寻找

3．4 小结

参考文献

第四章 基于1H NMR技术的肺癌血浆代谢组学研究

1 前言

2 实验部分

2．1 样品及试剂

2．2 样品制备

2．3 实验仪器

2．4 NMR数据采集

2．5 数据预处理与多元统计分析

2．6 差异代谢物的筛选与结构鉴定

3 结果与讨论

3．1 肺癌诊断标志物的发现

3．2 肺癌治疗相关标志物的发现

3．3 小结

参考文献

第五章 总结

发表论文及参加学术会议情况

附录Ⅰ

附录Ⅱ

致谢

声明