大鼠暴露塔大鼠口鼻给暴露系统

本文由中国药科大学药物代谢与药代动力学重点实验室天然药物国家重点实验室所作，发表于DRUG METABOLISM AND DISPOSITION （2018）46:53–65。 胃肠道和中枢神经系统之间的双向沟通途径，称为“肠-脑轴”，其与脑损伤的治疗越来越相关。尽管血浆和大脑暴露浓度水平极低，三七总皂苷提取物(PNE)仍是预防和治疗心脑血管缺血性疾病的常用药物。迄今为止，PNE神经保护作用的潜在机制在很大程度上仍然未知。本文通过研究PNE对胃肠微生物群落和γ-氨基丁酸(GABA)受体的调节，系统地探明了PNE的神经保护作用。 结果表明，PNE预处理对大鼠局灶性脑缺血/再灌注(I/R)损伤有显著的神经保护作用，但对无菌大鼠的保护作用减弱。PNE预处理可显著防止I/R手术引起的长双歧杆菌(Bifidobacterium longum, B.L.)下调，B.L.定植也可发挥神经保护作用。更重要的是，PNE和B.L.均可上调I/R大鼠海马GABA受体的表达，同时给予GABA-B受体拮抗剂可显著减弱PNE和B.L.的神经保护作用。上述研究表明，PNE的神经保护作用可能主要归因于其对肠道菌群的调节，口服PNE也可通过上调GABA-B受体用于I/R损伤的治疗。使用仪器：岛津LCMS-8050 图1 正常、I/R模型和I/R + PNE大鼠(n = 6/组)的TTC染色脑冠状切片(A)、梗死体积(B)和神经功能缺损评分(C)。PGF、PGF + I/R模型和PGF + I/R + PNE大鼠(n = 6/组)的TTC染色脑冠状切片(D)、梗死体积(E)和神经功能缺损评分(F)。大鼠海马中IL-1b水平(*P，0.05，**P，0.01 vs对照组，#P，0.05 vs I/R组，# P，0.01 vs I/R组) (G)，大鼠海马中IL-6水平(**P，0.01 vs对照组，#P，0.05 vs PGF+I/R组，# P，0.01 vs I/R组) (H)和大鼠海马中BDNF水平(*P，0.05 vs对照组，# P，0.05 vs I/R组) (I) (n = 6/组) 图2 B.L.的神经保护作用(n = 6/组)。(A) TTC染色的脑冠状切片、(B)梗死体积、(C) 神经功能缺损评分、(D) IL-1b、(E) IL-6、 (F) TNF-a、 (G) BDNF (*P，与对照组比较0.05，# P，与I/R组比较0.05) 图3 Western blotting检测PNE和B.L对GABA-B受体(R1、R2)表达的影响(n = 6/组)。(A) GABA-B R1、GABA-B R2、GAPDH对应的蛋白带 (B) GABA-B R1蛋白表达的灰度分析 (C) GABA-B R2蛋白表达的灰度分析。(*P, 0.05 vs对照组，#P, 0.05 vs I/R组，##P, 0.01 vs I/R组) 图4 GABA-B受体拮抗剂对PNE疗效的影响(n = 6/组)。(A) TTC染色的大脑冠状面、(B)大鼠大脑梗死体积、(C)大鼠神经功能缺损评分、(D) IL-1b水平、(E) IL-6水平、(F) TNF-α水平(* P, 0.05) 因此，本研究结果表明，I/R手术改变了肠道菌群，下调了B.L的数量，B.L水平的下降导致GABA受体表达的下调。PNE预处理后可在一定程度上预防肠道菌群I/R相关的变化，显著提高B.L的相对丰度。B.L水平的升高可上调大鼠海马GABA-A和GABA-B受体的表达，而GABA-B受体的上调在缺血性脑损伤中起保护作用。据我们所知，这是首篇阐明PNE涉及肠道微生物群的大脑保护作用的报告。值得注意的是，B.L在PNE通过上调GABA-B受体治疗脑I/R中起着关键作用。 文献题目《Low Cerebral Exposure Cannot Hinder the Neuroprotective Effects of Panax Notoginsenosides》 使用仪器岛津LCMS-8050 作者Haofeng Li, Jingcheng Xiao, Xinuo Li, Huimin Chen, Dian Kang, Yuhao Shao, Boyu Shen,Zhangpei Zhu, Xiaoxi Yin, Lin Xie, Guangji Wang, and Yan Liang Key Laboratory of Drug Metabolism and Pharmacokinetics, tate Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, Nanjing, China

文献分享篇 暴露组学是一门新兴的研究领域，侧重于分析和测量人类在一生中暴露于环境和生活方式因素的总体程度，以及这种暴露对人类健康的影响。其研究范围包括化学物质，污染物，辐射，饮食和体育锻炼等生活方式因素的暴露，以及可能影响健康和幸福的社会和经济因素。暴露组学研究旨在更好地理解环境暴露和人类健康结果之间的复杂相互作用，以预防和减轻与此类暴露有关的疾病负担。高分辨质谱技术作为一种强大的化学分析手段，被广泛应用于暴露组学的相关领域研究中。 本次我们分享两篇应用Orbitrap进行暴露组学相关研究的文章。 文章一 探究食源性多酚化合物对于人体的暴露组学研究[1]Part.1研究背景质谱非靶向代谢组学研究流程由于其检测目标可涵盖机体内的全部内源性代谢物、饮食摄入物以及环境污染物而被广泛应用于暴露组相关物质的研究检测。基于上述流程所测得的生物样品数据中可含有上万个特征信号，虽然经过数据发掘和多数据库比对，很多与宿主、微生物代谢以及常见环境暴露因素（包括烟草、药品和环境污染物）的化合物可得到解析鉴定，但是数据中的大部分特征信号仍然为未知物，被称为“代谢组学暗物质”(metabolomics dark matter)。考虑到日常饮食中大量植物成分的存在，上述暗物质中极有可能包括大量植物化学成分及其在人体、肠道微生物体内代谢产生的代谢物。本文作者以多酚类物质为切入点，研究食源性植物化学物质在人体内暴露情况。 Part.2建立多酚类化合物谱图库研究人员总结归纳了常见蔬菜水果中的已知多酚类物质清单，并参考相关食品组学文章中采用质谱分析所检测到的多酚类物质，从而生成了目标化合物列表并收集到166种对照品。这些对照品包括57种苯甲酸、苯甲醛、苯环衍生物，12种肉桂酸，16种苯乙酸，11种苯丙酸，9种嘌呤衍生物，8种马尿酸，5种色氨酸-吲哚衍生物，3种吡啶甲酸，2种儿茶酚胺等。研究人员在Q Exactive HF-X高分辨液质联用系统上建立了非靶向代谢组学方法测试多酚类化合物对照品，建立谱图数据库。166种对照品中有151种化合物可被质谱检测到，其中90种可在正、负离子模式下同时被检测到。 Part.3检测尿液和血浆中的多酚类食源性代谢物研究人员由美国儿童健康暴露分析资源组织(Child Health Exposure Analysis Resource, CHEAR)获得参照尿液和血浆样本。经过蛋白沉淀处理后，直接用于液质联用分析。研究人员将代谢物鉴定结果分为三个等级：OL1(MS、RT和MS/MS匹配)、OL2a(MS和RT匹配)和OL2b(MS和MS/MS匹配)。最终，在人体尿液和血浆样本中检测到123种代谢物。Part.4总 结本文作者以多酚类化合物为例，描述了建立饮食暴露组数据库(Dietary Exposome Library, DEL)的流程方法。通过不断完善数据库，有望进一步提高体内生物样本中化合物的鉴定覆盖率，阐明饮食暴露对于机体的影响。 文章二 胆汁淤积性肝病的暴露组学与代谢组学研究[2]Part.1研究背景原发性硬化性胆管炎(PSC)和原发性胆汁性胆管炎(PBC)作为罕见的胆汁淤积性肝病，由于对其病因认知不足，导致治疗手段有限、预后效果差。尤其是肝毒性以及其他影响代谢的环境物质在疾病发生、发展过程中的可能作用仍然缺乏研究。 本文作者应用暴露组学-代谢组学相结合的方式来揭示PSC和PBC的潜在致病因素。通过全暴露组关联分析(exposome-wide association study, EWAS)检测包括农药、添加剂、持续污染物等环境物质暴露，分析环境物质在PSC和PBC发生过程中的作用。通过全代谢组关联分析(metabolome-wide association studies, MWAS)探究体内代谢途径在PSC和PBC疾病状态下的变化和差异。 Part.2全暴露组关联分析研究人员应用Q Excative GC Orbitrap 高分辨气质联用仪对病人、健康人的血浆样本中的环境物质进行非靶向分析。在数据处理方面，非靶向数据经过log2-转换、四分位差归一化处理，统计模型考虑年龄、性别等因素的影响，探究环境物质与PSC、PBC的关联。研究人员将错误发现率(false discovery rate, FDR)限值设置为20%，筛选出54个与PSC相关的物质。作为差异排名前6位的物质，C-256通过NIST 2017数据库匹配，被鉴定为氨基甲酸酯类农药芽根灵(terbucarb)。值得注意的是，在非靶向分析中，未找到与PCB相关的环境 物质。同时，研究人员还通过Q Excative GC Orbitrap 高分辨气质联用仪和Orbitrap Exploris系列高分辨液质联用仪对血浆中的环境物质进行了554种物质靶向分析。最终通过GC-HRMS和LC-HRMS分别检测到55种和71种环境物质。将P 0.05 作为差异物质筛选条件，分别发现12种和8种与PSC、PBC相关的环境物质。全代谢组关联分析研究人员在Orbitrap Exploris系列高分辨液质联用平台上，采用HILIC和反相色谱两种分离模式对80个PSC病人和40个健康人血浆样本中的内源性代谢物进行分析检测，分别检测到了11634个和9109个特征信号。其中，有1204个特征信号与PSC相关。对40个PBC病人和40个健康人血浆样本中内源性代谢物分析中，HILIC和反相色谱分离模式分别检测到了11729个和9294个特征信号，其中703个特征信号与疾病相关。经代谢通路识别分析发现，与健康人相比，PSC病人和PBC病人分别有27条和10条代谢通路中的代谢物含量发生显著上调，9条代谢通路在两种疾病条件下都发生变化，其中胆汁酸生物合成是两种疾病条件下变化最为明显的代谢通路。EWAS × MWAS研究人员通过网络分析检查环境物质与内源性代谢通路间的关联。在PSC和PBC两种疾病状态下，相互作用网络中分别生成了3个和2个聚类节点。其中，对于PSC分析最大的网络节点为氨基甲酸酯类农药芽根灵，该节点涵盖大多数氨基酸相关通路、类花生酸代谢以及核酸代谢通路。总 结本文将高分辨液相质谱平台和高分辨质谱平台联用，对罕见肝病病人和健康人的血浆样本进行了暴露组学和代谢组学分析，揭示了外源性环境污染物对于胆汁淤积性肝病发生的影响。

仪器信息网讯 2021年6月11日，由中国科学院大连化学物理研究所主办的“代谢组学与暴露组学高端论坛”在美丽的滨城大连成功举办。会议主题为代谢组学和暴露组学新技术及其在健康研究中的应用，会议为期2.5天，共吸引参会嘉宾超过300位。仪器信息网作为本届会议的支持媒体全程报道本次盛会。会议现场会议开幕式上，中国科学院大连化学物理研究所李先锋研究员和大会主席中国科学院大连化学物理研究所许国旺研究员分别致辞。中国科学院大连化学物理研究所副所长 李先锋研究员致辞中国科学院大连化学物理研究所许国旺研究员致辞在致辞中，许国旺研究员对各位专家学者的到来表示欢迎，向大家介绍了本次会议的举办背景。他介绍到，代谢组学是生命体中内源性代谢物的总称，而暴露组是指一个人从出生至生命结束全过程各种暴露的总和。人类的健康或疾病状态是由环境和遗传因素共同作用决定的，环境中的有毒有害物质的接触暴露直接影响人类的身心健康和生活质量。可以说代谢组学主要研究内源性代谢物，而内源性代谢物同时也受遗传、环境的影响，因此暴露组学可以促进以组学为手段的暴露/疾病标志物的研究。基于此，本次会议围绕代谢组学与暴露组学研究过程中的关键科学问题，邀请到分析化学、生物、医学以及生物信息学等多领域的专家学者分享最新的研究进展，共同探讨代谢组学与暴露组学研究的新技术、新应用的发展。报告题目：数字健康报告人：中国科学院大连化学物理研究所 杨胜利院士2017年美国FDA明确提出数字健康概念，2018年《自然杂志》专门在创刊号里阐述数字化医学和数字健康。数字化医学即用数字工具提升医疗实践，以高度精准和集成的个性化为目标。数字健康指利用人体传感器和数字模型追踪复杂的生命系统，并以此为基础，将大数据、云计算和人工智能整合到数字医学范围里。杨院士在报告中还提到，生物医学大数据主要由生命组学、医学大数据、移动传感器三部分组成。此外，生物医学信息还包括环境信息和交通运输信息，高度异质性的大数据库。报告题目：基于离子液体的蛋白质组学分析进展报告人：中国科学院大连化学物理研究所 张玉奎院士蛋白质组学的深入研究有助于加深对蛋白质功能的认识，但是蛋白质在非水相中的溶解性及稳定性是蛋白质化学研究的难题之一。离子液体以其独特的可修饰、调变的阴阳离子结构以及优良的物理化学性质被应用于蛋白质的溶解及稳定研究中。报告中，张玉奎还表示，随着完成蛋白质组调查的进度放缓，蛋白质组学领域已从蛋白质的鉴定和分类转移到探索其生物学功能和疾病相关性的研究。随后，张玉奎详细介绍了其团队基于离子液体的单一蛋白质分析、蛋白质组分析以及离子液体在透析病研究中的应用进展。报告题目：肠道菌群与代谢调节报告人：上海交通大学附属瑞金医院 王卫庆教授肠道菌群参与营养感知、吸收，调节宿主代谢免疫等，维持宿主能力代谢稳态。目前的研究表明，肠道菌群通过其产生的代谢物调节宿主摄食行为、能量吸收、消耗等各个过程。报告介绍到目前的一些干预手段，包括二甲双胍、阿卡波糖等药物以及代谢手术均可改变肠道菌群结构和相关代谢物组分，起到代谢改善作用。随着对微生物功能和生理作用越来越深入的认识，靶向肠道菌群的干预手段将为肥胖、代谢性疾病治疗提供新的思路。报告题目：成组毒理学与暴露组学报告人：中国科学院生态环境研究中心 江桂斌院士成组毒理学是以生物效应为导向，自上而下筛选和鉴别真实环境中具有环境和健康风险的化学物质。其整合了毒理学、分子生物学、分析化学和机器学习等领域的研究思路和方法。而暴露组学的目标是找到相关健康结局的生物标志物，并得到其与暴露因素之间的相关性，进而确定暴露源。报告介绍了成组毒理学与暴露组学相结合的研究最新进展，发现成组毒理学对潜在健康风险的发掘可能为暴露组学病例组中其他健康结局的早期标志物提供方向。报告题目：多靶标解析助力精准诊疗：从“硅基运算”到“分子运算”报告人：中国科学院肿瘤与基础医学研究所、湖南大学、上海交通大学分子医学研究院 谭蔚泓院士生命科学由点及面，有海量的数据，同时人类的疾病复杂性、多样性，要实现高效疾病诊疗，必须基于海量数据和多参数的表征。谭蔚泓院士提出，要利用高通量测量技术，结合多个识别疾病标志物的分子探针，对病人样本进行疾病标志物分子特征的甄别和定量测定。此外还需利用人工智能和大数据科学进行解析，从而为疾病诊断提供精准图谱，判断各种亚型特征。报告以核酸适体为例，其被称为“科学家的抗体”，由15-60个碱基组成，能识别靶标的单链DNA/RNA、具有高亲和力，高特异性、靶标范围广等特点，是精准药物治疗和临床诊断的新工具。基于此，谭院士团队开展了主要使用以活细胞为筛选靶标的核酸适体细胞筛选新方法（Cell-SELEX），这种方法可在标志物未知条件下为靶细胞的分子识别提供全新的化学途径。报告题目：从小分子看健康：代谢组学和暴露组学为人民健康保驾护航报告人：中国科学院大连化学物理研究所许国旺研究员代谢组学是测量所有分子量小于1500的内源性代谢物，通过数据采集和数据分析进行生物解释。而2005年暴露组学的概念被首次提出，其关注个体一生中所有暴露的测量及这些暴露如何与疾病建立联系。当前研究多采用高分辨质谱技术与分析组织或体液中有害物质（暴露组）的含量及代谢组的改变，揭示这些物质与疾病发生发展的关系。许国旺介绍到，代谢组学和暴露组学中涉及的内源性和外源性化合物至少50万种，其化学性质各异，浓度差别也巨大。在体外，外源性化合物比内源性代谢物的浓度要低1-2个数量级，因此，暴露组学研究的关键是在更大的浓度范围内实现“全”覆盖检测。不仅如此，未知化学物质结构鉴定、分析仪器和方法的灵敏度、重复性等都对研究提出了挑战。基于此，报告进一步介绍了许国旺团队开发了从单细胞、动物到大规模人群样品中小分子研究的一系列新方法。其团队先后建立了基于多维色谱-质谱联用的新方法，实现代谢组和暴露组的高覆盖检出等。报告还介绍了其团队将建立的方法用于肝癌、糖尿病、高尿酸血症等重大慢病研究，试图揭示与疾病相关的风险因子、预警标志物几代谢水平上的分子机制的相关研究进展。现场情况墙报展示报告题目：基于微纳探针的单细胞测量与分析策略报告人：南京大学 徐静娟教授报告题目：质谱成像技术在环境毒理学研究领域的应用进展报告人：香港浸会大学 蔡宗苇教授报告题目：A Pharmaco-genomic Landscape in Human Liver Cancers-From cell lines to patients报告人：中国科学院上海生命科学研究院生物信息中心 李亦学研究员报告题目：代谢组学研究中痕量代谢物发现及精细结构鉴定新技术报告人：SCIEX中国 郭立海博士报告题目：Lipidome in non-alcoholic fatty liver disease:impacts of environmental exposures,pathways,and biomarkers报告人：图尔库大学 Matej Oresic教授报告题目：农药污染与生物分析报告人：江南大学 吴晓玲教授报告题目：血中化学残留物与慢病的关联研究报告人：中国科学院大连化学物理研究所 刘心昱副研究员报告题目：人体内暴露组学中的分析方法新挑战报告人：中国科学院生态环境研究中心 刘倩研究员大会第二天，13位来自分析化学以及生物和医学领域的专家带来代谢组学与暴露组学相关研究的精彩报告分享。报告题目：单细胞代谢物的高通量质谱分析报告人：清华大学 张新荣教授报告题目：纳米材料辅助亚细胞代谢组学研究报告人：中国科学院大连化学物理研究所 石先哲副研究员报告题目：Analysis of chromatography-mass spectrometry data based on achine learning 报告人：中南大学 卢红梅教授报告题目：基于代谢网络分析的标志物确定算法及应用报告人：大连理工大学 林晓惠教授报告题目：从30天到30分钟：代谢组学数据的实时、融合、智能分析研究与应用报告人：大连大学 曾仲大教授报告题目：多维度有机质谱流式细胞分析——单细胞中蛋白质和代谢物的同时分析报告人：北京大学 白玉副教授报告题目：质谱成像空间代谢组学方法及其应用研究进展报告人：中国医学科学院北京协和医学院药物研究所 贺玖明研究员报告题目：基于离子淌度质谱的多维代谢组学技术报告人：中国科学院生物与化学交叉研究中心 朱正江研究员报告题目：基于高分辨质谱的代谢组规模化定性新技术研究报告人：中国科学院大连化学物理研究所 路鑫研究员报告题目：情绪、代谢，与肿瘤——当情绪遇到了身体报告人：大连医科大学 刘强教授报告题目：从肝炎到肝癌的暴露组学研究与对肿瘤精准治疗的思考报告人：重庆医科大学 廖勇教授报告题目：食品污染物暴露组解析和总膳食研究 报告人：国家食品安全风险评估中心 吴永宁研究员报告题目：环境小分子调控表观遗传与毒理效应报告人：中国科学院生态环境研究中心 汪海林研究员优秀墙报获得者合影本次会议还得到了上海爱博才思分析仪器贸易有限公司（SCIEX公司）、艾杰尔飞诺美、赛默飞世尔科技(中国)有限公司、大连达硕信息技术有限公司、上海析维医疗科技有限公司、沈阳汇佰生物科技有限公司、大连绿竹科技有限公司等企业的倾情支持。与会代表合影会务组合影