基于非靶向和靶向代謝組學(xué)分析嬰幼兒血管瘤的氨基酸代謝

研究背景

嬰兒血管瘤(Infantile hemangioma, IH)是嬰幼兒群體中常發(fā)的良性腫瘤，其特征為出生后1年的增殖階段及數(shù)年的自發(fā)消退階段。在IH的增殖階段，血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞(Hemangioma-derived endothelial cells, HemECs)是主要的細(xì)胞類型。作者先前的研究揭示了糖酵解過程在IH發(fā)病機(jī)制中起著重要的作用，但是目前研究對(duì)于HemEC在IH發(fā)展中的代謝特征和作用研究甚少。因此，本研究基于非靶向和靶向代謝組學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)了HemEC代謝譜的變化，探討了IH發(fā)展的復(fù)雜機(jī)制。

研究結(jié)果

1非靶向代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)HemECs代謝譜變化

百趣提供了非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)，對(duì)HemECs及人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(Human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：正離子模式下共篩選出216個(gè)差異代謝物，其中133個(gè)上調(diào)差異代謝物、83個(gè)下調(diào)差異代謝物，負(fù)離子模式下共篩選出128個(gè)差異代謝物，其中74個(gè)上調(diào)差異代謝物、54個(gè)下調(diào)差異代謝物（圖1）。這些代謝物主要為氨基酸及其衍生

為了研究IH發(fā)育中涉及的代謝組學(xué)途徑，對(duì)所有差異代謝物進(jìn)行富集分析。結(jié)果顯示：正離子模式下，共富集到39條代謝通路，其中“精氨酸和脯氨酸代謝”、“鞘脂代謝”、“氨?；?tRNA生物合成”、“甘油磷脂代謝”和“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝”是具有差異的5條代謝通路；負(fù)離子模式下共富集到52個(gè)代謝通路，與正離子模式富集分析結(jié)果相似，氨基酸代謝相關(guān)途徑是主要的富集途徑。

2氨基酸靶向代謝組學(xué)驗(yàn)證HemECs代謝譜中氨基酸的變化

為了驗(yàn)證HUVEC和HemEC之間的代謝物差異，對(duì)氨基酸及其衍生物進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示，谷氨酰胺、精氨酸和天冬酰胺等16種氨基酸具有表達(dá)差異。為了進(jìn)一步闡明代謝物之間的相互調(diào)控關(guān)系及協(xié)同作用，對(duì)檢測(cè)到氨基酸進(jìn)行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)作為調(diào)節(jié)血管生成的重要氨基酸L-谷氨酰胺，與L-瓜氨酸呈負(fù)相關(guān)，與除L-色氨酸外的其余氨基酸顯著正相關(guān)。

為了進(jìn)一步研究IH中涉及的代謝組學(xué)途徑，對(duì)檢測(cè)到的差異氨基酸進(jìn)行了通路富集分析，結(jié)果顯示，這些氨基酸在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代謝”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代謝”以及“甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝”等代謝通路富集。

結(jié)論

非靶向代謝分析結(jié)果顯示，HemECs和HUVECs在正、負(fù)離子模式下分別鑒定出216和128種差異代謝物。這些差異代謝物主要富集在與氨基酸代謝相關(guān)的途徑中，包括氨酰基-tRNA生物合成以及精氨酸和脯氨酸代謝。氨基酸靶向代謝組學(xué)驗(yàn)證共發(fā)現(xiàn)16種差異代謝物，這些氨基酸主要富集在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代謝”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代謝”以及“甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝”途徑。總的來說，本研究結(jié)果表明氨基酸代謝參與IH。關(guān)鍵差異氨基酸代謝物，包括谷氨酰胺、天冬酰胺和精氨酸，可能在調(diào)節(jié) HemEC 代謝中發(fā)揮重要作用。