基于非靶向和靶向代謝組學分析嬰幼兒血管瘤的氨基酸代謝

文章標題：Integrated nontargeted and targeted metabolomics analyses amino acids metabolism in infantile hemangioma

發(fā)表期刊：Frontiers in Oncology

影響因子：5.738

作者單位：四川大學華西醫(yī)院

百趣提供服務：發(fā)現(xiàn)代謝組學Classic、氨基酸高通量靶標代謝組學

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)皮細胞(Hemangioma-derived endothelial cells, HemECs)是主要的細胞類型。作者先前的研究揭示了糖酵解過程在IH發(fā)病機制中起著重要的作用，但是目前研究對于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的方法發(fā)現(xiàn)了HemEC代謝譜的變化，探討了IH發(fā)展的復雜機制。

研究結(jié)果
1 非靶向代謝組學發(fā)現(xiàn)HemECs代謝譜變化
百趣提供了非靶向代謝組學檢測，對HemECs及人臍靜脈內(nèi)皮細胞(Human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)檢測結(jié)果進行分析。結(jié)果顯示：正離子模式下共篩選出216個差異代謝物，其中133個上調(diào)差異代謝物、83個下調(diào)差異代謝物，負離子模式下共篩選出128個差異代謝物，其中74個上調(diào)差異代謝物、54個下調(diào)差異代謝物（圖1）。這些代謝物主要為氨基酸及其衍生物。
 

圖1 通過非靶向代謝組學技術(shù)分析測定HUVEC和HemEC之間的差異代謝物

為了研究IH發(fā)育中涉及的代謝組學途徑，對所有差異代謝物進行富集分析。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”、“氨酰基-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”是具有顯著性差異的5條代謝通路；負離子模式下共富集到52個代謝通路，與正離子模式富集分析結(jié)果相似，氨基酸代謝相關途徑是主要的富集途徑（圖2）。
 

圖2 對HUVEC和HemEC之間的差異代謝物進行KEGG富集分析

2 氨基酸靶向代謝組學驗證HemECs代謝譜中氨基酸的變化
為了驗證HUVEC和HemEC之間的代謝物差異，對氨基酸及其衍生物進行測定。結(jié)果顯示，谷氨酰胺、精氨酸和天冬酰胺等16種氨基酸具有顯著的表達差異（圖3A、B）。為了進一步闡明代謝物之間的相互調(diào)控關系及協(xié)同作用，對檢測到氨基酸進行了相關性分析，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-瓜氨酸呈負相關，與除L-色氨酸外的其余氨基酸顯著正相關（圖3C）。
 

圖3 通過靶向代謝組學技術(shù)測定HUVEC和HemEC之間的差異代謝物

為了進一步研究IH中涉及的代謝組學途徑，對檢測到的顯著差異氨基酸進行了通路富集分析，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”等代謝通路顯著富集。
 

圖4 通過靶向代謝分析對HUVEC和HemEC之間的顯著差異氨基酸進行代謝途徑分析

結(jié)論
非靶向代謝分析結(jié)果顯示，HemECs和HUVECs在正、負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的途徑中，包括氨�；�-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驗證共發(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�？偟膩碚f，本研究結(jié)果表明氨基酸代謝參與IH。關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。

作者介紹

吉毅
醫(yī)學博士，教授，博士研究生導師；本文通訊作者

四川省海外高層次留學人才；四川省學術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選；美國哈佛大學醫(yī)學院波士頓兒童醫(yī)院外科Research fellow。獲四川省醫(yī)學會科技獎一等獎1次（第一完成人）、四川省科技進步獎二等獎1次；近年來以第一作者及通訊作者公開發(fā)表論文100余篇，總影響因子超過600分。作為項目負責人承擔國家自然科學基金面上項目、青年基金項目、四川省科技廳重點研發(fā)項目、四川大學優(yōu)秀青年學者基金等多項課題。為Heliyon、Frontiers in Oncology、Journal of Personalized Medicine、Frontiers in Pediatrics編委(associated editor)，Precision Clinical Medicine青年編委；Pediatrics、Chest、Angiogenesis、British Journal of Dermatology等國際雜志審稿人；國家自然科學基金評審專家。
 

楊開穎
醫(yī)學博士，博士后；本文第一作者

目前就職于廣州市婦女兒童醫(yī)療中心，師從國內(nèi)血管瘤診治知名專家吉毅教授。研究方向為“內(nèi)皮細胞代謝在血管瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及機制研究”。目前在兒童皮膚脈管異常疾病領域，以第一以及共同第一作者在J Transl Med (IF：8.440)及J Am Acad Dermatol (IF：15.487)等雜志上共發(fā)表SCI論文7篇。同時，以第一作者在中華皮膚科雜志與中華小兒外科雜志等核心期刊上發(fā)表論文8篇。作為項目主持人獲得廣東省自然科學基金面上項目1項，并獲四川省醫(yī)學會科技獎一等獎1次（第3完成人）。