脂质组学研究-诺禾致源-甘油磷脂鞘脂固醇脂孕烯醇酮脂糖脂多聚乙烯脂肪酸

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脂质组学

脂质组学揭示心脏衰竭患者红细胞中的氧化胆固醇积累

Lipidomics reveals accumulation of the oxidized cholesterol in erythrocytes of heart failure patients

研究对象: 心脏衰竭患者
发表单位: 台湾长庚大学
发表时间: 2018 年4 月
发表期刊: Redox Biology
影响因子: 7.126

一、研究背景

心血管疾病是全球范围内造成死亡最主要的原因。心脏功能恶化妨碍了血液循环，会导致心力衰竭（heart failure，HF），HF 发病机理非常复杂，心肌梗死、高血压、心肌病、心脏瓣膜病、炎症诱导的氧化应激都是疾病进展的危险因素。脂质在心血管疾病的发病机制中发挥着重要作用，红细胞的脂质变化可以反应疾病进展过程中的病理生理变化，但少有报道研究红细胞的代谢组和脂质组，针对 HF 的研究更是没有。

二、研究策略

取样策略

质谱策略

信息分析

10位正常人以及29位心脏衰竭( HF )不同分期患者的红细胞

脂质组: Waters Q-TOF 靶向代谢组: Waters Xevo TQ-S

功能验证:细胞活力. 免疫荧光、活性氧检测、 WB

三、研究结果

1. HF 患者红细胞的脂质组变化
基于 LC-MS 对红细胞进行非靶向脂质组检测，在正、负离子模式下分别得到457、438个分子特征（图1A、B）。OPLS-DA 显示，在正负离子模式下各组分明显分离（图1C、E）。为确定对照组和 stage C 中亲脂性代谢物的差异，OPLS-DA（图1D、F）以及 S-plot（图1G、I）进一步分析。以 VIP>1、p<0.05为阈值筛选差异代谢物，在正负离子模式下分别得到30、23个代谢物（图1H、J）。固醇、磷脂和神经酰胺是区别对照组和 stage C 的重要物质，溶血磷脂（如 lysoPC 和 lysoPE）、神经酰胺、氧化型胆固醇（如7KCh）在HF患者红细胞中的含量高于对照组，而磷脂（如PCs、PEs 和 SMs）的水平含量低于正常。图1基于液质的HF红细胞脂质组学分析
2. HF 患者红细胞和血浆中 7KCh 的含量
研究发现，所有血浆样本中 7KCh 的含量低于羊毛甾醇、烯胆甾烷醇、7-脱氢胆固醇，但是在红细胞中含量显著高于以上代谢物（图2，3）。stage A-C 的 HF 患者红细胞中 7KCh的含量明显高于正常组（图2B），表明红细胞中的 7KCh 可以作为 HF 风险的早期鉴定标志物。正常组和 HF 患者血浆中 7KCh 含量并无差异（图2F），当考虑总胆固醇时，stage C患者血浆中 7KCh 水平略高与正常对照组（图3I）。图2 HF患者及正常对照的血浆和红细胞中游离7KCh及其他固醇的含量图3 HF患者血浆总7KCh及其他固醇的含量
3. 7KCh 的胞内积累增加 ROS 生成并降低心肌细胞生存力
为确认 7KCh 是否对心肌功能有损伤作用，检测经 7KCh 处理的心肌细胞 HL-1 的生存活力。结果显示，随 7KCh 浓度升高，HL-1 生存活力降低，但固醇处理对 HL-1 则无影响（图4A，B）。将负载 7KCh 的红细胞膜与 HL-1 共孵育，发现 HL-1 活力降低，并具有剂量依赖性（图4C，D）。结果表明，红细胞可以递呈 7KCh 引起细胞损伤。此外，通过免疫荧光实验观察到 7KCh 在 HL-1 中的积累（图4E）。使用流式细胞仪检测 7KCh 对活性氧产生的影响（以H₂O₂处理为阳性对照），发现相对于对照组 7KCh 处理的 HL-1 细胞 ROS 产生更多，甚至高于阳性对照（图4F）。图4 7KCh积累的HL-1细胞活力及活性氧检测
4. 7KCh 通过激活 ATF4 通路诱导细胞死亡
ATF4 可以被内质网胁迫、氨基酸不足、氧化应激胁迫诱导，而内质网和氧化应激胁迫可以激活凋亡信号。为了证明 7KCh 是通过激活 ATF4 发挥作用，研究检测了经 7KCh 处理的 HL-1 中 ATF4 的表达水平，结果显示 ATF4 水平随时间增加（图5B，C），同时 CHOP 和活性 caspase 3 明显升高（图5B，D，E），LC3A/B 也略微升高（图5B，G），表明诱导 ATF4 和 CHOP 升高导致心肌细胞死亡。图5 7KCh激活ATF4通路

研究结论

本研究针对10位正常人以及29位 HF 不同分期的患者进行脂质组质谱分析，发现 HF患者红细胞的脂质组成与正常对照组明显不同。HF 患者红细胞中的 PCs、Pes、SMs 水平降低，而 lysoPCs、lysoPEs 和神经酰胺水平升高。其中，7KCh能够明显将HF患者与正常对照组区分开，且其在红细胞中积累的水平高于血浆。而7KCh在红细胞中的积累导致了活性氧产生以及ATF4/CHOP介导的心肌细胞死亡，表明7KCh参与了HF的致病过程，所以红细胞7KCH可能是HF的一个潜在危险因素。

参考文献

Tang H Y, Wang C H, Ho H Y, et al. Lipidomics reveals accumulation of the oxidized cholesterol in erythrocytes of heart failure patients[J]. Redox Biology, 2018.