基于非靶向和靶向代谢组学分析婴幼儿血管瘤的氨基酸代谢

文章标题：Integrated nontargeted and targeted metabolomics analyses amino acids metabolism in infantile hemangioma

发表期刊：Frontiers in Oncology

影响因子：5.738

作者单位：四川大学华西医院

百趣提供服务：发现代谢组学Classic、氨基酸高通量靶标代谢组学

研究背景

婴儿血管瘤(Infantile hemangioma, IH)是婴幼儿群体中常发的良性肿瘤，其特征为出生后1年的增殖阶段及数年的自发消退阶段。在IH的增殖阶段，血管瘤内皮细胞(Hemangioma-derived endothelial cells, HemECs)是主要的细胞类型。作者先前的研究揭示了糖酵解过程在IH发病机制中起着重要的作用，但是目前研究对于HemEC在IH发展中的代谢特征和作用研究甚少。因此，本研究基于非靶向和靶向代谢组学的方法发现了HemEC代谢谱的变化，探讨了IH发展的复杂机制。

研究结果1非靶向代谢组学发现HemECs代谢谱变化

百趣提供了非靶向代谢组学检测，对HemECs及人脐静脉内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)检测结果进行分析。结果显示：正离子模式下共筛选出216个差异代谢物，其中133个上调差异代谢物、83个下调差异代谢物，负离子模式下共筛选出128个差异代谢物，其中74个上调差异代谢物、54个下调差异代谢物（图1）。这些代谢物主要为氨基酸及其衍生物。

 

图1 通过非靶向代谢组学技术分析测定HUVEC和HemEC之间的差异代谢物

为了研究IH发育中涉及的代谢组学途径，对所有差异代谢物进行富集分析。结果显示：正离子模式下，共富集到39条代谢通路，其中“精氨酸和脯氨酸代谢”、“鞘脂代谢”、“氨酰基-tRNA生物合成”、“甘油磷脂代谢”和“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢”是具有显著性差异的5条代谢通路；负离子模式下共富集到52个代谢通路，与正离子模式富集分析结果相似，氨基酸代谢相关途径是主要的富集途径（图2）。

 

图2 对HUVEC和HemEC之间的差异代谢物进行KEGG富集分析

2氨基酸靶向代谢组学验证HemECs代谢谱中氨基酸的变化

为了验证HUVEC和HemEC之间的代谢物差异，对氨基酸及其衍生物进行测定。结果显示，谷氨酰胺、精氨酸和天冬酰胺等16种氨基酸具有显著的表达差异（图3A、B）。为了进一步阐明代谢物之间的相互调控关系及协同作用，对检测到氨基酸进行了相关性分析，发现作为调节血管生成的重要氨基酸L-谷氨酰胺，与L-瓜氨酸呈负相关，与除L-色氨酸外的其余氨基酸显着正相关（图3C）。

 

图3 通过靶向代谢组学技术测定HUVEC和HemEC之间的差异代谢物

为了进一步研究IH中涉及的代谢组学途径，对检测到的显著差异氨基酸进行了通路富集分析，结果显示，这些氨基酸在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代谢”以及“甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢”等代谢通路显著富集。

 

图4 通过靶向代谢分析对HUVEC和HemEC之间的显着差异氨基酸进行代谢途径分析

结论

非靶向代谢分析结果显示，HemECs和HUVECs在正、负离子模式下分别鉴定出216和128种差异代谢物。这些差异代谢物主要富集在与氨基酸代谢相关的途径中，包括氨酰基-tRNA生物合成以及精氨酸和脯氨酸代谢。氨基酸靶向代谢组学验证共发现16种差异代谢物，这些氨基酸主要富集在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代谢”以及“甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢”途径。总的来说，本研究结果表明氨基酸代谢参与IH。关键差异氨基酸代谢物，包括谷氨酰胺、天冬酰胺和精氨酸，可能在调节 HemEC 代谢中发挥重要作用。

作者介绍

 

吉毅

医学博士，教授，博士研究生导师；本文通讯作者

四川省海外高层次留学人才；四川省学术和技术带头人后备人选；美国哈佛大学医学院波士顿儿童医院外科Research fellow。获四川省医学会科技奖一等奖1次（第一完成人）、四川省科技进步奖二等奖1次；近年来以第一作者及通讯作者公开发表论文100余篇，总影响因子超过600分。作为项目负责人承担国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、四川省科技厅重点研发项目、四川大学优秀青年学者基金等多项课题。为Heliyon、Frontiers in Oncology、Journal of Personalized Medicine、Frontiers in Pediatrics编委(associated editor)，Precision Clinical Medicine青年编委；Pediatrics、Chest、Angiogenesis、British Journal of Dermatology等国际杂志审稿人；国家自然科学基金评审专家。

 

杨开颖

医学博士，博士后；本文第一作者

目前就职于广州市妇女儿童医疗中心，师从国内血管瘤诊治知名专家吉毅教授。研究方向为“内皮细胞代谢在血管瘤发生发展中的作用及机制研究”。目前在儿童皮肤脉管异常疾病领域，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)等杂志上共发表SCI论文7篇。同时，以第一作者在中华皮肤科杂志与中华小儿外科杂志等核心期刊上发表论文8篇。作为项目主持人获得广东省自然科学基金面上项目1项，并获四川省医学会科技奖一等奖1次（第3完成人）。