楊兆鵬等
摘 要 多囊卵巢綜合征是育齡期婦女最為常見的內(nèi)分泌以及代謝紊亂疾病,是女性不孕的主要原因之一。多囊卵巢綜合征患者臨床存在很大的異質(zhì)性,其致病機理尚未完全闡明。本研究基于反相液相色譜與串聯(lián)四級桿飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(RPLC/Q-TOF-MS),對74例多囊卵巢綜合征患者和54例正常女性的血清進(jìn)行了脂質(zhì)組學(xué)分析,定性鑒別出15類314種脂質(zhì)化合物。數(shù)據(jù)采用非參數(shù)檢驗尋找潛在的差異化合物, p<0.05為顯著性差異。結(jié)果表明:多囊卵巢綜合征患者與正常人相比,不飽和脂肪酸、部分鞘磷脂、甘油二酯、甘油三酯呈上調(diào)趨勢; 部分磷脂酰膽堿、溶血性磷脂酰膽堿、溶血性磷脂酰乙醇胺呈下調(diào)趨勢。而肥胖多囊卵巢綜合征患者與非肥胖多囊卵巢綜合征患者相比,不飽和脂肪酸、鞘磷脂、甘油二酯、甘油三酯上調(diào)更為明顯; 溶血性磷脂酰膽堿、部分磷脂酰膽堿下調(diào)更為明顯。本研究結(jié)果表明,脂質(zhì)組學(xué)是研究疾病分型的有效手段。
關(guān)鍵詞 多囊卵巢綜合征; 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用; 脂質(zhì)組學(xué); 脂質(zhì)代謝異常
1 引 言
多囊卵巢綜合征(Polycystic ovarian syndrome,PCOS)是女性不孕的主要原因之一,在育齡婦女人群中的發(fā)病率為6%~10%[1]。PCOS主要臨床表現(xiàn)為月經(jīng)稀發(fā)、慢性無排卵、卵巢多囊性改變,以及多毛癥和黑棘皮癥等,嚴(yán)重影響患者的身心健康。PCOS具有非常大的異質(zhì)性,給診斷帶來困難。Zhao等[2]用代謝組學(xué)方法探討了代謝標(biāo)志物進(jìn)行PCOS輔助診斷的可能性。
脂質(zhì)組學(xué)是研究生物體內(nèi)脂質(zhì)代謝變化以及脂質(zhì)調(diào)控在生命活動中作用的有效手段[3]。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是目前主要的研究方法,反相液相色譜法由于柱效高、分離效果好,被廣泛應(yīng)用于脂質(zhì)分析中。Hu等[4]將反相液相色譜法應(yīng)用于p53突變的小鼠血漿研究中,各類脂質(zhì)均得到了良好分離,線性特性和檢測限也令人滿意。
血脂代謝異常是PCOS患者的臨床表現(xiàn)之一,主要表現(xiàn)為甘油三酯、總膽固醇、極低密度脂蛋白升高和高密度脂蛋白降低[5]。但是目前尚沒有針對PCOS患者血清的脂質(zhì)組學(xué)研究。本研究采用反相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)的脂質(zhì)組學(xué)方法,對PCOS患者血清進(jìn)行了脂質(zhì)組學(xué)研究,希望發(fā)現(xiàn)PCOS患者的差異脂質(zhì)化合物,為了解患者脂質(zhì)代謝特征提供幫助。
2 實驗部分
2.1 儀器與試劑
采用AcquityTM UPLC 液相色譜儀(美國Waters公司)與5600質(zhì)譜儀(美國AB SCIEX 公司)聯(lián)用進(jìn)行脂質(zhì)組學(xué)分析。分別使用正負(fù)離子掃描模式對樣本進(jìn)行檢測,色譜柱為ACQUITY UPLC C8柱(10 mm×2.1 mm,1.7 μm,美國Waters公司)。
甲醇、乙腈(HPLC級,Merck公司); 乙酸銨(HPLC級)、 內(nèi)標(biāo)脂肪酸FFA 16-d3和FFA 18-d3(Sigma公司); 磷脂酰膽堿PC 38∶0、磷脂酰乙醇胺PE 34∶0、溶血性磷脂酰膽堿LPC 19∶0、鞘脂SM 12∶0、甘油三酯TAG 45∶0和神經(jīng)酰胺Cer 17∶0(美國Avanti Polar Lipids公司)。實驗用水為超純水(Milli-Q,美國Millipore公司)。
2.2 血液樣本采集
采用黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院婦科門診和哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院體檢中心提供的74例PCOS患者血樣和54例正常女性血樣。研究經(jīng)過黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院機構(gòu)倫理委員會批準(zhǔn),所有患者都簽署了知情同意書。按照2003年鹿特丹會議提出的排除性標(biāo)準(zhǔn)[6],在排除了先天性腎上腺皮質(zhì)增生、庫欣綜合征等疾病之后, 滿足下列3條標(biāo)準(zhǔn)中的兩條即可診斷為PCOS: (1) 稀發(fā)排卵或者不排卵; (2) 高雄激素血癥或高雄激素臨床表現(xiàn); (3) 卵巢多囊性改變。
正常人在生理月經(jīng)周期第3~5天采血,PCOS患者在生理月經(jīng)周期或者孕激素降低第3~5天或者兩側(cè)卵巢均無優(yōu)勢卵泡時采血。所有采樣對象在前一天避免劇烈運動,于次日早晨采血。血樣采集后靜置30 min,離心后取血清置于-80℃保存。
根據(jù)身高體重指數(shù)(BMI),將74例PCOS患者和54例正常女性又分為肥胖組(BMI>23)和非肥胖組(BMI≤23),即4組:非肥胖正常組(36例)、肥胖正常組(18例)、非肥胖PCOS組(39例)、肥胖PCOS組(35例)。
2.3 樣本預(yù)處理
配制含內(nèi)標(biāo)的甲醇溶液,內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度分別為:PC 38∶0為0.67 μg/mL,PE 34∶0為0.33 μg/mL,LPC 19∶0為0.33 μg/mL,SM 12∶0為0.17 μg/mL,TAG 45∶0為0.53 μg/mL,Cer 17∶0為0.53 μg/mL,F(xiàn)FA 16-d3為0.67 μg/mL,F(xiàn)FA 18-d3為0.67 μg/mL。
血液樣本的預(yù)處理:血樣于4℃下解凍后取40 μL于2 mL離心管中,加入300 μL含有內(nèi)標(biāo)的甲醇溶液(冰上操作),渦旋30 s,加入1 mL甲基叔丁基醚,室溫下振蕩1 h。加入250 μL水,渦旋30 s,于4℃以12000 r/min離心10 min。取上清液400 μL于1.5 mL離心管中凍干。復(fù)溶時先加入40 μL二氯甲烷-甲醇(2∶1, V/V),再加入120 μL含5 mmol/L乙酸銨的乙腈-異丙醇-水(65∶30∶5, V/V),渦旋30 s,離心后, 取60 μL上清液于裝有內(nèi)襯管中的玻璃瓶中用于進(jìn)樣。
質(zhì)量控制樣本(QC)平行地穿插在整個分析過程中,用于評價整個分析過程的重復(fù)性。QC樣本來自全部74例PCOS患者和54例正常女性血樣的混合。用QC樣本平衡儀器,待儀器響應(yīng)穩(wěn)定后再進(jìn)行樣本的分析,每10個樣本插入1個QC樣本。
2.4 基于LC-MS的脂質(zhì)組學(xué)分析條件
UPLC條件:流動相A相為含10 mmol/L 乙酸銨的乙腈-水(6∶4, V/V),B相為含10 mmol/L乙酸銨的異丙醇-乙腈(9∶1, V/V)。梯度洗脫程序:0~15.5 min,32% B; 15.5~15.6 min,85%~97% B; 15.6~18.1 min,97% B; 18.1~20.1 min,32% B。流速為0.26 mL/min。柱溫為55℃,樣本室溫度為10℃。進(jìn)樣量為5 μL。
Mass條件:在全掃獲得一級譜圖的同時進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)采集模式(IDA)獲得二級譜圖。正離子模式掃描范圍為100~1500 Da,質(zhì)量偏差為50 mDa。離子源霧化氣Gas1和輔助氣Gas2 都為344.75 Pa, 氣簾氣Curtain Gas為241.33 Pa,溫度為500℃,噴霧電壓(Ion spray voltage floating, ISVF)為5500 V。去簇電壓(Declustering potential, DP)為80 V,碰撞能(Collision energy, CE)為35 V。負(fù)離子模式掃描范圍為90~1500 Da,質(zhì)量偏差為50 mDa。離子源霧化氣Gas1 和輔助氣Gas2都為379.23 Pa,氣簾氣為241.33 Pa,溫度為600℃,噴霧電壓ISVF為 -4500 V。去簇電壓DP為 -100 V,碰撞能CE為45 eV。
2.5 數(shù)據(jù)處理
原始數(shù)據(jù)采用美國ABSCIEX公司LIPIDVIEWVersion1.2軟件進(jìn)行定性鑒定,根據(jù)保留時間、精確質(zhì)量數(shù)、二級質(zhì)譜圖進(jìn)行色譜峰識別。定性的脂質(zhì)化合物用MultiQuant 2.1軟件進(jìn)行峰提取,并用相應(yīng)的內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。
脂質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)利用美國SPSS公司SPSS 16.0軟件進(jìn)行非參數(shù)檢驗,p<0.05表示有顯著性差異。
3 結(jié)果與討論
3.1 基于LC-MS的脂質(zhì)組學(xué)分析
本研究采用非靶向的脂質(zhì)組學(xué)方法對74例PCOS患者和54例正常女性的血清進(jìn)行了脂質(zhì)組學(xué)分析。由于實驗采用的是反相色譜,極性較強的溶血磷脂如溶血性磷脂酰膽堿等先流出,非極性的甘油三酯后流出。同一類別的脂質(zhì)分子主要是根據(jù)脂肪鏈的長短和不飽和度的大小實現(xiàn)分離。正負(fù)離子模式下的基峰離子流圖如圖1所示,不同類別的脂質(zhì)均得到良好分離。
本研究采用IDA掃描模式,在全掃描獲得一級譜圖的同時獲得二級譜圖信息,因此可以快速獲得更為詳細(xì)的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。再根據(jù)保留時間、精確質(zhì)量數(shù)、二級斷裂規(guī)律,實現(xiàn)定性分析。共檢測到15類脂質(zhì)代謝物,包括游離脂肪酸(FFA)、溶血性磷脂酰膽堿(LPC)、溶血性磷脂酰乙醇胺(LPE)、溶血性磷脂酰肌醇(LPI)、磷脂酰膽堿(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰甘油(PG)、磷脂酸(PA)和鞘磷脂(SM)、神經(jīng)酰胺(Cer)、糖基化的神經(jīng)酰胺(HexCer)、膽固醇酯(CE)、二酰甘油(DAG)、三酰甘油(TAG)。鑒定的結(jié)果如表1所示。正離子模式下鑒定出249種化合物,負(fù)離子模式下鑒定出215種化合物。其中LPC、LPE、PC、PE、SM等150種脂質(zhì)化合物在正負(fù)離子模式下均能檢測,因此最終本研究共定性鑒定出314種脂質(zhì)化合物。
QC樣本用于評價分析方法的重復(fù)性,如圖2所示:正離子模式下RSD<15%的化合物百分比達(dá)79.5%,RSD<30%的化合物百分比達(dá)93.7%; 負(fù)離子模式下, RSD<15%的化合物百分比達(dá)63.2%,RSD<30%的化合物百分比達(dá)94.4%。說明本法的分析重復(fù)性良好,適用于脂質(zhì)組學(xué)研究。
3.2 臨床數(shù)據(jù)比較
本研究選擇與PCOS患者年齡、BMI指數(shù)相匹配的正常人做對照。臨床數(shù)據(jù)表明,PCOS患者的腰臀比、腰圍顯著高于正常人,此外在多毛評分、黑棘皮發(fā)病率、溢脂發(fā)病率方面也顯著高于正常人; PCOS患者血清泌乳素、睪酮、游離雄激素指數(shù)升高,性激素結(jié)合球蛋白下降,表明PCOS患者激素代謝紊亂; PCOS患者的空腹葡萄糖、總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白升高,高密度脂蛋白下降,表明PCOS患者的糖脂代謝狀況紊亂。
已有的研究表明,肥胖PCOS患者和非肥胖PCOS患者在發(fā)病機理、臨床表現(xiàn)等方面有差異[7]?;诖?,本研究將疾病組和正常組又分為肥胖組和非肥胖組。肥胖PCOS患者與非肥胖PCOS患者相比,腰臀比、收縮壓、舒張壓升高; 黑棘皮發(fā)病率,溢脂發(fā)病率、粉刺發(fā)病率升高; 空腹胰島素水平、穩(wěn)態(tài)胰島素評價指數(shù)升高; 低密度脂蛋白、甘油三酯升高,高密度脂蛋白下降; 性激素結(jié)合球蛋白下降。
3.3 PCOS差異代謝物的變化趨勢以及可能的生理學(xué)意義
在PCOS患者和正常人這兩組中, 對定性鑒定出的314種脂質(zhì)化合物進(jìn)行了非參數(shù)檢驗(p<0.05認(rèn)為有顯著性差異),其中66種變化倍率較大(即PCOS組和正常組比值小于0.9和大于1.2)的差異化合物可視化變化結(jié)果顯示在熱圖中(圖3)。從圖3可見,相對于正常人,在PCOS患者中,LPC、LPE、部分PC、PI下調(diào); 不飽和脂肪酸UFA、部分SM、DAG以及TAG上調(diào)。
此外,應(yīng)用非參數(shù)檢驗研究了肥胖PCOS患者與非肥胖PCOS患者在脂質(zhì)代謝方面的差異,其差異化合物在圖3中以紅色標(biāo)示。綜合上述兩組對比的結(jié)果發(fā)現(xiàn):LPC、部分PC在PCOS組下調(diào),且在肥胖PCOS組下調(diào)更為明顯; UFA、部分SM、DAG、TAG在PCOS組上調(diào),且在肥胖PCOS組中上調(diào)更為明顯。
圖3 差異脂類代謝物的熱圖(標(biāo)記為紅顏色表示在肥胖PCOS患者與非肥胖PCOS患者中有差異)Fig.3 Heat map of differential lipids(Lipids in red show significant difference in obese polycystic ovarian syndrome (PCOS) and lean PCOS)
游離脂肪酸是人體內(nèi)的儲能物質(zhì),臨床上很多疾病的發(fā)生發(fā)展與血清中游離脂肪酸的濃度異常密切相關(guān),脂肪酸還是一些重要生理活動如胰島素分泌過程的的信號分子[8]。本研究發(fā)現(xiàn),在PCOS患者中,多不飽和脂肪酸(如FFA20∶4, FFA22∶4, FFA22∶5)升高,且在肥胖的PCOS患者中升高更為顯著,結(jié)果如圖4A, 4B, 4C所示。許多研究表明,上調(diào)的游離脂肪酸含量與胰島素抵抗密切相關(guān)[9]。游離脂肪酸可激活C-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路,使胰島素受體底物-1(IRS-1)上的絲氨酸磷酸化水平升高,進(jìn)而減弱了胰島素靶器官中胰島素信號通路的作用[10]。本研究臨床數(shù)據(jù)表明,肥胖PCOS患者的空腹胰島素水平較非肥胖PCOS患者顯著升高,這也可能與肥胖PCOS患者游離脂肪酸增高相關(guān)。
LPC是脂肪酸誘導(dǎo)產(chǎn)生胰島素抵抗過程中重要的中介物[11]。如圖3所示,PCOS患者與正常人相比,LPC呈下調(diào)趨勢,這種變化在肥胖PCOS和肥胖正常人兩組對比中尤為明顯,圖4D,4E,4F清楚地顯示了這一變化。文獻(xiàn)\[12\]表明,LPC在葡萄糖轉(zhuǎn)運、吸收利用等方面發(fā)揮了重要作用,可能成為一種獨立的胰島素信號來調(diào)節(jié)體內(nèi)葡糖糖的含量。有研究表明,在肥胖和2型糖尿病患者體內(nèi)LPC也成下調(diào)趨勢, Barber等[13]發(fā)現(xiàn),LPC的含量和肥胖呈負(fù)相關(guān); Li等[14]發(fā)現(xiàn),LPC可作為高脂肪膳食引起肥胖的標(biāo)志物,與野生型的小鼠相比,CYP1B1基因敲除的小鼠的血清中LPC明顯下降。另外CYP1B1對于維持人體內(nèi)雌激素代謝的穩(wěn)定具有重要作用[15]。PCOS患者的雌激素分泌異常也是其臨床特征之一。由此推測,PCOS患者血清中LPC含量下降,雄激素和雌激素的比例失衡,可能與CYP1B1基因被抑制有關(guān)。
圖4G和4H表明,PCOS患者與正常人相比,甘油二酯和甘油三酯增加,與臨床數(shù)據(jù)中TG含量增高吻合,高濃度的甘油三酯水平可增加PCOS患者患動脈粥樣硬化和冠心病的風(fēng)險[16]。脂質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),包含多不飽和脂肪酸鏈的TG增高更為顯著。此外,鞘磷脂SM(d18∶0/18∶0)在PCOS患者中顯著上調(diào),在肥胖PCOS患者中上調(diào)更為顯著,如圖4I所示。Samad等[17]發(fā)現(xiàn),鞘磷脂的集聚在動脈粥硬化的發(fā)展過程中有著重要作用。鞘磷脂在低密度脂蛋白LDL中的含量高于在高密度脂蛋白HDL; 從PCOS患者臨床指標(biāo)可知,低密度脂蛋白LDL上升,高密度脂蛋白HDL下降,這也可能與鞘磷脂的增高相關(guān)。
4 結(jié) 論
本研究將基于LC-MS的脂質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)用于PCOS患者的血清研究,發(fā)現(xiàn)PCOS患者與正常人相比,不飽和脂肪酸、部分鞘磷脂、甘油二酯、甘油三酯呈上調(diào)趨勢,部分磷脂酰膽堿、溶血性磷脂酰膽堿、溶血性磷脂酰乙醇胺呈下調(diào)趨勢。不飽和脂肪酸、部分鞘磷脂、甘油二酯、甘油三酯在肥胖PCOS組上調(diào)更為明顯; 部分磷脂酰膽堿、溶血性磷脂酰膽堿在肥胖PCOS組下調(diào)更為明顯。這些現(xiàn)象表明,PCOS患者脂質(zhì)代謝異常,且肥胖PCOS患者相較非肥胖PCOS患者的脂質(zhì)代謝紊亂更為嚴(yán)重。本研究的結(jié)果提示,PCOS患者,特別是肥胖PCOS患者, 胰島素抵抗和動脈粥樣硬化、冠心病的風(fēng)險增加。
References
1 Goodarzi M O, Dumesic D A, Chazenbalk G, Azziz R. Nat. Rev. Endocrinol., 2011, 7(4): 219-231
2 Zhao X J, Xu F, Qi B, Hao S L, Li Y J, Li Y, Zou L H, Lu C X, Xu G W, Hou L H. J. Proteome Res., 2014, 13(2): 1101-1111
3 LI Guo-Shen, WANG Yan-Hong, WU Ren-An, WANG Shi-Cheng. Chem. J. Chinese Universities, 2010, 31(2): 269-273
李國琛,王顏紅,吳仁安,王世成. 高等學(xué)?;瘜W(xué)學(xué)報, 2010, 31(2): 269-273
4 Hu C X, van Dommelen J, van der Heijden R, Spijksma G, Reijmers T H, Wang M, Slee E, Lu X, Xu G W, van der Greef J, Hankemeier T. J. Proteome Res., 2008, 7(11): 4982-4991
5 Jin J K, Young M C. Obstet. Gynecol. Sci., 2013, 56(03): 137-142
6 Fauser B, Chang J, Azziz R, Legro R, Dewailly D, Franks S, Tarlatzis B C, Fauser B, Balen A, Bouchard P, Dahlgren E, Devoto L, Diamanti E, Dunaif A, Filicori M, Homburg R, Ibanez L, Laven J, Magoffin D, Nestler J, Norman R J, Pasquali R, Pugeat M, Strauss J, Tan S, Taylor A, Wild R, Wild S, Ehrmann D, Lobo R, Rotterdam EAs. Hum. Reprod., 2004, 19(1): 41-47
7 Morales A J, Laughlin G A, Butzow T, Maheshwari H, Baumann G, Yen S S C. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1996, 81(8): 2854-2864
8 Roden M, Price T B, Perseghin G, Petersen K F, Rothman D L, Cline G W, Shulman G I. J.Clin. Invest., 1996, 97(12): 2859-2865
9 Storlien L H, Jenkins A B, Chisholm D J, Pascoe W S, Khouri S, Kraegen E W. Diabetes, 1991, 40(2): 280-289
10 Whitmarsh A J, Cavanagh L, Tournier C, Yasuda L, Davis R J. Science, 1998, 281(5383): 1671-1674
11 Han M S, Lim Y M, Quan W, Kim J R, Chung K W, Kang M, Kim S, Park S Y, Han J S, Park S Y, Cheon H G, Rhee S D, Park T S, Lee M S. J. Lipid Res., 2011, 52(6): 1234-1246
12 Yea K, Kim J, Yoon J H, Kwon T, Kim J H, Lee B D, Lee H J, Lee S J, Kim J I, Lee T G, Baek M C, Park H S, Park K S, Ohba M, Suh P G, Ryu S H. J. Biol. Chem., 2009, 284(49): 33833-33840
13 Barber M N, Risis S, Yang C, Meikle P J, Staples M, Febbraio M A, Bruce C R. PLoS ONE, 2012, 7(7): e41456
14 Li F, Jiang C T, Larsen M C, Bushkofsky J, Krausz K W, Wang T, Jefcoate C R, Gonzalez F J. J. Proteome Res., 2014, 13(5): 2679-2687
15 ZHU Zhuang-Yan, MI Ruo-Ran, LIU Jing. Progress in Obstetrics and Gynecology, 2006, 15(03): 184-187
朱壯彥, 糜若然, 劉 靜. 現(xiàn)代婦產(chǎn)科進(jìn)展, 2006, 15(03): 184-187
16 Cakir E, Dogan M, Topaloglu O, Ozbek M, Cakal E, Vural M G, Yeter E, Delibasi T. Atherosclerosis, 2013, 226(1): 291-295
17 Samad F. Future Lipidol., 2007, 2(6): 625-639