張冕

【摘 要】目的：本篇文章的目的為研究運(yùn)動(dòng)員、科研人員以及體力勞動(dòng)和三類人群的具體代謝差異，進(jìn)而對(duì)于不同職業(yè)的人群進(jìn)行個(gè)性化的健康知道。具體方法為隨機(jī)尋找運(yùn)動(dòng)員、科研人員以及體力勞動(dòng)者總共55人，分別對(duì)其采集3組志愿者的晨尿。使用一維核磁共振技術(shù)來(lái)檢測(cè)尿液當(dāng)中的代謝產(chǎn)物，然后再利用模式識(shí)別的方式來(lái)篩選尿液當(dāng)中的代謝標(biāo)志物，結(jié)合尿液代謝標(biāo)志物來(lái)研究3三類人群的具體代謝類型。結(jié)果顯示3組志愿者之間確實(shí)存在著顯著的代謝差異，差異比較顯著的代謝物有22個(gè)。該次研究體現(xiàn)出了3類人遵肌肉代謝、認(rèn)知功能以及腸道菌群活性等之間的差異，給人群的健康狀況總體評(píng)價(jià)帶來(lái)了嶄新的思路。

【關(guān)鍵詞】不同職業(yè)環(huán)境；人體新城代謝；特征；影響

【中圖分類號(hào)】R378 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-6851（2018）09--02

1 引言

個(gè)體的健康狀態(tài)會(huì)受到生活習(xí)慣、飲食以及職業(yè)等多個(gè)方面的影響。在不相同的職業(yè)環(huán)境之下，慢性病的發(fā)病率也是各不相同的。比如農(nóng)民、工人以及教科人員等職業(yè)不相同人群的冠心病、腦卒中、高血壓、糖尿病的分布不同。運(yùn)動(dòng)員、科研人員以及體力勞動(dòng)者的工作性質(zhì)差距比較大，影響健康狀態(tài)的主要因素也是不相同的。代謝組學(xué)指的是在機(jī)體受到基因修飾或者是外部應(yīng)激的時(shí)候，采取定量分析的技術(shù)進(jìn)而對(duì)于機(jī)體相應(yīng)的多個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)開(kāi)展測(cè)量，然后闡述機(jī)體生理改變機(jī)理的科學(xué)。跟蛋白組學(xué)以及基因組學(xué)相比較來(lái)說(shuō)，蛋白組學(xué)以及基因組學(xué)在及時(shí)生理學(xué)機(jī)理的時(shí)候，只能夠告訴我們可能出現(xiàn)上面，這是由于在其下游面臨著很多的調(diào)節(jié)機(jī)制，而代謝組學(xué)可以讓我們知道已經(jīng)發(fā)生了什么；并且蛋白組學(xué)以及基因組學(xué)所表現(xiàn)的細(xì)微改變將會(huì)在代謝物水平方面得到擴(kuò)大，使得檢測(cè)更為方便。為了研究慢性病所形成的內(nèi)部機(jī)制、對(duì)于不相同職業(yè)的人群開(kāi)展科學(xué)合理的營(yíng)養(yǎng)保障，該次研究利用尿液代謝組學(xué)技術(shù)來(lái)針對(duì)3類不相同職業(yè)人群的代謝差異開(kāi)展了研究。

2 方法

2.1 志愿者與樣本收集 志愿者一共為55名，在這當(dāng)中運(yùn)動(dòng)員有16名（A組，男，年齡在24-43歲之間）；科研人員有11名（R組，男，年齡在26-53歲之間）；體力勞動(dòng)者28名（L組，男，年齡在22-47歲之間）。然后分別對(duì)志愿者進(jìn)行晨尿的采集，在其中加入脲酶50～200U/200mL，進(jìn)而對(duì)尿液當(dāng)中的尿素進(jìn)行降解。在室溫下降解30min之后等份分裝在滅菌離心管當(dāng)中，在零下80℃的環(huán)境下凍存。

2.2 數(shù)據(jù)分析

（1）樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理。把收集到的1H-NMR譜使用專業(yè)的核磁圖譜分析軟件開(kāi)展極限校準(zhǔn)（多項(xiàng)式平滑）以及相位校正（解卷積）。去掉尿液代謝譜當(dāng)中的尿素峰以及水峰，在分段積分之后獲得樣本的數(shù)據(jù)矩陣。尿液核磁圖譜化合物的具體歸屬應(yīng)該利用參考文獻(xiàn)以及代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)確定。

（2）多元統(tǒng)計(jì)分析。把得到的樣本數(shù)據(jù)矩陣輸入到SIMCAP+軟件當(dāng)中開(kāi)展多元統(tǒng)計(jì)分析。首先對(duì)于指標(biāo)（化學(xué)位移，1985個(gè)）開(kāi)展過(guò)濾，去除相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差低于30%的指標(biāo)（這些指標(biāo)在研究的過(guò)程當(dāng)中沒(méi)有產(chǎn)生顯著的變化，在引入之后將會(huì)導(dǎo)致后期的建模過(guò)度擬合）；其次，利用各項(xiàng)指標(biāo)的總和分別對(duì)于單個(gè)指標(biāo)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化，減小信號(hào)強(qiáng)度差比較大的指標(biāo)之間的數(shù)量級(jí)差；再次，對(duì)于數(shù)據(jù)開(kāi)展立方根轉(zhuǎn)化；最后，對(duì)于數(shù)據(jù)開(kāi)展歸一化處理，通過(guò)平均值實(shí)現(xiàn)中心化，再除相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。通過(guò)處理之后的數(shù)據(jù)及創(chuàng)建出主要成分的分析模型，對(duì)于原始數(shù)據(jù)開(kāi)展可視化，觀測(cè)3組樣本的聚類趨勢(shì)以及同種樣本的離散度，找到存在于樣本當(dāng)中的異常點(diǎn)，在去除異常點(diǎn)之后重新創(chuàng)建PCA模型。

3 尿樣NMR圖譜數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果

為了去除每一項(xiàng)指標(biāo)的峰強(qiáng)度數(shù)量與分布不同對(duì)于將來(lái)數(shù)據(jù)分析的干擾，首先對(duì)于數(shù)據(jù)開(kāi)展了標(biāo)準(zhǔn)化處理。隨機(jī)選出50個(gè)指標(biāo)開(kāi)展預(yù)處理前后分布的對(duì)比。從密度圖就能夠知道，在數(shù)據(jù)處理之前服從指數(shù)衰減分布；處理之后數(shù)據(jù)服從高斯分布。由此可見(jiàn)數(shù)據(jù)處理有利于將來(lái)的建模。

4 三類人群代謝差異的整體分析

4.1 共有代謝標(biāo)志物的功能分類 在特征代謝物當(dāng)中跟認(rèn)知功能有關(guān)聯(lián)的代謝物甲基煙酰胺是尼克酰胺代謝通路的中間產(chǎn)物，能夠參與調(diào)整神經(jīng)遞質(zhì)的合成，其排放量從高到低依次為L(zhǎng)>R>A。3-羥基扁桃酸是一種構(gòu)成琥珀酰輔酶的前體物質(zhì)，它的形成需要通過(guò)鈷胺素當(dāng)做輔酶因子，該種酶的活性降低跟神經(jīng)功能紊亂以及認(rèn)知障礙有關(guān)聯(lián)，其排放量從高到低依次為R>A>L。甲基煙酰胺以及3-羥基扁桃酸能夠體現(xiàn)一個(gè)人的認(rèn)知水平，從這3類人群的尿液排泄量能夠知道研究人員的認(rèn)知能力是最強(qiáng)的。

谷氨酰胺是肌肉當(dāng)中含量最多的氨基酸，可以通過(guò)飲食當(dāng)中的鵝肌肽以及甲基組氨酸形成。谷氨酰胺排泄量的增多體現(xiàn)出了肌肉代謝與分解的強(qiáng)化，鵝肌肽以及甲基組氨酸排泄量的增多或許跟飲食構(gòu)成（動(dòng)源性食品占據(jù)的比重越高，其尿液量也就越大）或者是跟人體利用效率降低有關(guān)聯(lián)。在這3類人群當(dāng)中，谷氨酰胺尿液排泄量從高到低依次為R>A>L，甲基組氨酸從高到底為R>L>A，鵝肌肽從高到低依次為A>R>L。這表明R組的肌肉分解代謝比較強(qiáng)，可能跟他們長(zhǎng)時(shí)間缺少鍛煉有關(guān)系。脂質(zhì)氧化代謝當(dāng)中，O-乙酰肉毒堿以及肉毒堿是肌細(xì)胞脂質(zhì)代謝的運(yùn)載體，它負(fù)責(zé)把脂質(zhì)氧化所生成的乙?；鶑募?xì)胞質(zhì)運(yùn)送到線粒體當(dāng)中。除此之外，脂質(zhì)氧化是心肌細(xì)胞重要的能量來(lái)源。肉毒堿的排放量從高到低依次為R>A>L，O-乙酰肉毒堿從高到低依次為R>L>A。由此可以知道，R組這兩種代謝物的利用率降低，跟人體的脂質(zhì)氧化功能降低有關(guān)聯(lián)。

4.2 特有代謝標(biāo)志物的篩選與分析 2-辛烯酸是通過(guò)肝氧化脂肪醛類的化合物所生成的。苯酚是茶類以及水果蔬菜當(dāng)中的多酚類物質(zhì)被腸道的菌類降解所生成的，肌苷是核酸代謝生成的產(chǎn)物，通過(guò)黃嘌呤以及次黃嘌呤代謝所產(chǎn)生的。運(yùn)動(dòng)員組的特定代謝標(biāo)志物體現(xiàn)了其飲食結(jié)構(gòu)是不相同的；體力勞動(dòng)組特有的代謝標(biāo)志物是順式烏頭酸，參與到三羧酸循環(huán)，并且檸檬酸的濃度比其他組要高。這或許跟他們長(zhǎng)時(shí)間參與體力勞動(dòng)有關(guān)聯(lián)。科研人員組馬尿酸鹽的濃度相比來(lái)說(shuō)較低。馬尿酸鹽是腸道菌落代謝水果蔬菜當(dāng)中的喹啉酸生成的，該種類型的細(xì)菌同時(shí)也生產(chǎn)具備抗氧化的維生素以及氨基酸。由此可以知道R組腸道該種細(xì)菌的數(shù)目比較小。綜上，從這3類人群當(dāng)中特有的代謝標(biāo)志物能夠知道他們存在一定的飲食差異，從而引發(fā)腸道菌落結(jié)構(gòu)的差異。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該次研究利用代謝組學(xué)技術(shù)找到了運(yùn)動(dòng)員、科研人員以及體力勞動(dòng)者之間的差異，共發(fā)現(xiàn)3組志愿者之間差異明顯的代謝標(biāo)志無(wú)有20個(gè)，可以劃分為6組，可以看出跟認(rèn)知能力、肌肉質(zhì)量、生物節(jié)律以及腸道菌群活性等有關(guān)的代謝特點(diǎn)。另外，跟不相同生理功能有關(guān)的代謝物之間的聚類體現(xiàn)出了人體各個(gè)器官之間的相互調(diào)節(jié)。希望本次研究能夠給業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一定的借鑒。

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