大鼠膝骨关节炎潜在生物标志物及代谢通路筛选

目的筛选与大鼠膝骨关节炎相关的差异代谢物及其代谢通路,为深入研究骨关节炎生物标志物提供线索。方法60只雄性SPF级SD大鼠按体质量(300~350 g)采用随机数字表法分为模型组和对照组,每组30只。实验周期分别为4、8和12周,每个周期每组10只大鼠。模型组大鼠左侧膝关节采用改良Hulth法行造模手术,5 d后,驱赶大鼠使之活动,每天30 min。实验期间,两组大鼠均饲喂普通固体饲料、自由饮用自来水。实验期满,采集大鼠膝关节和血液样本。采用苏木素-伊红(HE)染色观察膝关节组织病理学变化,超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱仪(UPLC-Q-TOF-MS)检测血清中小分子代谢物,并通过多元统计分析和数据库比对,筛选与骨关节炎相关的差异代谢物及其相关代谢通路。结果模型组大鼠膝关节软骨变薄,表层粗糙、缺损或剥脱,软骨细胞变性、坏死、缺失,病变随实验周期延长而加重。筛选出11个与骨关节炎相关的血清差异代谢物,分别为硒代半胱氨酸、6-羟褪黑素、γ-谷氨酰半胱氨酸、花生四烯酸、二氢神经鞘氨醇、白三烯A4、白三烯B4、11,12-环氧-二十碳三烯酸(11,12-EpETrE)、溶血磷脂酰胆碱、神经酰胺和N-花生四烯酰甘氨酸。其中,实验4周时筛选出9个,与对照组比较,模型组5个高表达,4个低表达;实验8周时筛选出8个,与对照组比较,模型组2个高表达,6个低表达;实验12周时筛选出8个,与对照组比较,模型组5个高表达,3个低表达。筛选出2条与骨关节炎密切相关的代谢通路,分别为鞘脂代谢通路和花生四烯酸代谢通路,其中,二氢神经鞘氨醇和神经酰胺归属到鞘脂代谢通路,花生四烯酸、白三烯A4和白三烯B4归属到花生四烯酸代谢通路。结论骨关节炎疾病进程可以影响血清代谢物谱的构成和水平。11个血清差异代谢物涉及鞘脂代谢通路和花生四烯酸代谢通路,与骨关节炎的发生发展相关。

大鼠骨关节炎尿生物标志物靶向代谢组学研究

目的建立不同实验周期的大鼠骨关节炎(OA)模型,分析其尿中小分子代谢物,探讨具有疾病判别和/或病情指示作用的OA生物标志物和/或生物标志物簇。方法选用60只雄性SPF级SD大鼠,体重为300~350 g,按体重采用随机数字表法分为模型组和对照组,每组30只,实验周期分别为4、8、12周。采用改良Hulth法建立大鼠OA模型。实验期满采集大鼠膝关节组织和尿液。膝关节组织常规制片、HE染色后光镜下观察造模情况,用高效液相色谱四级杆离子阱串联质谱[HPLC-(Q-TRAP)-MS/MS]定量检测大鼠尿液中候选物质。采用SPSS 20.0软件对计量资料进行数据处理和分析,组间比较采用Wilcoxon rank-sum检验;采用Python 3.0软件进行受试者工作特征(ROC)曲线检验。P<0.05为差异有统计学意义。结果组织学观察可见,模型组大鼠关节间隙变窄或消失,软骨变薄、破损或大面积剥脱,软骨细胞变性、坏死、缺失,随实验周期延长,病变加重。靶向代谢组学研究发现,4周时尿液中筛选出7种差异代谢物,分别为富马酸、琥珀酸、草酰乙酸、苹果酸、顺乌头酸、α-酮戊二酸、磺基丙氨酸,其中模型组磺基丙氨酸低于对照组,其余6种有机酸均高于对照组(P均<0.05);8周时尿液中筛选出12种差异代谢物,包括组氨酸、赖氨酸、酪氨酸、色氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、肌酸酐、α-酮戊二酸、草酰乙酸、丙二酰肉碱,模型组均高于对照组(P均<0.05);12周时尿液中筛选出4种差异代谢物,其中模型组磺基丙氨酸、半胱氨酸和肌氨酸均低于对照组,琥珀酸高于对照组(P均<0.05)。结论模型组大鼠出现典型OA病理及病程改变,模型建立成功。不同病程大鼠尿液小分子差异代谢物谱不同,主要为有机酸和氨基酸,尿液三羧酸循环相关代谢物和必需氨基酸可作为OA生物标志物簇。