Analiza metabolomică a diabetului de tip 2 indus de dietă utilizând UPLCMS integrat cu model

Departamentul de afiliere pentru analize farmaceutice, Laboratorul cheie de metabolomică și chinmedomică, Laboratorul național TCM de farmacochimie serică, Universitatea de Medicină Chineză Heilongjiang, Harbin, China

Hui Soare,
Shuxiang Zhang,
Aihua Zhang,
Guangli Yan,
Xiuhong Wu,
Ying Han,
Xijun Wang

Cifre

Abstract

Metabolomica reprezintă o disciplină emergentă preocupată de evaluarea cuprinzătoare a metaboliților endogeni cu molecule mici din sistemele biologice și oferă o perspectivă puternică asupra mecanismelor bolilor. Diabetul de tip 2 (T2D), numit povara secolului 21, crește odată cu o rată epidemică. Cu toate acestea, mecanismul său molecular precis nu a fost explorat în mod cuprinzător. În acest studiu, am aplicat metabolomica urinară pe baza UPLC/MS integrată cu abordări de recunoaștere a modelelor pentru a descoperi metaboliți diferențiați, pentru a caracteriza și a explora întreruperea căii metabolice într-un model experimental pentru T2D indusă de o dietă bogată în grăsimi. S-au găsit șase metaboliți urinari diferențiați în modul negativ și doi (2- (4-hidroxi-3-metoxi-fenil) acetaldehidă sulfat, 2-feniletanol glucuronid) dintre care au fost identificați implicând căile metabolice cheie legate de interconversiile pentoză și glucuronat, amidon, metabolismul zaharozei și metabolismul tirozinei. Studiul nostru oferă o nouă perspectivă asupra mecanismelor fiziopatologice și poate îmbunătăți înțelegerea patogenezei T2D.

Citare: Sun H, Zhang S, Zhang A, Yan G, Wu X, Han Y și colab. (2014) Analiza metabolomică a diabetului de tip 2 indus de dietă utilizând UPLC/MS integrat cu abordarea de recunoaștere a modelelor. PLoS ONE 9 (3): e93384. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093384

Editor: Daniel Monleon, Institutul de Investigare Sanitară INCLIVA, Spania

Primit: 9 august 2013; Admis: 4 martie 2014; Publicat: 26 martie 2014

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de subvenții din cadrul Programului cheie al Fundației de Stat pentru Științe Naturale (Grant nr. 90709019), Programul național de cercetare și dezvoltare tehnologică cheie al Ministerului Științei și Tehnologiei din China (Grant nr. 2011BAI03B03, 2011BAI03B06, 2011BAI03B08), Programul științific și tehnologic cheie al provinciei Heilongjiang, China (Grant nr. GC06C501, GA08C303, GA06C30101), Fundația Universității de Medicină Chineză din Heilongjiang (Grant nr. 201209) și Subiectul cheie național al inovării medicamentelor (Grant nr. 2009ZX09502-005 ). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Metabolomica se poate presupune că la indivizii cu T2D este posibil ca multe căi metabolice să fie afectate și probabil că joacă un rol în disfuncția lor metabolică generală. Astfel, identificarea de noi biomarkeri și căi poate îmbunătăți caracterizarea alterărilor fiziopatologice asociate cu T2D [6]. Înțelegerea rețelelor biochimice va ajuta la clarificarea etiologiei diabetului și ar trebui să încurajeze descoperirea de noi biomarkeri de risc și severitate a bolii. Am raportat anterior o analiză a metabolomicii cantitative țintite, în care am arătat că multe observații cunoscute și noi ale modificărilor metabolice pot fi descoperite folosind o astfel de abordare metabolomică [7] - [10]. Metoda are puterea de a identifica perturbațiile homeostaziei metabolice ale organismului și, prin urmare, oferă acces la markerii căilor metabolice afectate de boală [11] - [13]. Prin utilizarea acestei abordări cuprinzătoare de profilare biochimică, încercăm să identificăm metaboliții cu concentrații diferite în T2D, permițând astfel noi perspective asupra progresiei fiziopatologice a acestei importante boli metabolice.

Diferite tehnici analitice, cu analize de date multivariate, cum ar fi analiza parțială cu discriminare minimă pătrată (PLS-DA) au fost aplicate în studiile de metabolizare bazate pe metabolomică [14]. UPLC cuplat cu SM a devenit una dintre tehnicile aplicate pe scară largă în metabolomică datorită sensibilității și reproductibilității sale ridicate [15] - [20]. Aici, metabolomica urinară bazată pe UPLC-MS a fost aplicată pentru a investiga profilurile metabolice și potențialii biomarkeri într-un model de șobolan T2D, care poate facilita înțelegerea modificărilor patologice ale T2D și poate obține o vedere sistematică a disecției mecanismelor T2D.

Materiale și metode

Substanțe chimice și reactivi

Acetonitrilul (clasa HPLC) a fost achiziționat de la Dikma Technology Inc. (Compania Dima, SUA). Apa deionizată a fost purificată prin sistemul Milli-Q (Millipore, Bedford, MA, SUA). Acidul formic (clasa HPLC, FA) a fost achiziționat de la compania honeywell (SUA). Encefalina leucină a fost achiziționată de la Sigma-Aldrich (MO, SUA). Emulsia bogată în grăsimi a fost preparată de laboratorul nostru. Pe scurt, untură de porc 20 g, metil tiouracil 1 g, colesterol 5 g, glutamat de sodiu 1 g, zahăr 5 g, fructoză 5 g, propilen glicol 30 ml au fost amestecate și s-au adăugat volum de apă la 100 ml și s-au pregătit pentru emulsie bogată în grăsimi (vezi Ref. 21).

Declarație de etică

Studiul nostru a fost realizat în strictă conformitate cu recomandările din Ghidul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator de la Universitatea de Medicină Chineză Heilongjiang. Protocolul a fost aprobat de Comitetul pentru etica experimentelor pe animale de la Universitatea de Medicină Chineză din Heilongjiang (numărul permisului: CEAE-HUCM-0126104). S-au făcut toate eforturile pentru a minimiza suferința.