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2型糖尿病患者血清与粪便的代谢组学研究

李志伟 黄建锋 文婕 李飞 肖雪蓉 王鹏飞 曹霞

李志伟, 黄建锋, 文婕, 李飞, 肖雪蓉, 王鹏飞, 曹霞. 2型糖尿病患者血清与粪便的代谢组学研究[J]. 昆明医科大学学报, 2021, 42(2): 54-63. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210211
引用本文: 李志伟, 黄建锋, 文婕, 李飞, 肖雪蓉, 王鹏飞, 曹霞. 2型糖尿病患者血清与粪便的代谢组学研究[J]. 昆明医科大学学报, 2021, 42(2): 54-63. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210211
Zhi-wei LI, Jian-feng HUANG, Jie WEN, Fei LI, Xue-rong XIAO, Peng-fei WANG, Xia CAO. Metabolomics Studies on Feces and Serum from Type 2 Diabetes Mellitus[J]. Journal of Kunming Medical University, 2021, 42(2): 54-63. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210211
Citation: Zhi-wei LI, Jian-feng HUANG, Jie WEN, Fei LI, Xue-rong XIAO, Peng-fei WANG, Xia CAO. Metabolomics Studies on Feces and Serum from Type 2 Diabetes Mellitus[J]. Journal of Kunming Medical University, 2021, 42(2): 54-63. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210211

2型糖尿病患者血清与粪便的代谢组学研究

doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210211
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(82060306);昆明医科大学第二附属医院院内科技计划基金资助项目(2018yk013)
详细信息
    作者简介:

    李志伟 (1985~),男,云南安宁人,在职硕士研究生,主要从事实验室及免疫学研究工作。黄建锋与李志伟对本文具有同等贡献

    通讯作者:

    曹霞,E-mail:1244815508@qq.com

  • 中图分类号: R587.1

Metabolomics Studies on Feces and Serum from Type 2 Diabetes Mellitus

  • 摘要:   目的  研究2型糖尿患者与健康者血清和粪便的代谢组学差异,分析差异代谢物与2型糖尿病之间的相关性。  方法  选择2018年1月至2019年3月在昆明医科大学第二附属医院内分泌科住院的2型糖尿病患者53例,以及同期常规体检健康对照人群30例,采用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱技术对两组研究对象的血清代谢物及30例糖尿病患者与对照组的粪便代谢物进行非靶向和靶向的代谢组学研究。应用Spearman相关性分析方法对血清和粪便中的差异代谢物与2型糖尿病相关指标的相关性进行分析。  结果  在2型糖尿病组与健康对照组血清样本中鉴定出15个差异代谢物,在粪便样本中鉴定出的差异代谢物则有6个。其中,糖尿患者血清中的谷氨酰胺、壬二酸、癸二酸及3-羟基癸二酸等二羧酸类羟基化衍生物明显低于健康对照组,差异有统计学意义(P < 0.01),而琥珀酰乙酰乙酸、缬氨酸、亮氨酸、葡萄糖、乳酸的含量则高于对照组,差异有统计学意义(P < 0.01),并且琥珀酰乙酰乙酸、乳酸与糖化血红蛋白、餐后2 h血糖及空腹血糖浓度具有较强的正相关性,而壬二酸、癸二酸及二羧酸类羟基化衍生物与血糖浓度则具有较强的负相关;在粪便代谢物中,去氧胆酸和鹅去氧胆酸等胆汁酸与受检者的血糖浓度也有着一定的正相关性,并且单变量分析结果显示,与健康对照组相比糖尿病患者血清中的去氧胆酸和鹅去氧胆酸均显著性升高,差异有统计学意义(P < 0.05)。  结论  2型糖尿患者的血清代谢组学与健康者具有明显的差异,这些差异代谢物与糖尿病的发生和发展具有较强的关联性。在粪便代谢组学中,糖尿患者的胆汁酸水平与血糖的浓度变化也密切相关。
  • 图  1  血清的非靶向代谢组学分析

    a:ESI+模式下的血清代谢组PCA得分图;b:ESI-模式下的血清代谢组PCA得分图;c:ESI+模式下的血清代谢组OPLS-DA得分图;d:ESI-模式下的血清代谢组OPLS-DA得分图;e:ESI+模式下的血清代谢组S-plot:红色圆圈表示变化较为明显的代谢物(分子量);f:ESI-模式下的血清代谢组S-plot:红色圆圈表示变化较为明显的代谢物(分子量);3-HDDCA:3-Hydroxydodecanedioic acid;3-HTTCA:3-Hydroxytetradecanedioic acid。

    Figure  1.  The non-targeted metabolomics analysis of serum

    图  2  粪便的非靶向代谢组学分析

    a:ESI+模式下的粪便代谢组PCA得分图;b:ESI-模式下的粪便代谢组PCA得分图;c:ESI+模式下的粪便代谢组OPLS-DA得分图;d:ESI-模式下的粪便代谢组OPLS-DA得分图;e:ESI+模式下的粪便代谢组S-plot:红色圆圈表示变化较为明显的代谢物(分子量);f:ESI-模式下的粪便代谢组S-plot:红色圆圈表示变化较为明显的代谢物(分子量)。

    Figure  2.  Non-target metabolomic analysis of fecal

    图  3  差异代谢物的单变量靶向分析

    a:血清差异代谢物的相对定量;b:粪便差异代谢物的相对定量;c:血清中的胆汁酸水平;与对照组比较,*P < 0.05,**P < 0.01,***P < 0.001。

    Figure  3.  Univariate targeting analysis of different metabolites

    图  4  差异代谢物与临床指标的相关性分析

    Figure  4.  Correlation analysis of different metabolites and clinical indicators

    表  1  两组研究对象临床特征($\bar x\pm s$

    Table  1.   The clinical characteristics of the control and the T2DM groups ($\bar x\pm s $

    指标对照组2型糖尿病组tP
    年龄(岁) 51.77 ± 8.01 54.47 ± 11.40 −1.26 0.21
    TC(mmol/L) 4.48 ± 0.71 4.78 ± 1.18 −1.459 0.15
    TG(mmol/L) 1.31 ± 0.57 2.95 ± 1.98 −5.61 0.000**
    HDL-C(mmol/L) 1.52 ± 0.39 1.09 ± 0.24 5.501 0.000**
    LDL-C(mmol/L) 2.62 ± 0.51 3.05 ± 0.99 −2.63 0.01*
    FPG/mmol/L 5.12 ± 0.47 9.59 ± 3.64 −8.80 0.000**
    FINS(μIU/mL) 11.16 ± 3.29 13.39 ± 8.39 −1.71 0.09
    FC-P(ng/mL) 2.75 ± 0.96 3.06 ± 1.18 −1.22 0.23
    HbA1C(%) 5.19 ± 1.16 9.21 ± 2.18 −10.97 0.000**
    尿素(mmol/L) 5.20 ± 1.72 5.29 ± 1.66 0.24 0.81
    肌酐(mol/L) 67.50 ± 17.04 70.38 ± 17.30 −0.73 0.47
      与对照组比较,*P > 0.05,**P > 0.01。
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    表  2  临床血清和粪便中差异代谢物的定性与定量信息表

    Table  2.   The qualitative and quantitative information of different metabolites in serum and fecal samples

    保留
    时间
    分子量化合物离子模式偏相关系
    数绝对值
    变量权
    重值
    倍数
    (糖尿病组/
    对照组)
    质荷比
    误差
    离子碎片样本类型
    0.87 202.047 Succinylacetoacetate ESI+ 0.75 8.74 1.66 4 84.96;116.06;
    139.05;172.11
    serum
    0.88 146.070 Glutamine* ESI+ −0.56 1.06 0.86 6 84.04;102.05;
    130.05
    serum
    1.00 117.079 Valine* ESI+ 0.52 2.92 1.18 0 55.05;72.08 serum
    1.05 131.095 Leucine* ESI+ 0.57 4.57 1.24 3 30.03;44.05;
    69.07;86.10
    serum
    5.92 188.104 Azelaic acid* ESI+ −0.72 4.49 0.30 5 125.10;171.10 serum
    6.63 246.147 3-Hydroxydodecanedioic acid ESI+ −0.83 5.89 0.50 1 171.10;229.15 serum
    7.74 274.177 3-Hydroxytetradecanedioic acid ESI+ −0.86 9.84 0.42 4 171.10;239.16 serum
    8.95 302.208 5-Hydroxyhexadecanedioic acid ESI+ −0.81 2.25 0.38 4 171.10;285.21 serum
    0.84 180.063 Glucose* ESI− 0.64 1.38 1.72 2 45.00;59.01;
    89.03
    serum
    1.05 90.032 Lactic acid ESI− 0.71 8.62 1.48 3 43.02;71.01 serum
    5.51 218.115 3-Hydroxydecanedioic acid ESI− −0.77 2.51 0.40 2 69.03;119.03;
    158.24
    serum
    5.91 188.104 Azelaic acid* ESI− −0.68 8.53 0.31 3 125.10;143.86;
    169.08
    serum
    6.60 202.120 Sebacic acid* ESI− −0.67 2.10 0.29 1 139.12;183.10 serum
    6.64 246.147 3-Hydroxydodecanedioic acid ESI− −0.79 5.51 0.51 2 57.04;125.10;
    187.10
    serum
    7.25 216.136 Undecanedioic acid* ESI− −0.69 2.01 0.27 1 153.13;197.11 serum
    8.95 302.209 5-Hydroxyhexadecanedioic acid ESI− −0.79 1.86 0.38 1 71.05;153.12;
    197.12
    serum
    8.66 372.267 Cervonoyl ethanolamide ESI+ 0.51 2.61 2.16 1 107.09;159.12;
    173.13;337.25
    feces
    9.35 356.272 Tetracosahexaenoic acid ESI+ 0.52 2.17 1.67 1 107.09;187.15;
    247.17
    feces
    9.39 392.293 7,12-Dihydroxycholanoic acid ESI− 0.57 3.85 1.47 1 345.28;373.26 feces
    10.06 392.293 Chenodeoxycholic acid* ESI− 0.63 7.53 3.54 1 354.07;373.26 feces
    8.65 408.290 Cholic acid* ESI− 0.57 10.72 3.04 6 95.05;251.20;
    289.22;343.27
    feces
    10.26 392.293 Deoxycholic acid* ESI− 0.71 8.40 1.61 1 327.27;345.28;
    355.27;373.26
    feces
      *表示与标准品进行比对过的化合物。
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  • 收稿日期:  2020-11-12
  • 刊出日期:  2021-03-05

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