基于NMR的代谢组学方法对稀土生物效应的研究

近年来，随着高场傅里叶变换核磁共振波谱仪灵敏度的提高、分辨率的增加、化学位移的扩展、多脉冲实验技术的发展以及计算机技术的不断进步，使NMR技术在生物和医学领域的应用有了飞速的发展。而基于NMR技术结合模式识别的代谢组学方法更是在医学临床诊断、药物毒性、环境毒理学等领域得到广泛应用。 稀土由于其特殊的电子层结构在工业、农业、畜牧业和现代生物医学上具有非常广泛的应用。本论文工作采用基于核磁共振技术的代谢组学方法，分别对给药稀土钕、镨(农用稀土微肥常乐中两种主要成分)以及重稀土钆后大鼠的体液(尿液、血清)和组织(肝、肾)中代谢物的浓度变化进行了分析。结合生化指标数据和组织切片显微照片，系统的研究了稀土钕、镨和钆的急性生物效应。 运用高分辨1H NMR技术，检测分析了大鼠腹腔注射不同剂量硝酸钕(2，10，50 mg/kg体重，48 h)、氯化钆(10，50 mg/kg体重，168 h)和硝酸镨(2，10，50 mg/kg体重，168 h)后尿液、血清及肝肾组织中的代谢物如柠檬酸、肌酸、肌酸酐、二甲胺、二甲基甘氨酸、氮氧三甲胺(TMAO)、氨基酸、乳酸、琥珀酸、牛磺酸、胆碱、甘油三脂、糖元等的浓度、物种的变化。结合模式识别方法，并根据血中生化指标和组织光镜图，对稀土在体内与细胞、组织和器官的作用机理及急性毒性进行了有意义的探讨。结果表明：高剂量硝酸钕的引入可能使动物体内的代谢出现异常，动物肾脏和肝脏的特定部位(如肾小管、肾乳头、肝脏线粒体)受到选择性的损伤；氯化钆对大鼠造成损伤的靶器官是肝脏，同时肾脏功能也受到伤害，其主要表现为通过改变大鼠体内酶代谢而使大鼠肝脏中正常的能量代谢(糖代谢和脂肪代谢)和氨基酸代谢等受到扰乱，同时能使肾脏中维持渗透平衡的渗透质浓度降低；硝酸镨靶向器官为肝脏和肾脏，以肝脏为主，且呈现明显的剂量-反应关系，低、中剂量Pr(NO3)3对大鼠肝脏和肾脏的损伤在168 h内是可逆的。基于NMR的代谢组学方法也可用于其它化合物的毒性研究。