CN112684020B - 一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用 - Google Patents
一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112684020B CN112684020B CN202011382873.5A CN202011382873A CN112684020B CN 112684020 B CN112684020 B CN 112684020B CN 202011382873 A CN202011382873 A CN 202011382873A CN 112684020 B CN112684020 B CN 112684020B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc
- serum
- deficiency
- biomarker
- analysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims abstract description 167
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 167
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 165
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 title abstract description 38
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 title abstract description 18
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 title abstract description 17
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 33
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 33
- 101710170491 Glutathione transferase omega-1 Proteins 0.000 claims abstract description 10
- 101100393860 Caenorhabditis elegans gsto-1 gene Proteins 0.000 claims abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 19
- 238000001262 western blot Methods 0.000 claims description 7
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 5
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 claims description 4
- 239000003147 molecular marker Substances 0.000 claims description 2
- 206010048259 Zinc deficiency Diseases 0.000 abstract description 73
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 abstract description 45
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 abstract description 45
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 abstract description 41
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 24
- 241000700159 Rattus Species 0.000 abstract description 23
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract description 17
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 abstract description 17
- 238000010201 enrichment analysis Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000091 biomarker candidate Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 abstract description 5
- 229940091251 zinc supplement Drugs 0.000 abstract description 3
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 abstract description 2
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 91
- 102100023541 Glutathione S-transferase omega-1 Human genes 0.000 description 52
- 101000906386 Homo sapiens Glutathione S-transferase omega-1 Proteins 0.000 description 51
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 42
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 22
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 description 22
- 102100033369 Glutathione S-transferase A4 Human genes 0.000 description 17
- 101000870514 Homo sapiens Glutathione S-transferase A4 Proteins 0.000 description 17
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 17
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 14
- 108010024636 Glutathione Proteins 0.000 description 11
- 229960003180 glutathione Drugs 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 102100036533 Glutathione S-transferase Mu 2 Human genes 0.000 description 9
- 101001071691 Homo sapiens Glutathione S-transferase Mu 2 Proteins 0.000 description 9
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 9
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 9
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 9
- 150000003626 triacylglycerols Chemical class 0.000 description 9
- DDRJAANPRJIHGJ-UHFFFAOYSA-N creatinine Chemical compound CN1CC(=O)NC1=N DDRJAANPRJIHGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- DIGQNXIGRZPYDK-WKSCXVIASA-N (2R)-6-amino-2-[[2-[[(2S)-2-[[2-[[(2R)-2-[[(2S)-2-[[(2R,3S)-2-[[2-[[(2S)-2-[[2-[[(2S)-2-[[(2S)-2-[[(2R)-2-[[(2S,3S)-2-[[(2R)-2-[[(2S)-2-[[(2S)-2-[[(2S)-2-[[2-[[(2S)-2-[[(2R)-2-[[2-[[2-[[2-[(2-amino-1-hydroxyethylidene)amino]-3-carboxy-1-hydroxypropylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1-hydroxyethylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1,3-dihydroxypropylidene]amino]-1-hydroxyethylidene]amino]-1-hydroxypropylidene]amino]-1,3-dihydroxypropylidene]amino]-1,3-dihydroxypropylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1,3-dihydroxybutylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1-hydroxypropylidene]amino]-1,3-dihydroxypropylidene]amino]-1-hydroxyethylidene]amino]-1,5-dihydroxy-5-iminopentylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1,3-dihydroxybutylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1,3-dihydroxypropylidene]amino]-1-hydroxyethylidene]amino]-1-hydroxy-3-sulfanylpropylidene]amino]-1-hydroxyethylidene]amino]hexanoic acid Chemical compound C[C@@H]([C@@H](C(=N[C@@H](CS)C(=N[C@@H](C)C(=N[C@@H](CO)C(=NCC(=N[C@@H](CCC(=N)O)C(=NC(CS)C(=N[C@H]([C@H](C)O)C(=N[C@H](CS)C(=N[C@H](CO)C(=NCC(=N[C@H](CS)C(=NCC(=N[C@H](CCCCN)C(=O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)N=C([C@H](CS)N=C([C@H](CO)N=C([C@H](CO)N=C([C@H](C)N=C(CN=C([C@H](CO)N=C([C@H](CS)N=C(CN=C(C(CS)N=C(C(CC(=O)O)N=C(CN)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O)O DIGQNXIGRZPYDK-WKSCXVIASA-N 0.000 description 7
- 108090000157 Metallothionein Proteins 0.000 description 7
- 102000003792 Metallothionein Human genes 0.000 description 7
- 238000008157 ELISA kit Methods 0.000 description 6
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 6
- 238000013211 curve analysis Methods 0.000 description 6
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 235000018823 dietary intake Nutrition 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000002705 metabolomic analysis Methods 0.000 description 5
- 230000001431 metabolomic effect Effects 0.000 description 5
- 238000003068 pathway analysis Methods 0.000 description 5
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 5
- 102000002260 Alkaline Phosphatase Human genes 0.000 description 4
- 108020004774 Alkaline Phosphatase Proteins 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 229940109239 creatinine Drugs 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 4
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 4
- 235000003715 nutritional status Nutrition 0.000 description 4
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000001195 ultra high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 4
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 101001042041 Bos taurus Isocitrate dehydrogenase [NAD] subunit beta, mitochondrial Proteins 0.000 description 3
- 102100039696 Glutamate-cysteine ligase catalytic subunit Human genes 0.000 description 3
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 3
- 101001034527 Homo sapiens Glutamate-cysteine ligase catalytic subunit Proteins 0.000 description 3
- 101000960234 Homo sapiens Isocitrate dehydrogenase [NADP] cytoplasmic Proteins 0.000 description 3
- 102100039905 Isocitrate dehydrogenase [NADP] cytoplasmic Human genes 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N Uric Acid Chemical compound N1C(=O)NC(=O)C2=C1NC(=O)N2 LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N Uric acid Natural products N1C(=O)NC(=O)C2NC(=O)NC21 TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 3
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 3
- 230000000378 dietary effect Effects 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229930195712 glutamate Natural products 0.000 description 3
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 3
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229940116269 uric acid Drugs 0.000 description 3
- 102100036475 Alanine aminotransferase 1 Human genes 0.000 description 2
- 108010082126 Alanine transaminase Proteins 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 108010023302 HDL Cholesterol Proteins 0.000 description 2
- 108010010234 HDL Lipoproteins Proteins 0.000 description 2
- 102000015779 HDL Lipoproteins Human genes 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010028554 LDL Cholesterol Proteins 0.000 description 2
- 108010007622 LDL Lipoproteins Proteins 0.000 description 2
- 102000007330 LDL Lipoproteins Human genes 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 PGD Proteins 0.000 description 2
- 102000040945 Transcription factor Human genes 0.000 description 2
- 108091023040 Transcription factor Proteins 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000037149 energy metabolism Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 235000012631 food intake Nutrition 0.000 description 2
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 2
- 235000014106 fortified food Nutrition 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 2
- 229940029985 mineral supplement Drugs 0.000 description 2
- 235000020786 mineral supplement Nutrition 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035935 pregnancy Effects 0.000 description 2
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 2
- 230000007115 recruitment Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 230000002485 urinary effect Effects 0.000 description 2
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 2
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 2
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 2
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 2
- HSINOMROUCMIEA-FGVHQWLLSA-N (2s,4r)-4-[(3r,5s,6r,7r,8s,9s,10s,13r,14s,17r)-6-ethyl-3,7-dihydroxy-10,13-dimethyl-2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-tetradecahydro-1h-cyclopenta[a]phenanthren-17-yl]-2-methylpentanoic acid Chemical compound C([C@@]12C)C[C@@H](O)C[C@H]1[C@@H](CC)[C@@H](O)[C@@H]1[C@@H]2CC[C@]2(C)[C@@H]([C@H](C)C[C@H](C)C(O)=O)CC[C@H]21 HSINOMROUCMIEA-FGVHQWLLSA-N 0.000 description 1
- 208000030090 Acute Disease Diseases 0.000 description 1
- 206010002091 Anaesthesia Diseases 0.000 description 1
- 108010003415 Aspartate Aminotransferases Proteins 0.000 description 1
- 102000004625 Aspartate Aminotransferases Human genes 0.000 description 1
- 208000015163 Biliary Tract disease Diseases 0.000 description 1
- 208000017667 Chronic Disease Diseases 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000018832 Cytochromes Human genes 0.000 description 1
- 108010052832 Cytochromes Proteins 0.000 description 1
- 206010012735 Diarrhoea Diseases 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 101710145248 Glutathione S-transferase omega-1 Proteins 0.000 description 1
- 108010051696 Growth Hormone Proteins 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 229930010555 Inosine Natural products 0.000 description 1
- UGQMRVRMYYASKQ-KQYNXXCUSA-N Inosine Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1N1C2=NC=NC(O)=C2N=C1 UGQMRVRMYYASKQ-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 1
- 102000000589 Interleukin-1 Human genes 0.000 description 1
- 108010002352 Interleukin-1 Proteins 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VSOAQEOCSA-N L-altropyranose Chemical compound OC[C@@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VSOAQEOCSA-N 0.000 description 1
- 206010024971 Lower respiratory tract infections Diseases 0.000 description 1
- 241001124569 Lycaenidae Species 0.000 description 1
- 101150053185 P450 gene Proteins 0.000 description 1
- 108010033276 Peptide Fragments Proteins 0.000 description 1
- 102000007079 Peptide Fragments Human genes 0.000 description 1
- 238000011529 RT qPCR Methods 0.000 description 1
- 241000700157 Rattus norvegicus Species 0.000 description 1
- 208000020221 Short stature Diseases 0.000 description 1
- 102100038803 Somatotropin Human genes 0.000 description 1
- 108090000340 Transaminases Proteins 0.000 description 1
- 102000003929 Transaminases Human genes 0.000 description 1
- WHMDKBIGKVEYHS-IYEMJOQQSA-L Zinc gluconate Chemical compound [Zn+2].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O WHMDKBIGKVEYHS-IYEMJOQQSA-L 0.000 description 1
- PNNCWTXUWKENPE-UHFFFAOYSA-N [N].NC(N)=O Chemical compound [N].NC(N)=O PNNCWTXUWKENPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 1
- 230000037354 amino acid metabolism Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000037005 anaesthesia Effects 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- 208000022531 anorexia Diseases 0.000 description 1
- HPYIIXJJVYSMCV-MGDXKYBTSA-N astressin Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCC)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H]1C(N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC=2N=CNC=2)C(=O)N[C@@H](CCCCNC(=O)CC1)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCC)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(N)=O)=O)C(C)C)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CNC=N1 HPYIIXJJVYSMCV-MGDXKYBTSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000003613 bile acid Substances 0.000 description 1
- 230000006696 biosynthetic metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000037182 bone density Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 238000010224 classification analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 208000010877 cognitive disease Diseases 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 235000014987 copper Nutrition 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 206010061428 decreased appetite Diseases 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 235000021196 dietary intervention Nutrition 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002330 electrospray ionisation mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 235000021112 essential micronutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 235000021050 feed intake Nutrition 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000010230 functional analysis Methods 0.000 description 1
- 229940120965 glucose oral solution Drugs 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000122 growth hormone Substances 0.000 description 1
- 230000002440 hepatic effect Effects 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 229940088592 immunologic factor Drugs 0.000 description 1
- 239000000367 immunologic factor Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 229960003786 inosine Drugs 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001948 isotopic labelling Methods 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000004895 liquid chromatography mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 208000019423 liver disease Diseases 0.000 description 1
- 210000005228 liver tissue Anatomy 0.000 description 1
- 201000004792 malaria Diseases 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 108020004999 messenger RNA Proteins 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 210000001616 monocyte Anatomy 0.000 description 1
- 235000018343 nutrient deficiency Nutrition 0.000 description 1
- 229940100688 oral solution Drugs 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 235000021075 protein intake Nutrition 0.000 description 1
- 230000006916 protein interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004147 pyrimidine metabolism Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 231100000272 reduced body weight Toxicity 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000013558 reference substance Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001850 reproductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004366 reverse phase liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000036299 sexual function Effects 0.000 description 1
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000012089 stop solution Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 238000004885 tandem mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000001196 time-of-flight mass spectrum Methods 0.000 description 1
- UFTFJSFQGQCHQW-UHFFFAOYSA-N triformin Chemical compound O=COCC(OC=O)COC=O UFTFJSFQGQCHQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 235000019195 vitamin supplement Nutrition 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000002676 xenobiotic agent Substances 0.000 description 1
- 229960000306 zinc gluconate Drugs 0.000 description 1
- 239000011670 zinc gluconate Substances 0.000 description 1
- 235000011478 zinc gluconate Nutrition 0.000 description 1
- 108010062393 zinc thionein Proteins 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用。所述的生物标志物为谷胱甘肽转移酶Omega1(glutathione S‑transferase Omega1,GSTO1)。本发明通过基于高通量的色谱质谱联用的蛋白质组学和代谢组学等多组学联合的技术筛选锌缺乏大鼠血液和肝脏中的差异生物标志物(蛋白质和代谢产物),多组学代谢通路富集分析筛选锌缺乏的最显著代谢通路并筛选锌缺乏候选生物标志物;通过锌缺乏敏感人群验证筛选的候选锌缺乏生物标志物;最后通过锌缺乏人群的随机对照补锌干预实验确定人群特异的锌缺乏生物标志物,基于筛选的生物标志物尝试建立可用于锌营养状态评价的快速的、灵敏的、特异的标准方法体系,为评估个体的锌营养状态和干预措施提供帮助。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于人群锌缺乏诊断的生物标志物及其应用。本发明属于医药技术领域。
背景技术
锌是人体必需的微量营养素,具有极其广泛和重要的生理功能,在多种涉及基因表达、细胞分裂和细胞生长,以及免疫和生殖功能的酶系中都具有重要的结构和功能作用。锌缺乏严重危害人体健康,例如影响儿童生长发育、性功能衰减、皮肤病、认知紊乱、厌食、增加感染的危险性和影响妊娠结局等。
WHO通过食物利用数据,推测国际上膳食锌缺乏的流行率大约达到31% (4%-70%)。我国健康与营养调查显示,2009年中国儿童青少年和成年人的膳食锌摄入量低于平均需要量(EAR)的比例分别为79.6%和45.8%,锌摄入不足在我国普遍存在。世界范围内,大约有16%的下呼吸道感染、18%的疟疾、10%腹泻、 1.4%的全球人口死亡率与锌缺乏相关。鉴于锌缺乏的后果严重和补锌的巨大益处, 有必要在易感人群中量化锌缺乏的流行性和严重程度,制定合理补锌措施。遗憾的是,目前在国际上有关国家水平的锌缺乏流行率的数据非常有限。主要原因是,到目前为止国际上还没有能够敏感、特异的评价机体锌营养状况的指标。WHO、 UNICEF、国际原子能机构(IAEA)和国际锌营养顾问组(IZiNCG)发布评估人群锌营养状况的3种主要方法是:血清(血浆)锌,锌膳食摄入量和生理功能。血清锌是目前公认的人群锌缺乏的最佳指标,但不是评价个体锌营养状态的特异敏感指标。由于机体平衡调节作用,同时锌在体内分布广泛,如果锌供给缺乏,组织内锌将重新分布至血中,满足重要器官的需要,血清锌水平仅在体内平衡负担过度时才发生变化,对中、轻度缺锌无反应。此外,血清锌对外部刺激反应迅速,多种生理、病理状态皆可影响血清锌浓度,如进食、饥饿、体力活动、妊娠以及应激状态。还需要其他的生物标志物辅助确定血清锌降低是由锌缺乏引起的还是由机体其他状况导致的。因此,血清锌不能准确反映个体的锌营养状态,尤其是不能用于评价个体早期或轻度的锌缺乏。
除了血清锌以外,血清碱性磷酸酶、交换性锌池、发锌、尿锌等也用于锌缺乏的诊断。血清碱性磷酸酶缺乏特异性,胆道疾病、肝脏疾病、骨骼系统疾病、蛋白质摄人情况、钙营养状况等都可影响其活性。研究提示体内含锌量与交换性锌池(EZP)的大小有良好的相关性,与血清锌相比,EZP能更敏感更可靠地反应人体锌水平,但测定EZP需要昂贵的稳定性同位素及质谱分析。尿锌/肌苷比、 24h尿锌总量、发锌有作为评价机体锌缺乏指标的潜力,但个体差异较大,无法确定正常值范围,故不能用于个体锌缺乏的判断。单核细胞中金属硫蛋白mRNA 水平对补锌的反应比血清锌可靠,是评价锌缺乏的相对金标准,但其操作复杂,难以在临床上推广。
膳食摄入可吸收性锌不足,是锌缺乏的最主要原因之一。因此,24小时膳食回顾法或膳食称重法常用于评估人群锌摄入是否充足,锌摄入量低于估计平均需要量(EAR)的人群发生率可作为人群锌缺乏危险性的指标。但是,除了膳食调查误差比较大外,不同人群和不同食物中锌的生物利用率不同,影响锌的实际吸收量,因此膳食摄入量同样不能很好评价个体锌缺乏。
锌是一种典型的2型营养素(Type 2nutrients),锌缺乏会对机体产生众多不利影响,但却没有特异的症状或者指标改变。例如,锌缺乏明显影响生长发育,但是低体重与锌缺乏无特异性,而可能归因于母亲身材矮小、频繁感染或其他营养素缺乏。有些类型的感染性疾病的发生率可通过补充锌而降低,但是其与特异病原体的暴露水平的相关性更强。因此,有关生理功能在评价个体锌缺乏方面的有效性,还需要进一步评估。
尽管目前有许多锌缺乏评价指标,但是尚缺乏敏感特异的指标。为了准确的评价个体的锌营养状态和维持人体正常的锌营养状态,非常有必要采用一种新的技术或方法筛选可靠的锌缺乏的生物标志物,蛋白质组学和代谢组学正是解决以上问题的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用,所述的生物标志物可以灵敏且特异的反应出个体的锌营养状态。
为了达到上述目的,本发明采用了以下技术手段:
首先,本发明提出了谷胱甘肽转移酶Omega1(glutathione S-transferaseOmega1, GSTO1)作为分子标志物在评价个体的锌营养状态中的应用。
值得说明的是,本发明所述的应用中并不包含对锌缺乏导致的疾病的诊断。
其中,优选的,本发明通过检测个体空腹静脉血中谷胱甘肽转移酶Omega1 的浓度来评价个体的锌营养状态。
其中,优选的,所述的检测方法包括通过采用ELISA检测方法或Western Blot 检测方法对个体空腹静脉血中谷胱甘肽转移酶Omega1的浓度进行检测。
进一步的,本发明还提出了一种用于评价个体锌营养状态的试剂盒,所述的试剂盒中含有用于检测谷胱甘肽转移酶Omega1的试剂。
其中,优选的,所述的试剂为用于检测谷胱甘肽转移酶Omega1的ELISA检测试剂或Western Blot检测试剂。
相较于现有技术,本发明的有益效果是:
本发明通过基于高通量的色谱质谱联用的蛋白质组学和代谢组学等多组学联合的技术筛选锌缺乏大鼠血液和肝脏中的差异生物标志物(蛋白质和代谢产物),多组学代谢通路富集分析筛选锌缺乏的最显著代谢通路并筛选锌缺乏候选生物标志物;通过锌缺乏敏感人群验证筛选的候选锌缺乏生物标志物;最后通过锌缺乏人群的随机对照补锌干预实验确定人群特异的锌缺乏生物标志物,研究方法流程图如图15所示。基于筛选的确定生物标志物尝试建立可用于锌营养状态评价的快速的、灵敏的、特异的标准方法体系,为评估个体的锌营养状态和干预措施提供帮助。
附图说明
图1为肝脏和血液中发现的差异蛋白质;
其中,(A)肝脏;(B)血清;
图2为血液的代谢通路富集分析发现的差异代谢通路;
图3为血液联合的代谢通路富集分析发现的差异代谢通路;
图4为肝脏的代谢通路富集分析发现的差异代谢通路;
图5为血液单一的蛋白质组学、代谢组学、联合组学代谢通路分析和肝脏蛋白质组学代谢通路富集发现的差异代谢通路韦恩图;
图6为肝脏中GCLC,IDH1,PGD,G6PD四个差异表达蛋白质的Western blot 分析结果;
图7为血清中差异蛋白质与血清锌水平的相关性分析;
其中,(A)GSTO1;(B)GSTA4;(C)GSTM2;(D)GSH-PX;
图8为血清中甘氨酸、谷氨酸和谷胱甘肽的水平分析;
图9为血清中GSTO1、GSTA4和谷氨酸与血清锌的相关性分析(A)和ROC 分析(B);
图10为血清中GSTO1和GSTA4在不同人群中的差异分析;
其中,(A)GSTO1:儿童;(B)GSTO1:中年人;(C)GSTA4:儿童;(D)GSTA4: 中年人;
图11为不同人群血清GSTO1、谷氨酸与血清锌的相关性分析和ROC分析
其中,竖列:(A)中年组血清GSTO1;(B)中年组血清谷氨酸;(C)儿童组血清 GSTO1;
图12为血清锌水平、GSTO1水平和膳食锌摄入之间的相关性分析;
其中,(A)儿童血清锌与GSTO1相关性分析;(B)中年组血清锌与GSTO1相关性分析;(C)中年组血清锌与膳食锌相关性分析;(D)中年组膳食锌与GSTO1 相关性分析
图13为补锌后机体锌摄入水平、血清锌水平和GSTO1水平的相关性分析;
其中,(A)补锌1周后血清锌与GSTO1相关性分析;(B)补锌2周后血清锌与 GSTO1相关性分析;(C)补锌1周后血清锌与膳食锌相关性分析;(D)补锌2周后膳食锌与血清锌相关性分析;(E)补锌1周后血清GSTO1与膳食锌相关性分析; (F)补锌2周后血清GSTO1与膳食锌相关性分析;
图14为补锌后GSTO1的ROC分析;
其中,(A)补锌1周后血清锌ROC分析曲线;(B)补锌2周后血清锌ROC分析曲线;(C)补锌1周后GSTO1的ROC分析曲线;(D)补锌2周后GSTO1的ROC 分析曲线;
图15为本发明的研究方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明不限于以下实施例。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的精神及范围下可对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1锌缺乏动物模型建立和多组学实验筛选候选生物标志物
1、锌缺乏大鼠喂养和样品采集:
3周龄体重为60-80g的雄性Wistar大鼠48只,单独代谢笼中适应性喂养7 天后,随机分为3组:对照组(15只):正常锌膳食(锌含量为30mg/ml的纯合成饲料);锌缺乏组(15只):低锌膳食(锌含量为10mg/ml的纯合成饲料);对喂组 (15只):正常锌膳食(锌含量为30mg/ml的纯合成饲料),饲料摄入量与低锌组一样。所有大鼠持续喂养4-6周。动态监控大鼠体重、进食量、尿量等基础指标,能量代谢检测能量和膳食消耗量。
2、相关指标检测:
实验结束后,禁食空腹麻醉处死所有大鼠,收集血样和组织样本,测量大鼠身长、尾长检测。检测大鼠血清相关指标:血清锌、碱性磷酸酶、尿肌酐、生长激素、白细胞介素1、胆固醇、甘油三酯等指标。收集保存的血样和肝脏样本准备多组学检测分析。
锌缺乏导致大鼠膳食摄入量降低,生长延缓,体重和骨密度降低,机体能量代谢、生长发育和免疫因子等指标发生变化。
血液代谢组学(液质联用仪和核磁共振波普仪),血清和肝脏组织的蛋白质组学(iTRAQ、nano色谱和Orbitrap质谱)分析全面系统的分析锌缺乏对机体代谢的影响或改变;筛选可靠的锌缺乏生物标志物。然后通过血液和肝脏多组学联合分析的代谢通路富集分析筛选锌缺乏最显著的代谢通路,其显著差异的生物标志物为锌缺乏候选生物标志物。
2.1代谢组学实验
①代谢组学技术平台的建立
建立和优化代谢组学分析的超高效液相(UPLC)分离条件和四级杆串联飞行时间质谱仪(XEVO G2 SX Q-TOF MSMS)参数;用于血液的代谢组学检测。
②样品前处理
液质联用样本前处理方法:2倍体积的甲醇加入缓冻的血清中沉淀蛋白质,离心后取上清,氮气吹干后复溶待测。
③代谢组学数据采集
UPLC/Q-TOF-ESI-MS:分别在正负离子模式下,采集尿液和血液的质谱数据。
④数据前处理和分析
液相色谱质谱联用仪获得的数据经Progenesis QI软件进行色谱峰识别、峰匹配和峰面积标准化等预处理。所得数据采用Pareto scaling预处理后,利用EZ-info 软件进行主成分分析(PCA)、偏最小二乘法(PLS-DA)等多元统计分析,观察分类趋势。
⑤锌缺乏标志物的筛选标准
VIP值大于1.5,且P小于0.05的差异代谢产物为潜在的锌缺乏生物标志物。
⑥锌缺乏生物标志物的鉴定
采用四级杆/飞行时间质谱测定标志物的精确质量和二级质谱图,通过分子式或分子质量检索Chemspider、HMDB等化合物数据库,得到可能的化合物结构,最终通过与对照品对比色谱保留,确定标志物的化学结构。
结果:代谢组学实验发现,锌缺乏导致血液中代谢产物发生显著变化,在血液中共发现140个差异代谢产物,71个升高,69个降低。代谢产物的代谢通路富集分析发现氨基酸代谢和合成、谷胱甘肽代谢、鞘磷脂代谢、胆汁酸合成和嘧啶代谢、氮新陈代谢等9条显著差异的代谢通路。肝脏和血液中发现的差异蛋白质如图1所示,血液的代谢通路富集分析发现的差异代谢通路如图2所示。
2.2蛋白质组学实验
通过iTRAQ技术,对血清样品进行同位素标记,将nano-液相色谱与Orbitrap 质谱联用,通过生物信息分析鉴定蛋白(含差异蛋白)和比较差异蛋白的表达量。
具体步骤:样品蛋白的提取(高丰度蛋白的去除);对富集的低丰度蛋白进行酶解消化;对酶解得到的肽段进行同位素标记;检测标记结果,以确定标记成功;将待分析的样品进行混合,经过SCX/RPLC分离;串联质谱鉴定蛋白质;数据分析(MASCOT):差异蛋白的相对定量信息列表;go分类和功能分析;差异蛋白的Pathway富集分析;差异蛋白互作网络构建、转录因子预测等。分子生物学、细胞实验和实时定量PCR验证构建的差异蛋白网络预测的蛋白和转录因子。
结果:高通量的色谱质谱联合蛋白质组学发现,锌缺乏显著影响血清和肝脏中蛋白质,共检测锌缺乏大鼠肝脏蛋白5194个,筛选差异蛋白1650个(P<0.05);血清检测蛋白1212个,筛选出差异蛋白275个(P<0.05)。代谢通路富集分析发现19条差异的代谢通路。
多组学代谢通路富集分析结果显示:血清差异代谢产物pathway分析富集的差异代谢通路为9条,差异蛋白pathway分析中共富集差异代谢通路19条(P< 0.05);血清差异代谢产物和蛋白质联合的pathway分析显示富集53条差异的代谢通路,如图3所示;肝脏差异蛋白pathway分析显示富集差异代谢通路61条 (P<0.05),如图4所示;综合以上发现共同变化的显著差异代谢通路共5条(P <0.05),分别为谷胱甘肽代谢通路、药物代谢-细胞色素P450通路、细胞色素P450 对异生物素的代谢通路、氨基酸的生物合成通路、补体和凝血级联通路,其中最显著的代谢通路为谷胱甘肽代谢通路。
图5血液单一的蛋白质组学、代谢组学、联合组学代谢通路分析和肝脏蛋白质组学代谢通路富集发现的差异代谢通路韦恩图。
由以上结果可知,谷胱甘肽代谢通路为锌缺乏大鼠最显著的差异代谢通路,该通路的差异蛋白质和代谢产物有作为锌缺乏诊断的潜力。
3、重复的动物实验验证筛选的生物标志物
完全重复锌缺乏大鼠实验,采集血液和肝脏,利用ELISA,Western blot和 UPLC/TSQ MSMS定量分析上述动物筛选的候选生物标志物,确定可靠的锌缺乏大鼠生物标志物。
ELISA试剂盒检测:在每个孔中添加50μL稀释液。添加标准品,对照品或样品:将50μL标准液,对照液或样品添加到每个孔中。用封板膜封上96孔板,在37℃孵育30分钟。加入洗涤液清洗。加入200μLHRP,用封板膜封上96孔板,在37℃孵育30分钟。加入洗涤液清洗。加入50μL显色液A和50μL显色液B,避光37℃孵育15分钟。加入50μL终止液,在OD值为560nm读取,记录实验结果。
3.1谷胱甘肽蛋白代谢通路相关差异蛋白及验证结果
谷胱甘肽蛋白代谢通路上表达差异的相关蛋白有:GSTO1、GSTA4、GSTM2、 GSH-PX、GR、GSS、TG、GCLC、IDH1、PGD、G6PD。其中,用ELISA试剂盒检测GSTO1、GSTA4、GSTM2、GSH-PX、GR、GSS、TG在血清和肝脏中的浓度,Western Blot检测GCLC、IDH1、PGD、G6PD在肝脏中的表达。
ELISA试剂盒检测肝脏结果显示,锌缺乏组分别与对照组和对喂组大鼠GSTO1、GSTA4、GSH-PX、GSS的差异有统计学意义(P<0.05),对照组和对喂组大鼠差异无统计学意义(P>0.05);三组大鼠的GSTM2、GR、TG的差异无统计学意义(P>0.05),结果如表1所示。
表1.大鼠肝脏中潜在蛋白质标志物ELISA试剂盒检测结果
注:NZG:对照组;PZG:对喂组;LZG:锌缺乏组*:LZG vs NZG and PZG, P<0.05.
锌缺乏组与对照组和对喂组大鼠相比,血清中GSTO1、GSTA4、GSTM2、 GSH-PX、GR的差异有统计学意义(P<0.05),对照组和对喂组大鼠差异无统计学意义(P>0.05);三组大鼠的GSS、TG差异无统计学意义(P>0.05),结果如表 2所示。
表2.大鼠血液中潜在蛋白质标志物ELISA试剂盒检测结果
注:*:LZG vs NZG and PZG,P<0.05.
Western Blot实验结果显示,锌缺乏组与正常组两组间蛋白表达量的差异均有统计学意义(P<0.05),对喂组与正常组两组间蛋白表达量的差异无统计学意义(P>0.05),结果如图6所示。此结果中4个差异蛋白质的变化趋势和变化倍数与蛋白质组学结果一致(表3),证明蛋白质组学结果的可靠性。
表3四个差异蛋白质在两种分析方法中的变化倍数
4、血清锌与谷胱甘肽蛋白代谢通路中差异蛋白的相关性分析
相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析,从而衡量两个变量因素的相关密切程度。本研究通过相关性分析来判断选择的蛋白与体内血清锌浓度的相关性。如图7所示,血清中GSTO1、GSTA4、GSTM2、GSH-PX的浓度与血清锌浓度显著相关(P<0.05),GR、GSS、TG与血清锌无相关性(P> 0.05)。
5、谷胱甘肽蛋白代谢通路中差异蛋白的ROC曲线分析结果
ROC曲线能够反映检测方法的预测性以及对检测方法的灵敏度和特异度之间关系从而进行描述的指标。所得出的结果能够判断某种因素对于某种疾病的诊断是否有诊断价值。AUC代表ROC曲线下的面积,表示预测准确率。AUC值取值在0-1之间,数值越大,代表正确率越高。为了判断蛋白的诊断效果,将血清中GSTO1、GSTA4、GSTM2、GSH-PX、GR、GSS均做了ROC曲线分析,结果显示,GSTO1、GSTA4、GSTM2、GSH-PX具有诊断意义(P<0.01),诊断能力的强弱即AUC曲线下面积为GSTO1>GSTM2>GSTA4>GSH-PX,而GR、GSS、 TG无诊断意义(P>0.05),结果如表4以及所示。
表4.血清中差异蛋白质的ROC曲线分析
谷胱甘肽代谢通路上的差异代谢产物经定量分析后,与正常组大鼠相比,锌缺乏组大鼠血清甘氨酸、谷氨酸显著降低,谷胱甘肽没有变化,结果如图8所示。但是经相关性分析发现,谷氨酸与血清锌水平显著相关,甘氨酸与血清锌水平没有相关性,结果如图9所示。
基于上述结果,我们筛选出GSTO1,GSTA4,谷氨酸三个在血清有显著差异,且有高的诊断学价值的蛋白质和代谢产物,作为锌缺乏大鼠的诊断标志物。
实施例2锌缺乏生物标志物的锌缺乏人群验证
通过两个锌缺乏易感人群:4-6岁儿童,低收入体力劳动者(45-58岁),以血清锌分组,验证动物实验筛选的候选标志物,确定人群锌缺乏生物标志物。锌缺乏人群的随机对照的补锌干预实验,进一步确定人群的锌缺乏生物标志物。扩大样本量,进行全人群实验,定量检测生物标志物的浓度,确定生物标志物的正常值范围。
预期达到的最终目标是建立锌缺乏营养评价的标准方法。
研究招募儿童(4-6岁)即儿童组和低收入体力劳动中年人(40-58岁)即中年组,按照血清锌的水平将其分为正常组(>70μg/dL)和锌缺乏组(<70μg/dL),检测生物标志物,验证其种属特异性。并在此过程中对人群进行膳食问卷的调查。
1、参与者纳入标准
长期居住在哈尔滨市,4-6岁儿童和40-58岁的低收入体力劳动中年人。其中,40-58岁的低收入体力劳动中年人选择哈尔滨医科大学和哈尔滨市社区的保洁人员,符合低收入体力劳动者要求。排除标准:无慢性病或过敏反应史,干预前两周无急性疾病或用药,不食用维生素或矿物质补充剂,不食用市售的锌强化食品。本实验经过哈尔滨医科大学伦理委员会批准,伦理审查编号为 ChiCTR1900028162,在实验开始前,参与人员均签署知情同意书。
2、样品收集
在通宵禁食后收取参与者的空腹静脉血样本,将止血带放置标准化时间(0.1 分钟),参与者保持坐姿,每次抽血时,使用一次性针头从肘前静脉抽取5mL血液,并收集到凝血管中,抽血后立即将试管置于冰上,并在采血1小时内通过5000 转/分离心10分钟,收集上层血清,分离后放入﹣80℃储存备用。检测的指标:血清锌、生物标志物浓度及相关的生化指标,包括金属硫蛋白(Metallothionein, MT)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)、尿酸(uric acid,UA)、钙(calcium,Ca)、空腹血糖(fasting blood glucose,GLU)、尿素氮(urea nitrogen,BUN)、总胆固醇(total cholesterol,TCHO)、甘油三酯(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白 (highdensity lipoprotein,HDL-C)、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL- C)、肌酐(creatinine,CRE)、镁(magnesium,Mg)、铁(iron,Fe)、铜(copper, Cu)。
3、锌摄入量计算
通过食物摄入频次调查法(FFQ)对相关食物调查,通过食物成分表(2002 年)计算每人每天的膳食锌摄入量,在试验期间,每周间隔2天对人群进行膳食问卷调查,每周的膳食锌摄入量的计算值为该周膳食调查问卷膳食锌摄入量的平均值。干预前,锌摄入量为膳食锌摄入量;干预后,锌摄入量为膳食锌摄入量和锌制剂的总和。
4、锌缺乏易感人群验证实验结果
研究招募儿童组93人和中年组210人,检测血清锌水平后,儿童组正常组 61人,锌缺乏组32人;中年组正常组127人,锌缺乏组83人。其中,在幼儿组中<50μg/dL人数占总人数的为25%,而中年组中的占为91%,中年组缺锌的人严重于儿童组。
5、锌缺乏易感人群候选生物标志物验证结果
儿童组和中年组人群GSTO1、GSTA4的ELISA试剂盒检测,结果如图10所示,儿童组正常组和锌缺乏组的GSTO1差异均有统计学意义(P<0.05),两组间 GSTA4差异无统计学意义(P>0.05);中年组正常组和锌缺乏组的GSTO1差异均有统计学意义(P<0.05),两组间GSTA4差异无统计学意义(P>0.05)。
6、锌缺乏易感人群(中年组)相关指标结果比较
人群各指标结果的比较如表5所示,正常组和锌缺乏组的锌、GSTO1、MT、 ALT、AST、UA、Ca差异均有统计学差异(P<0.05),GLU、BUN、TCHO、TG、 HDL-C、LDL-C、CRE、Mg、Fe、Cu、摄入锌在两组间差异无统计学差异(P>0.05)。
表5.锌缺乏易感人群的血清指标结果(中年组)
注:NG:正常组.ZDG:锌缺乏组.*:NG vs ZDG,P<0.05.
7、锌缺乏易感人群GSTO1、血清谷氨酸和血清锌的相关性分析
GSTO1与血清锌和MT均有相关性,经过偏相关回归排除MT的干扰,发现 GSTO1、谷氨酸和血清锌之间存在相关(P<0.05),如图11所示,GSTO1与血清锌的相关性高于谷氨酸和血清锌之间存在相关。在筛选步骤,为了判断生物标志物的诊断能力,对血清GSTO1和谷氨酸的浓度进行ROC曲线分析。GSTO1对锌缺乏易感人群儿童组和中年组有较高的诊断能力,AUC值均大于0.9;血清谷氨酸在中年组具有一定的诊断能力,AUC为0.691,儿童组没有检测。表5表示的为血清锌和GSTO1的AUC的结果。从结果中可看出,基于血清锌为指标的GSTO1灵敏度和特异度均较好。
在儿童组和中年组中,经过偏相关回归排除MT的干扰,均发现GSTO1与血清锌有相关性(P<0.05),如图12A、B所示。在中年组,发现摄入锌和血清锌之间不存在相关性(P>0.05,图12C),而摄入锌与GSTO1之间存在相关性(P <0.05,图12D)。
由以上结果可知,经不同年龄的锌缺乏易感人群验证,血清GSTO1为潜在的人群锌缺乏诊断的生物标志物。
实施例3锌缺乏人群补锌干预实验
在中年组人群中选取低锌人群进行补锌干预实验,该研究为一项随机双盲对照试验,实验时间共2周,研究人员分别在第1周、2周抽取参与者的空腹静脉血以检测血清锌、生物标志物浓度,验证生物标志物的敏感特异程度。在整个实验过程中,均对人群进行膳食问卷调查以计算膳食锌摄入量。同时排除其余干扰因素,通过相关性分析来评估生物标志物、血清锌水平和摄入锌水平三者变化情况以及ROC曲线分析生物标志物的诊断能力。
实验流程:补锌干预实验招募中年组的低锌人群,用随机数字表法将低锌人群分为两组:干预组和对照组。研究人员向干预组参与者每天提供一瓶葡萄糖酸锌口服液(3.5mg锌/d),对照组给予等体积的葡萄糖口服液干预。干预组和对照组均干预半个月,在实验开始前,告知参与者进食同往常一样,但要避免食用任何锌强化食品和任何维生素矿物质补充剂,研究人员在第1周、2周抽取参与者的空腹静脉血以及定期进行膳食问卷调查来评估方案的依从性。从研究中删除不合规矩的参与者以及2天内缺席的参与者。
根据锌摄入情况、血清锌浓度与生物标志物的浓度进行相关性分析,明确不同人群锌营养状态生物标志物的浓度范围,尝试建立评价人体锌缺乏状态的标准。
补锌干预第一周,膳食摄入锌与血清锌、GSTO1均存在相关性(P<0.05),但摄入锌与血清锌的相关性小于摄入锌与GSTO1的相关性(图13A、图13C、 13E)。干预第二周,摄入锌与血清锌、GSTO1同样存在相关性(P<0.05),摄入锌与血清锌的相关性同样小于摄入锌与GSTO1的相关性(图13B、图13D、13F)。
为了比较血清锌和GSTO1的诊断能力,对两者在补锌后进行ROC曲线分析。补锌干预后第一周、第二周,GSTO1对补锌干预有良好的诊断价值,且GSTO1 的敏感度特异度均高于血清锌(表6、图14)。
表6补锌后血清锌和GSTO1诊断学价值比较分析
综上,谷胱甘肽转移酶Omega1(GSTO1)可用于人群锌缺乏的诊断,对机体锌营养状态的响应高于血清锌水平,与膳食锌的相关性高于与血清锌与膳食锌的相关性,价格适中,检测速度快。
Claims (3)
1.谷胱甘肽转移酶Omega1(glutathione S-transferase Omega1,GSTO1)作为分子标志物在制备评价个体的锌营养状态试剂盒中的应用,所述的应用中不包含与锌相关的疾病的诊断和治疗。
2.如权利要求1所述的应用,其特征在于,通过检测个体空腹静脉血中谷胱甘肽转移酶Omega1的浓度来评价个体的锌营养状态。
3.如权利要求2所述的应用,其特征在于,检测方法包括通过采用ELISA检测方法或Western Blot检测方法对个体空腹静脉血中谷胱甘肽转移酶Omega1的浓度进行检测。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011382873.5A CN112684020B (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011382873.5A CN112684020B (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112684020A CN112684020A (zh) | 2021-04-20 |
CN112684020B true CN112684020B (zh) | 2023-12-29 |
Family
ID=75447075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011382873.5A Active CN112684020B (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112684020B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113219106B (zh) * | 2021-06-01 | 2023-01-31 | 国家卫生健康委科学技术研究所 | 非侵入性评价新生儿宫内营养状况的系统及其应用 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003016527A2 (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-27 | Probiox Sa | Process for the detection of oxidative stress and kit for its implementation |
WO2008143890A2 (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-27 | Children's Hospital Medical Center | Biomarkers for septic shock patients |
CN103868971A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-06-18 | 济南大学 | 一种谷胱甘肽转移酶抗原生物传感器的制备方法及应用 |
CN105008923A (zh) * | 2013-01-22 | 2015-10-28 | 新蛋白质组学公司 | 在癌症诊断中的血小板生物标记物 |
RU2646564C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-03-05 | Федеральное бюджетное учреждение науки "Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН "ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью | Способ диагностики нарушения физического развития у детей, проживающих в условиях комплексного низкоуровневого загрязнения среды обитания свинцом, марганцем, никелем, хромом и кадмием |
CN110554196A (zh) * | 2018-05-30 | 2019-12-10 | 上海长海医院 | 胰腺癌预后标志物及其应用 |
-
2020
- 2020-12-01 CN CN202011382873.5A patent/CN112684020B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003016527A2 (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-27 | Probiox Sa | Process for the detection of oxidative stress and kit for its implementation |
WO2008143890A2 (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-27 | Children's Hospital Medical Center | Biomarkers for septic shock patients |
CN105008923A (zh) * | 2013-01-22 | 2015-10-28 | 新蛋白质组学公司 | 在癌症诊断中的血小板生物标记物 |
CN103868971A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-06-18 | 济南大学 | 一种谷胱甘肽转移酶抗原生物传感器的制备方法及应用 |
RU2646564C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-03-05 | Федеральное бюджетное учреждение науки "Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН "ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью | Способ диагностики нарушения физического развития у детей, проживающих в условиях комплексного низкоуровневого загрязнения среды обитания свинцом, марганцем, никелем, хромом и кадмием |
CN110554196A (zh) * | 2018-05-30 | 2019-12-10 | 上海长海医院 | 胰腺癌预后标志物及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
对锌营养与人体健康的新认知;高凌 等;国外医学(卫生学分册);第36卷(第05期);第45-48页 * |
陈志敏等.锌缺乏症.《儿科学 全国高等教育五年制临床医学专业教材精编速览》.中国医药科技出版社,2019,50-51. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112684020A (zh) | 2021-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Metabolomic profiling of women with gestational diabetes mellitus and their offspring: review of metabolomics studies | |
Enquobahrie et al. | Maternal early pregnancy serum metabolites and risk of gestational diabetes mellitus | |
Sivaprasad et al. | Status of vitamin B12 and folate among the urban adult population in South India | |
Alvarez et al. | Plasma metabolomics in adults with cystic fibrosis during a pulmonary exacerbation: a pilot randomized study of high-dose vitamin D3 administration | |
Gregory et al. | Blood phenylalanine monitoring for dietary compliance among patients with phenylketonuria: comparison of methods | |
CN108027361B (zh) | 冠心病生物标志物及其应用 | |
CN104246507A (zh) | 年龄相关的低度炎症的早期生物标记物 | |
Stratton et al. | Plasma concentration of 3-hydroxyisovaleryl carnitine is an early and sensitive indicator of marginal biotin deficiency in humans | |
Yu et al. | Establishing reference intervals for urine and serum iodine levels: A nationwide multicenter study of a euthyroid Chinese population | |
Schroder et al. | Pregnant women of South Asian ethnicity in Canada have substantially lower vitamin B12 status compared with pregnant women of European ethnicity | |
CN114167066B (zh) | 生物标志物在制备妊娠糖尿病诊断试剂中的用途 | |
CN112684020B (zh) | 一种用于评价个体锌营养状态的生物标志物及其应用 | |
EP3401683A1 (en) | Diagnosing metabolic disease by the use of a biomarker | |
US20230384294A1 (en) | Method of diagnosis and treatment of autism spectrum disorder | |
Tian et al. | Evaluation of a panel of very long-chain lysophosphatidylcholines and acylcarnitines for screening of X-linked adrenoleukodystrophy in China | |
Bu et al. | 24 h urinary creatinine excretion during pregnancy and its application in appropriate estimation of 24 h urinary iodine excretion | |
Kocyigit et al. | Relationships between serum and dietary magnesium, calcium, and metabolic parameters in women with type 2 diabetes mellitus | |
JP5522365B2 (ja) | 代謝物の異常度の取得方法、代謝異常の判定方法、及びそのプログラム、並びに、代謝物の異常度の取得装置、及び代謝異常の判定に基づく診断プログラム | |
Lapić et al. | Haemoglobin A1c-based screening for prediabetes and diabetes mellitus: a multi-center study in Croatian adult population | |
Bilban et al. | Blood biomarkers of alcohol abuse | |
Wallborn et al. | Spot urine iodine levels below the WHO recommendation are not related to impaired thyroid function in healthy children and adolescents | |
CN114166977B (zh) | 预测妊娠个体血糖值的系统 | |
CN116547520A (zh) | 孤独症谱系障碍的诊断与治疗方法 | |
EP4041265A1 (en) | Diagnosis and treatment of autism spectrum disorders using altered ratios of metabolite concentrations | |
Parfieniuk et al. | Amniotic fluid metabolic fingerprinting indicated metabolites which may play a role in the pathogenesis of foetal Down syndrome—a preliminary report |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |