尿液代谢组学研究:常见储存条件和添加剂对尿液代谢物影响几何?

【字体: 时间:2025年03月17日 来源:International Urogynecology Journal 1.8

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  为探究尿液样本储存条件和 DNA 稳定剂 AssayAssure? 对代谢组分析的影响,研究人员开展了相关研究。结果表明,常见储存条件对尿液代谢物组成影响极小,AssayAssure? 虽改变代谢谱,但不影响母体代谢物检测。这为尿液生物样本库用于代谢组分析提供依据。

  在生命科学领域,代谢组学作为研究生物系统代谢谱的关键手段,正逐渐揭开人体健康与疾病奥秘的神秘面纱。尿液,这种非侵入性获取的生物流体,富含代谢物,有望成为疾病诊断和健康监测的 “富矿”。然而,目前在尿液用于代谢组分析的过程中,存在诸多亟待解决的问题。一方面,代谢物极易受时间和储存温度影响,理想的快速冷冻并分析在临床实践中难以实现;另一方面,现有尿液生物样本库常添加用于其他分析(如 DNA 测序)的添加剂,其对尿液代谢组的影响却知之甚少。在此背景下,为深入探究尿液代谢组受储存条件和添加剂影响的机制,美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)等机构的研究人员展开了一项意义重大的研究。
该研究成果发表于《International Urogynecology Journal》,为尿液生物样本库在代谢组分析中的应用提供了关键依据。研究人员通过一系列科学严谨的实验,得出了重要结论:常见的储存条件(如冷藏 2 - 4 小时、模拟运输、-80°C 冷冻 3 个月和速冻)对尿液代谢物组成影响极小;添加 AssayAssure? 虽会显著改变代谢谱,但并不妨碍母体代谢物的识别,且生物差异仍可区分。这意味着在一定条件下储存的尿液样本可用于代谢组分析,为后续多组学研究奠定了基础。

在研究过程中,研究人员运用了多种关键技术方法。首先,他们从 10 名成年女性中收集了中段晨尿样本(排除有泌尿生殖道解剖异常、神经或免疫疾病等的女性)。随后,将样本分成不同小组,分别在多种储存条件下保存,部分样本添加 AssayAssure?。接着,采用超高效液相色谱 - 轨道阱质谱联用技术(UHPLC - MS)进行非靶向代谢组学分析,结合 ProteoWizard 工具、GNPS LC MZmine2 工作流程、GNPS 基于特征的分子网络(FBMN)工具、QIIME 2 软件和 Cytoscape 软件等进行数据处理和分析,并利用 PERMANOVA、Kruskal - Wallis 非参数分析和 Dunn 多重比较检验等统计方法评估差异。

研究结果主要包括以下几个方面:

  1. 尿液代谢物丰富:对 240 个尿液样本的非靶向代谢组学分析显示,共生成 6259 个 MS2特征,274 个库匹配,3303 种代谢物相互关联,形成 747 个代谢物网络。几乎所有分子家族在有无 AssayAssure? 的样本中都存在代谢物。
  2. 个体差异主导数据聚类,储存条件影响小:在未添加 AssayAssure? 的样本分析中,发现个体参与者对代谢组数据聚类影响显著,而储存条件对代谢组数据的影响不明显。主成分分析(PCoA)和 PERMANOVA 分析均表明,不同储存条件下样本的代谢组组成无显著差异。随机森林分析虽能在一定程度上预测样本储存条件,但整体数据的 β 多样性无显著变化。
  3. 添加与未添加 AssayAssure? 样本的代谢组趋势相似:添加 AssayAssure? 的样本虽产生更多 MS2特征和注释,但整体代谢组谱与未添加样本相似。PCoA 分析显示,样本仍主要按个体聚类,储存条件影响不明显。不过,部分添加 AssayAssure? 样本在不同储存条件下有细微差异,主要表现为代谢物丰度的改变而非代谢物的完全缺失。
  4. AssayAssure? 以可预测方式改变代谢组谱:通过 PCoA 分析发现,添加与未添加 AssayAssure? 的样本代谢组组成有显著差异。随机森林分析表明,模型能准确区分这两类样本。以肉碱分子家族为例,添加 AssayAssure? 后,部分代谢物丰度显著改变,但母体分子仍存在。此外,尽管添加 AssayAssure? 会导致样本代谢组变化,但个体间代谢组差异仍占主导地位,储存条件影响较小。

研究结论和讨论部分进一步强调了这些发现的重要意义。常见储存条件对尿液代谢物组成影响微弱,即使添加 AssayAssure? 改变了部分代谢物丰度和形成了独特加合物,母体分子依然保留,这使得添加 AssayAssure? 保存的尿液样本可用于代谢组分析,为生物样本库在测序和代谢组学等多组学项目中的应用提供了有力支持。然而,研究也存在一定局限性,如样本量小、参与者缺乏表型和人口统计学特征描述、仅采用中段晨尿收集方法、未研究长时间冷冻对代谢物保存的影响等。未来研究可在这些方面加以改进,进一步验证和拓展现有发现,为生命科学和健康医学领域的发展提供更坚实的理论和实践基础。
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