基于非靶向和靶向代谢组学分析婴幼儿血管瘤的氨基酸代谢

研究背景

婴儿血管瘤(Infantile hemangioma, IH)是婴幼儿群体中常发的良性肿瘤，其特征为出生后1年的增殖阶段及数年的自发消退阶段。在IH的增殖阶段，血管瘤内皮细胞(Hemangioma-derived endothelial cells, HemECs)是主要的细胞类型。作者先前的研究揭示了糖酵解过程在IH发病机制中起着重要的作用，但是目前研究对于HemEC在IH发展中的代谢特征和作用研究甚少。因此，本研究基于非靶向和靶向代谢组学的方法发现了HemEC代谢谱的变化，探讨了IH发展的复杂机制。

研究结果

1非靶向代谢组学发现HemECs代谢谱变化

百趣提供了非靶向代谢组学检测，对HemECs及人脐静脉内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)检测结果进行分析。结果显示：正离子模式下共筛选出216个差异代谢物，其中133个上调差异代谢物、83个下调差异代谢物，负离子模式下共筛选出128个差异代谢物，其中74个上调差异代谢物、54个下调差异代谢物（图1）。这些代谢物主要为氨基酸及其衍生

为了研究IH发育中涉及的代谢组学途径，对所有差异代谢物进行富集分析。结果显示：正离子模式下，共富集到39条代谢通路，其中“精氨酸和脯氨酸代谢”、“鞘脂代谢”、“氨酰基-tRNA生物合成”、“甘油磷脂代谢”和“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢”是具有差异的5条代谢通路；负离子模式下共富集到52个代谢通路，与正离子模式富集分析结果相似，氨基酸代谢相关途径是主要的富集途径。

2氨基酸靶向代谢组学验证HemECs代谢谱中氨基酸的变化

为了验证HUVEC和HemEC之间的代谢物差异，对氨基酸及其衍生物进行测定。结果显示，谷氨酰胺、精氨酸和天冬酰胺等16种氨基酸具有表达差异。为了进一步阐明代谢物之间的相互调控关系及协同作用，对检测到氨基酸进行了相关性分析，发现作为调节血管生成的重要氨基酸L-谷氨酰胺，与L-瓜氨酸呈负相关，与除L-色氨酸外的其余氨基酸显着正相关。

为了进一步研究IH中涉及的代谢组学途径，对检测到的差异氨基酸进行了通路富集分析，结果显示，这些氨基酸在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代谢”以及“甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢”等代谢通路富集。

结论

非靶向代谢分析结果显示，HemECs和HUVECs在正、负离子模式下分别鉴定出216和128种差异代谢物。这些差异代谢物主要富集在与氨基酸代谢相关的途径中，包括氨酰基-tRNA生物合成以及精氨酸和脯氨酸代谢。氨基酸靶向代谢组学验证共发现16种差异代谢物，这些氨基酸主要富集在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代谢”以及“甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢”途径。总的来说，本研究结果表明氨基酸代谢参与IH。关键差异氨基酸代谢物，包括谷氨酰胺、天冬酰胺和精氨酸，可能在调节 HemEC 代谢中发挥重要作用。