代謝組學/分析方法/核磁共振/P 核磁共振
返回上一章：激素
下一章：代謝控制的計算建模
下一類別：質譜法
轉到：其他原子核
返回：C 核磁共振
請新增內容和文章
使用體內31P 核磁共振波譜法檢測大西洋鱈魚 (Gadus morhua L.) 臨界游泳背後的代謝過程
在最近的一項研究中，體內 31P 核磁共振波譜被用於檢測大西洋鱈魚臨界游泳背後的代謝過程。臨界游泳速度 (Ucrit) 被認為是魚類無法繼續向前推進並最終疲憊的速度。31P 核磁共振波譜被用於與佈雷特式游泳池結合，以便對 Ucrit 游泳測試期間發生的程序進行詳細分析。
Ucrit 游泳測試最初旨在分析鮭魚適應性對溫度的依賴性。佈雷特將這種臨界速度定義為魚類無法繼續向前推進並最終疲憊的游泳速度。先前對不同游泳模式和為魚類肌肉收縮提供能量的代謝過程的分析表明，紅肌是氧化性的，在亞梭形游泳期間產生緩慢收縮，而白肌是糖酵解的，負責快速抽搐收縮，在爆發式游泳期間產生尾部踢動。在臨界游泳速度期間發生的肌肉疲勞期間觀察到無機磷酸鹽的增加和細胞內環境的酸化，但確切的機制尚未確定。然而，無氧踢動滑行（快速抽搐）爆發留下的產物表明了魚類的代謝狀態。這些產物使研究人員能夠檢測游泳步態與代謝過程之間的關係。儘管 Ucrit 游泳測試提供了有關大西洋鱈魚游泳能力以及 Ucrit 期間大西洋鱈魚肌肉中代謝產物的的資訊，但它們沒有詳細說明底層過程，例如這種速度下疲勞的原因。
體內 31P 核磁共振波譜已被證明是一種非侵入性監測肌肉中細胞內 pH 變化以及 ATP、磷酸肌酸 (PCr) 和細胞內磷酸鹽 (Pi) 等磷基化合物代謝狀態的有效方法。儘管先前的研究僅限於分析靜止或受限的動物，但已經開發出越來越多的技術，用於非侵入性地檢測靜止條件下不受限的魚類。在這項研究中，體內 31P 核磁共振被證明是一種實用且有效的方法，用於分析 Ucrit 測試期間大西洋鱈魚的代謝過程。
第一代養殖的東北極地鱈魚 Gadus morhua L. 在被轉移到 10ºC 水族箱之前，在 4ºC 條件下飼養至少兩週，每週兩次餵食至飽。實驗前五到七天停止餵食。
游泳池裝置包含三個主要部分：一個有機玻璃™管道連線到迴圈系統，並透過一個直徑為 40 釐米的布魯克 Biospec 47/40（在 4.7 T 下執行）進行饋送。當管道關閉時，海水被密封以測量氧氣消耗量。當開啟時，一個不斷充氧的海水儲層被用於沖洗系統。三個大型水龍頭被用於在兩個迴圈之間交替。封閉系統的密封性定期透過在晚上用氮氣沖洗海水，然後監測海水在 12 小時內的氧氣含量來檢查。在實驗過程中，未檢測到氧氣含量的增加。一個數字運動攝像系統連線到計算機，用於監測魚類。迴圈系統是溫度控制的，所有游泳速度都經過校正以消除固體阻塞效應。大量關於 31P 核磁共振的先驅性研究涉及淡水魚類研究。早期的研究僅限於靜止或受限的動物，但最近的創新使人們能夠在靜止條件下對不受限的魚類進行非侵入性分析，例如本研究中遵循的實驗程式。
體內 31P 核磁共振譜主要從白肌獲得，紅肌的貢獻微乎其微。使用 200 μs bp32 脈衝（翻轉角為 45º，掃描寬度為 5000 Hz，4 k 時，重複時間為 0.8 秒）收集光譜。收集了總共 256 次掃描，這導致總採集時間約為三分鐘。對每個游泳速度，在 30 分鐘的時間段內記錄核磁共振譜。
實驗結果表明，當鱈魚接近 Ucrit 時，發生了代謝轉換點。這種轉變是從穩態有氧代謝到無氧代謝，這與魚類從亞梭形游泳轉換為踢動滑行遊泳同時發生。線上測量了支撐從緩慢遊泳到踢動滑行，然後到完全疲勞的游泳轉變的代謝過程，並確定了 Ucrit 為完全疲勞的點；當接近 Ucrit 時，氧氣消耗量和尾拍頻率增加。確定觀察到的肌肉疲勞是由於 ΔG/dξATP 下降到 –49.8±0.7•kJ•mol–1 造成的。該值似乎低於轉運蛋白維持離子梯度和為肌肉提供能量所需的特定閾值。
觀察到，當 Ucrit 開始時，Pi 開始增加，而 pHi 開始酸化。研究人員得出結論，確定 pHi 何時降低（在 Ucrit 處或之前）對於評估從穩態有氧代謝到非穩態無氧代謝的轉變至關重要。先前假設 Pi 的生理積累會導致肌肉產生的功率下降，因為 Pi 會移動到肌漿網中以沉澱鈣離子並減少穩態張力。Ucrit 處的平均 Pi 濃度升高，這導致在快速收縮-鬆弛迴圈期間產生更大的力量重新發展。這些結果表明在游泳過程中進行了踢動滑行爆發。此外，檢測到的 pHi 下降導致工作脫皮肌肉纖維興奮性增加。確定當 Pi 增加而 PCr 減少時，細胞能量儲存會在 Ucrit 時耗盡以緩衝細胞 ATP 濃度。隨之而來的 pHi 下降表明無氧代謝用於維持 ATP 水平。
總的來說，研究人員得出結論，體內 31P 核磁共振波譜與佈雷特式游泳池相結合，是一種分析大西洋鱈魚在臨界游泳速度期間代謝特徵的有效方法。透過這種方法，確定隨著游泳速度的增加，以及在臨界游泳速度之前，步態從亞梭形游泳轉換為踢動滑行遊泳，細胞內 pHi 在氧氣消耗量指數增加期間下降。同時，PCr 水平下降，而 Pi 水平上升。這些變化在 Ucrit 時達到最大值，並在恢復期間恢復。ATP 水解的吉布斯自由能變化在 Ucrit 時最小，被認為是導致鱈魚疲勞的最重要因素。這意味著從穩態有氧代謝到非穩態無氧代謝的轉變最終導致有氧和無氧燃料儲備在臨界游泳速度時完全耗盡。
Bock, C.H.; Lurman, G.J.; Portner, H.O. 使用體內 31P 核磁共振波譜法檢測大西洋鱈魚 (Gadus morhua L.) 臨界游泳背後的代謝過程。J Exp Biol. 2007, 210(Pt 21), 3749-56.
31P 核磁共振波譜在評估丙型肝炎病毒相關肝病抗病毒治療反應中的應用
31P 核磁共振波譜已被用於評估丙型肝炎病毒相關肝病抗病毒治療反應。本研究的目的是評估 31P 核磁共振作為干擾素和利巴韋林治療反應生物標誌物的應用。干擾素和利巴韋林已被證明可以在至少一半的記錄病例中消除病毒，從而防止 HCV 感染進展為肝硬化。研究人員使用 31P 核磁共振波譜來觀察隨著丙型肝炎相關疾病嚴重程度的增加，肝臟中磷酸單酯 (PME) 與磷酸二酯 (PDE) 的比率增加。
據估計，全球人口中有 3% 患有慢性丙型肝炎病毒 (HCV) 感染，而每年約有 400 萬人新感染。在大約 20% 的病例中，纖維化發展為肝硬化，這會導致每年 5% 的病例發生肝細胞癌。肝活檢是慢性肝病分期和分級的參考標準。然而，這是一種侵入性程式，死亡率低，但誤差率高，主要原因是抽樣不足。這促使研究人員開發更有效的非侵入性方法來評估肝損傷。31P 核磁共振波譜是表徵慢性肝病的一種方法。過去，這種方法被證明是確定疾病嚴重程度的有效手段。
47 名患者（29 名男性和 18 名女性，平均年齡為 47.5 歲）經活檢證實患有 HCV 相關肝病，接受了干擾素和利巴韋林的病毒清除治療，並被納入英國的常規臨床方案。所有患者在決定進行抗病毒治療之前，都接受了基線肝活檢，以評估肝臟炎症的嚴重程度。所有患者在開始病毒清除治療三個月內也接受了基線治療前 31P 核磁共振波譜檢查。治療開始後，所有患者每六個月進行一次重複成像，持續最長十八個月。所有患者也接受了干擾素 α 和利巴韋林或聚乙二醇干擾素 α 和利巴韋林治療，持續至少 12 周。
用 1.5 T 磁共振成像機獲得肝臟 31P 核磁共振譜，該成像機配備有包圍式發射線圈和單獨的表面接收線圈。這兩個線圈都針對 64 MHz 的質子和 26 MHz 的磷進行了雙調諧。T1 加權影像確認了患者的位置，並使用質子訊號獲得。使用影像選擇體內波譜序列將光譜定位到肝臟中心位置的體素。對每個患者使用右肝臟內遠離主要血管的體素位置，並且對所有基線和隨訪影像保持一致。每次 31P 核磁共振序列的總檢查時間為 40 分鐘，採集時間為 10 分鐘。所有成像都在晚上進行。
使用高階精確、穩健和高效譜擬合 (AMARES) 演算法記錄相對於時間的 31P 訊號的量化。該演算法位於磁共振使用者介面 (MRUI) 軟體程式中。矇蔽觀察者分析並重新檢查核磁共振譜，以確保匿名性。獲得相對於總磷訊號強度的 PME、PDE 和無機磷酸鹽 (Pi) 峰面積。
患者根據持續病毒清除被歸類為抗病毒治療的應答者，該持續病毒清除是透過定量HCV RNA聚合酶鏈反應研究獲得的。研究人員將持續病毒學應答定義為在完成抗病毒治療後至少六個月內反覆測得的不可檢測的HCV RNA。
越來越多的HCV感染患者的評估和治療已成為主要的臨床關注點。雖然活檢仍然是大多數HCV相關肝病分期和分級的參考標準，但該程式仍存在相當大的風險。越來越明顯的是，肝臟活檢產生的結果不如31P-NMR方法獲得的結果準確。31P MR波譜法比肝活檢更顯著的優點之一是它的非侵入性應用和對肝臟的更大采樣量，比肝活檢樣本大很多倍。使用干擾素-α或聚乙二醇干擾素-α和利巴韋林治療被證明是針對HCV相關肝病患者的有效病毒清除療法，透過31P MR。這種方法的病毒清除發生在至少一半的患者中，但取決於潛在的基因型。透過31P MR波譜法測定的PME/PDE比率已被證明是肝硬化的重要指標。在這項研究中，觀察到持續病毒學應答組的PME/PDE比率向正常值顯著降低。然而，該比率在病毒學無應答者中保持靜止或增加。PME共振也包含來自細胞膜前體的貢獻，而PDE共振包含來自細胞膜降解複合物的貢獻。這些特徵使PME/PDE比率能夠提供關於肝細胞週轉的資訊。有了這些知識，研究人員驚訝地發現，在有效的病毒清除治療後，並且在肝硬化組的四位應答者中的三位中，該比率出現了降低。
透過31P MR波譜法評估PME/PDE比率並非沒有缺陷。具體來說，這項研究中的三位患者被發現PME/PDE比率降低，這表明肝病減輕。這與發現這些患者沒有持續應答的發現相矛盾，這些發現是基於長期隨訪病毒學研究的結果。還發現兩位患者的PME/PDE比率惡化，儘管透過長期病毒學隨訪研究確定了病毒的消退。似乎評估HCV相關肝病患者的PME/PDE比率的最實用方法應包括長期病毒學隨訪研究。研究人員還將抗病毒治療後至少24個月的組織學發現進行關聯，以確保所使用的31P MR波譜法的準確性和可靠性。這項研究中另一個潛在的缺陷可能是排除了纖維化的相關血清學生物標誌物。這導致患者隨訪程式期間出現困難。為了限制排除這些生物標誌物帶來的實驗誤差，可以使用更大規模的患者群體。
總而言之，似乎透過31P MR波譜法測定的PME/PDE比率可能是抗病毒治療應答的重要指標。此外，31P MR波譜法已被證明是這種評估中肝活檢的有效替代方案。研究人員指出，用於這項研究的MR波譜序列可以自由新增到任何標準的MR肝臟成像方案中。雖然該序列確實將成像方案延長了大約10分鐘，但對於丙型肝炎患者的代謝物而言，重要資料的顯著增加是值得注意的。
Kuo，Y.T.；等。31P MR波譜法評估丙型肝炎病毒相關肝病抗病毒治療的應答。J Exp Biol. 2007, 189(4), 819-23。
冷儲存期間胰腺ATP水平的即時無創評估
31P-NMR波譜法已被用於無創監測大鼠和豬胰腺ATP:Pi比率。這種方法使研究人員能夠同時評估現有冷儲存（CP）方案在維持器官質量方面的有效性。在大鼠胰腺模型中，觀察到用組氨酸-色氨酸-酮戊二酸溶液（HTK）/全氟癸烷雙層法（TLM）進行CP與在空氣中暴露的（HTK）中進行CP相比，ATP:Pi比率水平顯著提高。與TLM相比，在用分子氧飽和的HTK溶液中儲存大鼠胰腺導致ATP:Pi比率略微提高。因此，確定TLM對於改善大鼠胰腺模型中的氧合和提高ATP水平是有效的。儘管在分析TLM儲存的豬胰腺時，研究人員在NMR光譜中沒有發現可識別的ATP峰。這表明TLM在該模型中效率較低。這些結果支援以前的研究，這些研究表明TLM無法完全氧合更大的豬和人類胰腺。
使用TLM進行CP的前9小時內ATP:Pi比率的增加可能反映了重新氧合動力學和在獲取期間缺血後發生的ATP再生。此外，CP 12小時後ATP:Pi比率的降低與CP 8至9小時後分離產量下降相一致。據信這表明存在限制CP的關鍵附加因素。研究人員確定，31P-NMR的非侵入效能力提供了即時資訊，使其成為識別限制CP的因素以及衡量和評估現代器官儲存方法的有效工具。
Avqoustiniatos，E.S.；等。冷儲存期間胰腺ATP水平的即時無創評估。Transplant Proc. 2008, 40(2), 403-6。
脂鏈長度和不飽和度對雙細胞穩定性的影響：磷NMR研究
31P NMR已被用於確定脂鏈長度和不飽和度對雙細胞穩定性的影響。大多數先前涉及由長鏈脂類和短鏈脂類的二元混合物形成的磁性可對齊系統的研究都是基於1,2-二肉豆蔻醯基-sn-甘油-3-磷酸膽鹼（D14PC）和1,2-二己醯基-sn-甘油-3-磷酸膽鹼（D6PC）脂類的混合物。研究人員最近發現，這種脂類混合物的大部分相圖可以透過考慮長鏈脂類和短鏈脂類在長鏈脂類的熔融轉變溫度（Tm）以上加熱時部分混溶來理解。當改變兩種脂類中的一種的鏈長時，研究人員能夠控制它們的混溶性。這使得能夠控制在磁場中觀察到自發對齊的溫度和成分間隔。使用31P-NMR，研究人員證明了這些二元脂類混合物的獨特性質與短鏈脂類擴散到雙層區域的趨勢相關。研究人員還確定，可以使用不飽和脂類（例如1-棕櫚醯基-2-油醯基-sn-甘油-3-磷酸膽鹼（POPC））形成具有類似特性的脂類混合物。
已確定，當長鏈脂類和短鏈脂類的脂鏈長度改變一個或兩個碳時，大多數獨特的雙細胞混合物性質得以保留。還發現，這些相同的性質在很大一部分不飽和脂類（例如1-棕櫚醯基-2-油醯基-sn-甘油-3-磷酸膽鹼（POPC））中得以維持。實驗結果表明，在磁場中觀察到自發對齊的溫度範圍取決於所使用的脂類。這種溫度依賴性被確定為是脂類之間混溶性變化的結果。在給定溫度下，已發現這種混溶性取決於不匹配的脂鏈長度、長鏈脂類的主要轉變溫度和短鏈脂類對邊緣部分的親和力。研究人員瞭解了形成可對齊脂類結構的潛在力量。因此，現在可以預測哪些脂類混合物會對齊，並設計在所需溫度範圍內對齊的混合物。這些能力已被證明在生物應用中特別有用，這些應用包括可溶性蛋白質的部分定向、膜蛋白摻入或藥物封裝。
Devaux，P.F.；Triba，M.N.；Warschawski，D.E.脂鏈長度和不飽和度對雙細胞穩定性的影響：磷NMR研究。Biophys J. 2006, 91(4), 1357-67。
31P NMR已被證明是一種有效、非侵入性的技術，用於監測代謝系統，分析ATP和其他含磷化合物的在生物系統中的作用，以及觀察特定刺激對利用含磷化合物的生物系統的影響。疾病研究似乎是31P-NMR的一種實用且新興的應用。特別是，31P-NMR已被應用於詳細說明丙型肝炎病毒相關肝病抗病毒治療的反應，並且還被用於分析阿爾茨海默病和麥卡迪爾病中基於磷的化合物活性。31P NMR最近也已應用於食品分析，並且似乎是分析食品中基於磷的化合物水平的重要未來應用。這種技術也可能在未來代謝組學研究中得到更多應用，代謝組學涉及繪製人類代謝過程、參與這些過程的代謝物以及評估刺激對這些過程的影響。當前的代謝組學研究招募了31P NMR波譜法來記錄二硝基苯酚在青鱂（Oryzias latipes）胚胎中的毒性作用。31P NMR已被用於表徵完整胚胎中的ATP和磷酸肌酸代謝。
Brown，G. G.；等。阿爾茨海默病和多發性皮質下梗塞性痴呆的體內31P NMR圖譜。Neurology. 1989, 39, 1423。
Lewis，S. F.；Haller，R. G.；Cook，J. D.；Nunnally，R. L. 使用31P-NMR研究麥卡迪爾病的肌肉疲勞：葡萄糖輸注的影響。J Appl Physiol. 1985, 59, 1991 – 1994。
Spyros，A.；Dais，P. 31P NMR波譜法在食品分析中的應用。1. 橄欖油中單甘油酯和二甘油酯組成的定量測定。J Agric Food Chem. 2000, 48(3), 802 – 805。
同行評審文章＃1
透過體內31P NMR、HPLC-UV和1H NMR代謝組學確定的二硝基苯酚在青鱂（Oryzias latipes）胚胎中的毒性作用
水生毒理學 第76卷，第3-4期，2006年3月10日，第329-342頁
- 確定資源的主要焦點。可能的答案包括特定生物體、資料庫設計、資訊整合，但還有更多可能性。
- 新術語1
- 定義。（來源：http://）
- 新術語2
- 定義。（來源：http://）
- 新術語3
- 定義。（來源：http://）
- 新術語4
- 定義。（來源：http://）
- 新術語5
- 定義。（來源：http://）
- 新術語6
- 定義。（來源：http://）
- 新術語7
- 定義。（來源：http://）
- 新術語8
- 定義。（來源：http://）
- 新術語9
- 定義。（來源：http://）
- 新術語10
- 定義。（來源：http://）
- 在此處輸入您的文章摘要。請注意，每個條目的開頭（有時也在結尾）的標點符號至關重要。它應該在300-500個字之間。文章的主要內容是什麼？他們試圖回答什麼問題？他們找到了明確的答案嗎？如果是，是什麼？如果不是，他們發現了什麼，或者他們的發現中存在哪些矛盾的想法？
- 請用 100 到 150 個字描述本文內容與傳統代謝課程的關聯。本文是否與特定代謝途徑（如糖酵解、檸檬酸迴圈、類固醇合成等）或調節機制、能量學、位置、途徑整合有關？它是否討論了新的分析方法或理念？本文是否展示了與人類基因組計劃（或其他基因組計劃）的聯絡？