文章標題：Integrated nontargeted and targeted metabolomics analyses amino acids metabolism in infantile hemangioma

發表期刊：Frontiers in Oncology

影響因子：5.738

作者單位：四川大學華西醫院

百趣提供服務：發現代謝組學Classic、氨基酸高通量靶標代謝組學

研究背景
嬰兒血管瘤(Infantile hemangioma, IH)是嬰幼兒群體中常發的良性腫瘤，其特征為出生后1年的增殖階段及數年的自發消退階段。在IH的增殖階段，血管瘤內皮細胞(Hemangioma-derived endothelial cells, HemECs)是主要的細胞類型。作者先前的研究揭示了糖酵解過程在IH發病機制中起著重要的作用，但是目前研究對于HemEC在IH發展中的代謝特征和作用研究甚少。因此，本研究基于非靶向和靶向代謝組學的方法發現了HemEC代謝譜的變化，探討了IH發展的復雜機制。

研究結果
1 非靶向代謝組學發現HemECs代謝譜變化
百趣提供了非靶向代謝組學檢測，對HemECs及人臍靜脈內皮細胞(Human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)檢測結果進行分析。結果顯示：正離子模式下共篩選出216個差異代謝物，其中133個上調差異代謝物、83個下調差異代謝物，負離子模式下共篩選出128個差異代謝物，其中74個上調差異代謝物、54個下調差異代謝物（圖1）。這些代謝物主要為氨基酸及其衍生物。
 

圖1 通過非靶向代謝組學技術分析測定HUVEC和HemEC之間的差異代謝物

為了研究IH發育中涉及的代謝組學途徑，對所有差異代謝物進行富集分析。結果顯示：正離子模式下，共富集到39條代謝通路，其中“精氨酸和脯氨酸代謝”、“鞘脂代謝”、“氨酰基-tRNA生物合成”、“甘油磷脂代謝”和“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝”是具有顯著性差異的5條代謝通路；負離子模式下共富集到52個代謝通路，與正離子模式富集分析結果相似，氨基酸代謝相關途徑是主要的富集途徑（圖2）。
 

圖2 對HUVEC和HemEC之間的差異代謝物進行KEGG富集分析

2 氨基酸靶向代謝組學驗證HemECs代謝譜中氨基酸的變化
為了驗證HUVEC和HemEC之間的代謝物差異，對氨基酸及其衍生物進行測定。結果顯示，谷氨酰胺、精氨酸和天冬酰胺等16種氨基酸具有顯著的表達差異（圖3A、B）。為了進一步闡明代謝物之間的相互調控關系及協同作用，對檢測到氨基酸進行了相關性分析，發現作為調節血管生成的重要氨基酸L-谷氨酰胺，與L-瓜氨酸呈負相關，與除L-色氨酸外的其余氨基酸顯著正相關（圖3C）。
 

圖3 通過靶向代謝組學技術測定HUVEC和HemEC之間的差異代謝物

為了進一步研究IH中涉及的代謝組學途徑，對檢測到的顯著差異氨基酸進行了通路富集分析，結果顯示，這些氨基酸在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代謝”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代謝”以及“甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝”等代謝通路顯著富集。
 

圖4 通過靶向代謝分析對HUVEC和HemEC之間的顯著差異氨基酸進行代謝途徑分析

結論
非靶向代謝分析結果顯示，HemECs和HUVECs在正、負離子模式下分別鑒定出216和128種差異代謝物。這些差異代謝物主要富集在與氨基酸代謝相關的途徑中，包括氨酰基-tRNA生物合成以及精氨酸和脯氨酸代謝。氨基酸靶向代謝組學驗證共發現16種差異代謝物，這些氨基酸主要富集在“丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代謝”，“精氨酸生物合成”，“精氨酸和脯氨酸代謝”以及“甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝”途徑。總的來說，本研究結果表明氨基酸代謝參與IH。關鍵差異氨基酸代謝物，包括谷氨酰胺、天冬酰胺和精氨酸，可能在調節 HemEC 代謝中發揮重要作用。

作者介紹

吉毅
醫學博士，教授，博士研究生導師；本文通訊作者

四川省海外高層次留學人才；四川省學術和技術帶頭人后備人選；美國哈佛大學醫學院波士頓兒童醫院外科Research fellow。獲四川省醫學會科技獎一等獎1次（第一完成人）、四川省科技進步獎二等獎1次；近年來以第一作者及通訊作者公開發表論文100余篇，總影響因子超過600分。作為項目負責人承擔國家自然科學基金面上項目、青年基金項目、四川省科技廳重點研發項目、四川大學優秀青年學者基金等多項課題。為Heliyon、Frontiers in Oncology、Journal of Personalized Medicine、Frontiers in Pediatrics編委(associated editor)，Precision Clinical Medicine青年編委；Pediatrics、Chest、Angiogenesis、British Journal of Dermatology等國際雜志審稿人；國家自然科學基金評審專家。
 

楊開穎
醫學博士，博士后；本文第一作者

目前就職于廣州市婦女兒童醫療中心，師從國內血管瘤診治知名專家吉毅教授。研究方向為“內皮細胞代謝在血管瘤發生發展中的作用及機制研究”。目前在兒童皮膚脈管異常疾病領域，以第一以及共同第一作者在J Transl Med (IF：8.440)及J Am Acad Dermatol (IF：15.487)等雜志上共發表SCI論文7篇。同時，以第一作者在中華皮膚科雜志與中華小兒外科雜志等核心期刊上發表論文8篇。作為項目主持人獲得廣東省自然科學基金面上項目1項，并獲四川省醫學會科技獎一等獎1次（第3完成人）。