多组学交叉

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一波关于肠道微生物的代谢工具来袭，快来了解一下！

多组学交叉

　组学交叉验证

应用前景：
许多研究做了详细的上游组学研究，如何将基因组、蛋白组的分析延续下去，怎样才能得到生物体内系统性的准确关联，代谢组可以非常好的帮助补充和验证上游组学的数据，使研究结论更可靠。

多组学结合研究高脂饮食和胰岛素治疗

小鼠的脂肪和肝组织以确定路径变化和分子中心

研究背景

糖尿病研最初的蛋白质组学研究通常仅限于调节蛋白的几个简短的列表中，而最近代谢组在血液(血浆或血清)中的研究结果表明，代谢组学对糖尿病小鼠和病人具有潜在的生理放松管制的作用。近期，有研究将RNA表达和代谢物的分析联合用于糖尿病小鼠模型，然而这些研究并不能系统地破译潜在的最具功能性的相关蛋白质的影响。

研究目的

综合使用脂肪组织和肝脏组织的转录、蛋白质和代谢物的数据，进一步探讨糖尿病药物—罗格列酮（RGZ）的影响，RGZ是一种可以特异性结合过氧化物酶体增生激活型受体γ（PPARγ）的噻唑烷二酮类药物。

实验设计

1. 造模实验：高脂饮食造模抗胰岛素的营养性肥胖（DIO）小鼠，并分两组，其中一组添加RGZ治疗，另低脂饮食小鼠做对照组，每组各13只

2. 样本收集：解剖肝脏和内脏的白色脂肪组织，用磷酸盐缓冲盐水洗（PBS，pH7.4），再用液氮冲击冷冻。将血浆和组织在−80°C条件下保存

3. 基因表达分析：采用标准的程序来分析基因组范围内的RNA表达，然后用标准的琼脂糖凝胶电泳，溴化乙锭染色来检查RNA的完整性；

　从治疗组中，随机选择小鼠作为分析的样本，每组至少3个生物平行样

3. 基因表达分析：采用标准的程序来分析基因组范围内的RNA表达，然后用标准的琼脂糖凝胶电泳，溴化乙锭染色来检查RNA的完整性；从治疗组中，随机选择小鼠作为分析的样本，每组至少3个生物平行样

4. 蛋白表达分析：每队随机选取8只小鼠，在冷冻条件下收集脂肪组织及肝脏组织样本；分离蛋白并采用LC-MS检测分析蛋白质

5. 代谢组分析：从治疗组中随机选择8只小鼠，收集组织样本并进行浓缩冷冻，采用LC-MS/MS分析目标性代谢产物

研究结果

1药代动力学参数与基线内源性分子的关系：

本文从三个生物层次上，为体内有关疾病提供了综合的组学数据。如果把这些“视觉印象”转化成数字，那么转录组比率表现出了最小的标准偏差0.122，蛋白组学为0.329，而代谢组学表现出了最大的标准偏差0.535。将个体的RNA的表达水平与相应蛋白质进行比较，得到平均相关系数为65%，表明基因与相应蛋白的表达层次之间有很微小的相关性，而在路径层次上的调节作用表现出了73%的较高的平均相关系数。
这项研究在路径层次上提高了基因和蛋白的相关性，表明生理可塑性会中和外周组织，如WAT和肝组织的慢性代谢应激反应，从而会导致基因和蛋白的协同作用。

2网络分析：

WAT组织中，只有在LFD/HFD和RGZ-HFD/HFD中表达下调的蛋白才会产出大量的关系网；而在肝组织中产生相反的结果。而这些网络信息属于能量代谢。
通过直接对比LFD和RGZ-HFD的网络可以发现RGZ治疗会使HFD（高脂）的部分代谢情况回到类似LFD（低脂）的情况下，同时它会导致TCA和OXPHOS网络的中和。

3转录组学，蛋白质组学和代谢组学数据的整合：

显然，由于目前技术的成熟度和可行性，RNA的表达数据是目前最全面和最翔实的，它包括超过10 000种检测到的基因；其次是蛋白质数据集，包含约3500种检测到的蛋白质以及代谢物的数据集，包含几百个分子。
分析结果显示，在HFD的结果中，线粒体能量代谢和氨基酸代谢是WAT中最重要路径；在肝组织中，观察到氧化磷酸化和核糖体是HFD小鼠体内最开放的路径。
与PPARα相比，PPARγ和RGZ表现出了较高的特异性。
TCA结果表明，尽管RNA和蛋白的表达上调，但是TCA循环中的代谢物除了乙酰辅酶A以外，其他的都是下调。因此，RNA或蛋白质的上调水平并不一定意味着更多代谢产物的存在，但可能表明恢复代谢平衡的代偿的相对影响。
观察到RNA和蛋白质数据集的BCAA路径水平有明显的上调；最近一项关于病态肥胖2型糖尿病患者的研究表明，血液中BCAA的减少会导致胃旁路手术，它与改善血糖调节相关。

研究结论
本文整合转录组学、蛋白质组学和代谢组学的数据集，对哺乳动物组织中疾病的状态和临床前的医疗干预进行分析。

这项研究在WAT和肝组织中发现了许多糖尿病患者血浆中的生物标志物，如BCAAs和酰基肉碱；此外，还进一步检测到了许多基于RNA，蛋白质和代谢物的的生物标志物。
观察到TCA循环和OXPHOS中的HFD表达上调的响应蛋白有WAT中的DHB和SUCLG；表达下调的蛋白包括肝组织中的PDXDC1和DHFR。
检测到了维生素B组的代谢产物下调；
Sph/S1P对是肝脏中外源性的影响潜在标志物；
利用网络和路径的分析证明了在主要的代谢路径中HFD的不良反应，以及在WAT中RGZ治疗特定的恢复能力。

原文索引：
Sun, J.; Zhou, J.; Wang, Z.; He, W.; Zhang, D.; Tong, Q.; Su, X. Multi-omics based changes in response to cadmium toxicity in Bacillus licheniformis A. RSC Adv. 2015, 5, 7330-7339. (IF:3.840) (chenomx)